[发明专利]一种改善超磁致伸缩材料力学性能的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于磁性材料领域，特别涉及一种改善超磁致伸缩材料力学性能的制备方法。 

背景技术

稀土超磁致伸缩材料（典型合金成分Tb_xDy_1-xFe_y,x=0.27～0.35,y=1.9～2.0）具有高磁致伸缩系数、高能量密度、高能量转换效率、响应速度快等优点，已经在低频大功率水声换能器、大功率超声换能器、高精度快速微位移致动器、高能微型机械功率源、阻尼减振系统等设备中得到应用，并且还在继续拓展应用领域。但稀土超磁致伸缩材料的磁致伸缩性能源于RFe₂（R=Tb，Dy）相，该相是一种金属间化合物，具有本征脆性，力学性能差。同时，该材料内部组织当中有较多的孔洞和微裂纹恶化材料力学性能。该材料因力学性能差易在实际使用当中发生损坏，影响正常使用。 

改善稀土超磁致伸缩材料的力学性能有多种途径。可在合金成分设计时加入过量的稀土元素，使稀土和铁的原始比小于2，这样可以获得富稀土相和RFe₂相共存的合金组织。而富稀土相具有一定延展性，可以阻止晶体中裂纹的扩展，提高材料的力学性能，可以参见Peterson等人的工作（Peterson D T,et al.,Strength of Terfenol‐D.Journal of applied physics,1989,65:3712.）。可通过引入其他合金元素，如Al、Be、V等元素替代Fe，改善材料的力学性能。郑小平的研究结果表明，随着Al含量的增加，Tb_0.3Dy_0.7(Fe_1-xAl_x)_1.95（x=0,0.05，0.10） 的抗压强度近乎线性增加（郑小平,薛德胜,李发伸.稀土超磁致伸缩材料Tb_0.3Dy_0.7(Fe_1-xAl_x)_1.95的性能和穆斯堡尔谱研究.兰州大学学报(自然科学版),2001,37(4):31-35.）。Chin等人发现Tb_0.3Dy_0.7(Fe_1-xV_x)₂（x=0,0.05,0.1,0.2）系列合金在x=0.05时获得最大硬度，但磁致伸缩性能随着V含量的增加而下降（Chin T S,F M Chen,J S Fang.Magnetostrictive properties of Tb_0.3Dy_0.7(Fe_1-xV_x)₂ alloys.IEEE Transactions on magnetics,1997,33:3946-3948.）。还可以通过热处理工艺调整组织结构，控制富稀土相的形貌来改善力学性能。武伟等人研究了回火处理对<110>取向超磁致伸缩材料冲击韧性的影响，结果发现回火处理可改善材料的冲击韧性，力学性能变化的主要原因是回火处理因其合金中富稀土相的形态、尺寸、分布的变化，比如回火温度为1080℃的热处理工艺过程使富稀土相以液态的形式在晶界间流动、向晶内扩散，致使富稀土相重新聚集、分布并以较小的富稀土相颗粒在样品内均匀分布。这种富稀土相分布增大裂纹钝化的几率，提高了材料韧性（武伟等.回火处理对<110>取向铽镝铁超磁致伸缩材料冲击韧性的影响.金属学报,2005(10):3-6.）。 

综合以上研究结果可知改善超磁致伸缩材料力学性能的技术方案主要有两种，即通过合金成分设计、热处理改善材料组织结构实现。热处理对超磁致伸缩材料组织结构的影响主要表现在三个方面：（1）晶界富稀土相的扩散析出；（2）基体RFe₂相晶粒长大；（3）晶内富稀土相的球化。其中晶界处均匀弥散分布的球形稀土相增加阻碍裂纹扩展的几率，起到钝化裂纹的作用。因稀土的扩散析出，导致大量孔 洞、微裂纹的形成，这些部位极易造成应力集中，降低材料力学性能。RFe₂相作为一种脆性相，其过分长大将恶化材料力学性能。这说明抑制RFe₂相长大、改善富稀土相分布的同时降低微裂纹、孔洞在材料中的分布是改善该材料力学性能的有效途径。