Fe--Ga--Tb合金磁性能及轧制织构研究

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Fe-Ga合金是近年来国际上正在研发的一种新型巨磁致伸缩材料,与传统稀土超磁致伸缩Tb-Dy-Fe合金(Terfenol-D)相比,Fe-Ga合金饱和磁场较低,加工性能好,抗拉强度较高,器件设计简单;磁导率较高,温度特性好,适用温度范围宽,且价格低廉,仅为Terfenol-D的1/3,因而日益受到研究者重视;在Fe-Ga合金中添加Tb会得到更好的磁致伸缩性能,但由于Tb在a-Fe中固溶量很少,添加适量Tb成为提高合金磁致伸缩性能的关键。Fe-Ga合金磁伸性能呈显著各向异性,<100>方向磁致伸缩系数最大。单晶和定向凝固合金制备成本高,且由于Fe-Ga合金的高电导率,所以轧制成板带是制作Fe-Ga合金最有效的方式,因此在轧制方式下实现薄带稳定成形并控制η(<100>//RD)织构,是制造具有优异磁致伸缩性能的Fe-Ga-Tb合金薄带产品的关键。本论文分首先研究了不同量Tb添加到Fe-Ga合金中对其相结构、磁致伸缩性能和一些磁性能的影响,然后选取磁致伸缩性能比较好且易于成型的0.1at.%含量Tb的合金制备出Fe-Ga-Tb合金薄板,重点研究不同常化晶粒尺寸对Fe81Ga19合金冷轧织构以及初次再结晶过程中织构的影响。Tb元素的添加,并未改变基体的相结构,仍旧为bcc无序a-Fe结构,且对其软磁性能影响不大,不过可以明显的提高合金的磁致伸缩性能,但是随着Tb含量的增加,磁致伸缩性能并不是线性增加。Tb含量0.15at.%合金磁伸系数达到最大值251ppm,而未添加Tb的合金磁致伸缩应变只有163ppm。添加Tb以后,合金的动态磁致伸缩系数都大于未添加之前,这可以提高器件的灵敏度,有利于实际应用。Fe-Ga-Tb合金的冷轧织构主要由以{001}<110>为峰值的α织构(RD//<110>)、γ织构(ND//<111>)和Goss织构组成;常化晶粒尺寸为173μm的冷轧板在再结晶刚完成阶段形成的Goss取向的晶粒要比常化晶粒尺寸为75μm晶粒尺寸小,但是形核的数量要明显占优势,因此退火形成的Goss织构在初次再结晶过程以及随后的初级长大过程中处于主导地位且保持稳定。这一现象归因于热轧、冷轧压下率和温度产生适当的剪切带密度和强度,从而为Goss取向提供了大量的形核位置,在再结晶长大到50μm过程中能够保持。常化晶粒尺寸为173μm的冷轧板初次再结晶的Goss织构在晶粒初期长大过程中保持稳定的现象为合理优化Fe-Ga-Tb合金再结晶织构特征指明了一条可行途径。通过对再结晶织构各组分形成机制的研究,探索出可获得强Goss或η织构的再结晶方法,进而能够形成具有理想织构特征的Fe-Ga-Tb合金薄板制备技术。
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