[发明专利]一种利用柱状晶板坯制备取向磁致伸缩薄板的方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性材料领域，涉及利用柱状晶板坯制备具有高择优<001>取向的磁致伸缩薄板制备方法。

背景技术

铁磁性及亚铁磁性材料在磁化状态发生改变时，其自身的长度或体积会发生微小变化，这种现象称为磁致伸缩。体积的变化称为体积磁致伸缩，长度的变化称为线磁致伸缩。由于体积磁致伸缩变化非常小，实用价值不高，通常所说的磁致伸缩主要是指线磁致伸缩。

磁致伸缩材料作为智能材料的一种，广泛应用在换能、驱动及传感技术领域。大功率磁致伸缩换能器在国防及民用的现代工业领域都有广泛的应用前景，其核心部分就是大磁致伸缩系数材料。由于金属材料低电阻率，在交变磁场作用下，会因涡流损耗而发热，不仅降低器件的能量效率，还有可能因为发热而导致材料失效。因此，大功率磁致伸缩换能器，需要具有良好力学性能，同时又可加工成薄片的高磁致伸缩性能材料。稀土超磁致伸缩材料Tb-Dy-Fe虽然具有大磁致伸缩性能，但脆性大，难以加工成薄片；传统磁致伸缩合金Fe-Ni、Ni、Fe-Al等尽管力学性能好，但磁致伸缩系数低，难以满足大功率要求。

2000年，美国S.Guruswamy等人（S.Guruswamy,N.Srisukhumbowornchai,A.E.Clark,J.B.Restorff,M.Wun-Fogle.Srong,Ductile,and Low-Field-Magnetostrictive Alloys Based on Fe-Ga,Scripta mater.43(2000)239–244）报道了Ga替代Fe-Al合金中的Al，获得了Fe-Ga或Fe-Ga-Al合金，不仅具有高的磁致伸缩性能，同时具有良好的机械性能，能够满足大功率磁致伸缩换能器对材料的要求。但是，Fe-Ga或Fe-Ga-Al合金，也由于其低电阻率，也需要加工成薄片，才能有效避免材料在交变磁场下的涡流损耗。同时，由于磁致伸缩的各向异性，需要沿板带轧制方向具有<001>取向，才能保证最大的磁致伸缩性能，即通常要求轧制板带具有高斯或立方织构。

文献（N Srisukhumbowornchai,S Guruswamy.Crystallographic textures in rolled and annealed Fe-Ga and Fe-Al alloys.Metall.Mater.Trans.A,2004,35A:2963）报道了在Fe-Ga或Fe-Al合金中添加NbC，通过热轧、温轧和冷轧的方法制备出了磁致伸缩薄板，经高温处理后获得了高斯或立方织构。文献（S M Na,A B Flatau,Surface-energy-induced selective growth of(001)grains in magnetostrictive ternary Fe–Ga-based alloys，Smart Mater.Struct.21(2012)055024）报道了利用表面能诱导的方法获得具有强烈高斯取向的Fe-Ga薄板，具有较高磁致伸缩性能。中国专利(CN101465406B)公布了通过添加B、Nb、Cr、TiC、VC、MnS、AlN中的一种或多种，以及S、Sb、Sn中的一种或多种，通过轧制及热处理工艺的控制，获得了具有明显立方或高斯织构，同时具有大磁致伸缩性能的Fe-Ga合金薄板。

上述关于磁致伸缩薄板的制备方法，都存在材料轧制加工工艺复杂，磁致伸缩薄板带取向不稳定，导致磁性能不高等问题。

发明内容

本发明的目的是提供了一种利用具有<001>取向的柱状晶铸坯，通过轧制及后续热处理，获得具有明显择优<001>取向的磁致伸缩薄板加工技术。

本发明从铸坯组织开始控制，通过定向浇注工艺或普通浇注与定向凝固结合的工艺，获得具有择优取向的热轧板坯，然后通过热轧、温轧和冷轧，控制轧制温度和压下量，避免或减少轧制变形过程中的再结晶，保留原择优取向柱状晶的形变组织，最后通过热处理获得具有择优取向的轧制板带，使轧制工艺流程简化，具有工业应用前景。

一种利用柱状晶板坯制备取向磁致伸缩薄板的方法，合金成分(按原子百分比计)，表示为：(Fe_100-x-yGa_xAl_y)_100-zM_z，其中x=10～25，y=0～9；M为B，Nb，Cr，Sn，MnS，NbC，VC，TiC中的一种或多种，z=0～1.0；余量为铁。

高性能磁致伸缩薄板制备方法，具体工艺流程如下：