[发明专利]一种利用单向凝固应力调控FeGa磁致伸缩合金磁畴的方法

权利要求书

1.一种FeGa合金的制备方法，其特征在于包括如下具体步骤：

(1)按目标成分进行配料

所述目标成分为Fe_100-xGa_x，其中x为摩尔百分比含量，17≤x≤20；

(2)用真空非自耗电弧熔炼炉冶炼母合金

将步骤(1)得到的配料放入真空非自耗电弧熔炼炉的炉内进行熔炼，制得母合金铸锭；

(3)母合金棒的制备

利用磁悬浮感应熔炼炉将步骤(2)得到的母合金铸锭熔化，并浇注成母合金棒；

(4)母合金棒的定向凝固

采用液态金属冷却坩埚下降法进行母合金棒定向凝固，具体为：将步骤(3)得到的母合金棒置于刚玉坩埚中放在定向凝固设备中，对定向凝固设备抽真空并充入保护气体后，加热使母合金棒完全熔融，将熔融的材料抽拉到液态金属冷却液中进行定向凝固，温度梯度为5×10⁴～9×10⁴K/m，生长速度为1～100mm/h，制得均匀的目标成分FeGa合金。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：选用的原料Fe和Ga的纯度均为99.99wt％，在配料前须将Fe用无水乙醇超声清洗，并在真空下干燥，以去除表面的油污。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：为了防止熔炼过程中Ga元素烧损，需要额外添加2wt％的Ga以补偿挥发。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中对真空电弧熔炼炉进行抽真空至5.0×10^-2～5.0×10^-3Pa后，向炉体充入高纯氩气，氩气的体积百分含量为99.99％以上，待炉内的真空度上升至1.0×10^-1～5.0×10^-1Pa以后停止充气，反复此步操作三次后，将熔炼电流设置为1200A，对原料进行熔炼，反复熔炼四次，每熔炼一次将铸锭上下翻转，熔炼完毕后随炉冷却30～60min后取出。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：将上述制备好的母合金铸锭去除表面氧化皮，然后将其破碎成小块放入熔炼炉的坩埚中，对熔炼炉进行抽真空至1.0×10^-3～5.0×10^-3Pa后，向炉体充入高纯氩气，氩气的体积百分含量为99.99％以上，待炉内的真空度上升至1.0×10^-1～5.0×10^-1Pa以后停止充气，当原料完全熔化并静置5～10min后，将其浇入不锈钢模具中，随炉冷却30～60min后取出。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述定向炉是四周分布有U形石墨加热棒的单坩埚晶体生长炉。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：采用液态合金对坩埚侧面冷却，同时通过水冷接头对坩埚下端冷却。

8.根据权利要求1所述的方法制备的FeGa合金，其特征在于：该合金为高度[001]取向的合金，且合金内部磁畴均沿垂直于生长方向的[100]和[010]方向分布，磁畴宽度50～200μm。

9.根据权利要求1所述的方法制备的FeGa合金，其特征在于：该FeGa合金不需要预加压应力，即可在[001]方向获得300～320ppm的饱和磁致伸缩值。