[发明专利]一种改善超磁致伸缩材料磁致伸缩性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属材料领域，涉及一种利用气相充氢方法改善(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸缩材料的磁致伸缩性能的方法。

技术背景

(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸缩材料因其具有磁致伸缩应变高，输出功率大，能量密度高以及响应速度快等无可替代的优点，被广泛的应用于磁(电)-声换能器、致动器以及传感器等方面，涉及的领域有航空航天、国防军事、石油化工、通讯电子、汽车工业等。在很多领域(包括国防领域)获得了广泛的应用。

目前世界范围内对稀土超磁致伸缩材料的研究主要集中在两方面：第一是针对磁致伸缩材料的磁性能，考察不同合金及不同替代元素对磁致伸缩的各方面磁性能的影响，试图改善磁致伸缩性能；第二是探索不同的制备方法和加工工艺，通过改变材料的定向凝固条件来控制材料的取向度，通过热处理来消除应力，通过改变晶界的组织形状来提高晶体的完整性。

为了改进(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸缩材料使用性能，人们在材料的制备和加工等方面进行了大量的研究。在外加磁场的情况下，多晶体材料中的磁致伸缩小于单晶体的饱和磁致伸缩，而且由于晶粒的易磁化方向各不相同，磁化时伸缩量各异造成晶界处严重的内应力，阻碍了磁化的进行，降低了磁致伸缩在低磁场区的性能。对于(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸缩材料，人们通过改变材料的定向凝固条件、控制材料的取向度、以及对材料进行热处理来消除晶界对材料磁致伸缩性能的影响，已取得了一定的成果。在制备(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸缩材料时，一般加入过量的稀土，以形成延性相增加材料的韧性。非平衡凝固过程中第二相的析出造成内应力阻碍材料的磁化过程，降低材料的磁致伸缩性能，长时间热处理时可以促进稀土重新被吸收进基体相，减少稀土的数量并改变其分布形态，使磁致伸缩性能提高，后来发现，短时间的退火热处理可以改变材料的应力状态，普遍提高其性能。

此外，自从发现高性能(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸缩材料后，人们还利用各种元素来分别取代Tb、Dy、Fe这三种元素，期望能提高材料的性能并且降低材料的成本。用Al、Ni、V、Co、Mn等取代(Tb，Dy)Fe₂中的Fe原子进行了大量的研究，发现Tb_0.5Dy_0.5(Fe_0.9Mn_0.1)₂比Tb_0.3Dy_0.7Fe₂的各向异性小，本身的磁致伸缩应变也较大，多晶材料在14kOe磁场下的应变可达1320×10^-6，但是Mn替代Fe会降低Tb和Dy之间各向异性的平衡温度。Al替代Fe也可以降低(Tb，Dy)Fe₂的各向异性，V替代Fe可以有效地提高合金的磁致伸缩性能，并且居里温度可以提高到426℃。对于Tb_0.27Dy_0.73Fe₂B_x合金，B的加入可以抑制恶化磁致伸缩性能的富铁相的形成，当x＝0.2时，几乎不出现富铁相。也有人在研究用Pr、Nd、Ho等轻稀土替代(Tb，Dy)Fe₂中的Tb或Dy。

现有的改善(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸缩材料的方法一是改进制备工艺和热处理工艺，二是利用元素添加或替代。这两种方式对设备的要求较高，而且工艺条件难于控制。

发明内容

本发明目的是在已有(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸缩材料的基础上，通过气相充氢这种操作简单但有效的方法，进一步提高(Tb，Dy)Fe₂超磁致伸缩材料的磁致伸缩性能。

一种改善超磁致伸缩材料磁致伸缩性能的方法，其特征在于：

采用定向凝固择优取向为[110]的Tb_0.3Dy_0.73Fe_1.95多晶材料，所用Tb_0.3Dy_0.73Fe_1.95样品为棒状，对样品进行气相充氢：首先将棒状样品放入密封充氢室中；然后对密封充氢室进行抽真空，真空度约为10Pa，接着对密封充氢室用氢气进行清洗；清洗好后充入氢气进行气相充氢。充氢条件：氢压0.1～10atm，温度20～300℃，充氢时间分别为1～24h。