[发明专利]一种高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄片材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性材料领域，特别涉及一种高磁致伸缩系数Fe-Ga基薄片材料及制备方法

背景技术

磁致伸缩材料作为一种智能材料，在换能器、传感器、执行器上都有重要的应用。2000年，美国Guruswamy等人发现Fe-Ga合金具有较高的磁致伸缩系数，兼具机械性能好、饱和磁场低、居里温度高、耐腐蚀、低滞后，表现良好的环境适应性，被认为是新一代超磁致伸缩材料。过去十多年，材料研究者们对Fe-Ga合金的组织结构和磁致伸缩性能做了大量的研究，并取得了较大的进展。

由于Fe-Ga合金电阻率低，使用过程中将产生严重的涡流损耗。把Fe-Ga合金制成薄片材料可有效降低涡流损耗，改善高频特性。但Fe-Ga二元合金脆性大，不易轧制成薄片材料。研究表明通过添加B、Cr等合金元素可大大改善Fe-Ga合金的塑性，可轧制加工得到0.3mm以下的薄片材料，但与单晶和定向凝固Fe-Ga合金相比，轧制Fe-Ga薄带的磁致伸缩系数等性能还有较大差距。（Xuexu Gao,Jiheng Li,Jie Zhu,Jie Li,Maocai Zhang.Effect of B and Cr on Mechanical Properties and Magnetostriction of Iron-Gallium Alloy.Materials Transactions,2009,50(8):pp1959-1963）

Fe-Ga合金薄片的磁致伸缩性能与织构密切相关。2007年，S M Na等人报道了在轧制Fe_81.3Ga_18.7中添加少量的B和S，获得了近似立方织构或近似高斯织构，最高磁致伸缩性能为220ppm（S M Na,A B Flatau.Secondary recrystallization,crystallographic texture and magnetostriction in rolled Fe-Ga based alloys.J.Appl.Phys.2007,101:09N518）。2011年，S M Na等人还报道了在轧制Fe-Ga中添加1at%NbC,在含0.5%H₂S的Ar气中通过高温处理及表面能诱导获得了强烈的高斯织构,磁致伸缩系数达到292ppm（Flatau A B,Na S M.Single grain growth and large magnetostriction in secondarily recrystallized Fe-Ga thin sheet with sharp Goss(011)[100]orientation1.Scripta.Mater.,2012.66:p.307-310）。可见具有高斯织构和立方织构的Fe-Ga合金薄片具有较高的磁致伸缩性能。

国内申请号为200710101498.0的专利公布了Fe-Ga基合金中添加少量的稀土，通过定向凝固可获得<100>和<110>取向棒，并有较高的磁致伸缩系数。于全功等人研究发现，Fe-Ga合金铸锭的磁致伸缩系数由未添加的129ppm提高到添加Tb的222ppm和添加Dy的300ppm，并且少量Tb、Dy的添加在晶内析出点状的析出相，使Fe-Ga合金在<100>晶向择优生长，他们认为这是提高Fe-Ga合金铸锭的磁致伸缩系数的主要原因（于全功,江丽萍,张光睿,郝宏波,吴双霞,赵增祺.稀土,2010,31(4):21）。

发明内容

本发明的目的是在Fe-Ga合金中同时添加稀土、硼和铬元素，不仅大大改善合金的可加工性；而且稀土元素净化钢液，并固定钢液中的残余杂质，使杂质以稀土硫化物为核心的细小粒子的形式分布于Fe-Ga基体上，在轧制薄片的最终热处理时，该弥散析出的细小粒子作为抑制剂，可控制Fe-Ga基体内相的转化、晶粒长大和织构形成过程，从而获得具有良好高斯织构和立方织构的Fe-Ga基合金薄片材料。

本发明的具体实施步骤：

1.设计合金成分为Fe_100-x-y-zGa_xR_yM_z，R为La、Ce、Pr、Nd、Sm、Tb、Dy、Ho中的一种或多种,M为B、Cr中的一种或者两种。其中x=15～30，y=0.01～10，z=0.1～1，余量为铁。