几种Fe-Ga甩带合金的微结构与磁致伸缩性能研究

来源 :南京理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:along_1979
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传统的磁致伸缩材料TbDyFe虽然具有较大的磁致伸缩系数,但由于其价格昂贵,脆性较大,在实际应用中受到诸多限制。Fe-Ga合金是近年来开发的一种新型磁致伸缩材料,由于其价格低廉、延展性良好和饱和磁场小等优良特性,在驱动器和换能器等领域具有广阔的应用前景。然而与TbDyFe相比,Fe-Ga合金的磁致伸缩系数仍旧偏小,如何提高Fe-Ga合金的磁致伸缩系数成为目前的关键问题。本文研究了Fe85Ga15、Fe77Ga23和Fe81-xNixGa19(x=0,5,10,15,20,25)甩带合金的相结构、局域晶体结构、显微组织、磁性能和磁致伸缩性能,分析了甩速、第三组元掺杂和热处理制度对于Fe-Ga合金相结构与织构的影响。主要研究结果如下:  利用高分辨X射线衍射和X射线吸收精细结构谱技术确证了二元Fe-Ga合金中modified-DO3相的存在,而modified-DO3相有益于提高磁致伸缩性能,原因在于modified-DO3相中Ga原子对沿着[100]方向次近邻排列,减小了弹性模量,从而提高了Fe-Ga合金的磁致伸缩性能。随着甩速的增大,冷却速率随之增大,在[100]方向出现更多有序排列的Ga原子对,进而形成更多的modified-DO3相,提高了样品的磁致伸缩性能。Fe85Ga15与Fe77Ga23合金铸锭具有A2相单相结构,而经过甩带快淬之后,在甩带样品中均发现了modified-DO3相。  对Fe85Ga15和Fe77Ga23甩带样品的X射线吸收精细结构谱的分析表明随着Ga原子的掺入,次近邻Ga原子对的键长增大了约0.02 nm,这表明Ga原子的掺入可以在Fe-Ga合金中引入局域应变,这种局域应变对Fe-Ga合金的磁致伸缩性能是有益的。  DO3相对于Fe-Ga合金的磁致伸缩性能具有强烈的抑制作用。在800℃退火10小时、1000℃退火10小时的Fe85Ga15甩带样品以及800℃退火10小时的Fe81Ga19样品中均发现了DO3相的存在。在退火样品中晶体结构相似的DO3相和modified-DO3相伴随出现。虽然modified-DO3相有益于提高Fe-Ga合金的磁致伸缩性能,但在退火样品中DO3相的抑制作用显得更明显。  甩速的增大可以增强(100)织构从而提高Fe-Ga合金的磁致伸缩性能,而在不同组分的Fe-Ga合金中,相同的热处理制度对(100)织构的作用不同。随着甩速的增大,Fe77Ga23样品的(100)织构增强,25m/s甩速制备的Fe77Ga23样品中(110)衍射峰消失。对显微组织与X射线衍射摇摆曲线的分析表明甩带快淬法可以制备出具有较强织构的多晶。在25m/s甩速制备的Fe77Ga23样品中获得了高达-235 ppm的磁致伸缩系数,我们认为(100)织构对于Fe-Ga合金的磁致伸缩性能是有益的。退火可以增强Fe81Ga19样品的(100)织构,却降低了Fe85Ga15样品的(100)织构,这说明热处理制度对不同组分Fe-Ga合金的(100)织构的影响是不同的。  甩带快淬法制备的二元合金薄带样品具有柱状晶结构,而在FeNiGa甩带样品中随着Ni元素的掺入柱状晶结构逐渐消失,在FeNiGa合金中未发现(100)织构,而存在(110)织构。随着(110)织构的增强,FeNiGa样品的饱和磁场减小,而磁致伸缩系数随之增大。L12相降低了FeNiGa样品的磁致伸缩性能,同时少量有序的E21相被认为对FeNiGa合金的磁致伸缩性能是有益的,因此我们认为(110)织构与E21相共同促进了FeNiGa的磁致伸缩性能。
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