粘结稀土—铁巨磁致伸缩材料的制备工艺与磁特性研究

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采用树脂粘结法制备了(Sm,Dy)Fe2和(Tb,Dy)Fe2粘结磁致伸缩材料,运用X射线衍射仪、扫描电镜、压力测试仪等设备测试、分析了粘结SmFe2、Sm0.88Dy0.12Fe2和Tb0.3Dy0.7Fe2合金的结构、粉末粒度、抗压强度等,确定了材料的制备工艺参数。运用多参数磁测量系统测试了材料的磁致伸缩λ、磁感应强度B、动态磁致伸缩系数d33、增量磁导率μ33和磁-机械耦合系数k33,研究了磁特性随磁场H的变化规律,研制出具有实用价值的Sm-Dy-Fe和Tb-Dy-Fe棒状材料。对粘结SmFe2合金制备工艺的研究表明,粘结后合金基本为MgCu2型的SmFe2相。当粘结剂与磁粉的质量比在4:100到6:100之间,粘结SmFe2具有最佳的磁致伸缩性能;当模压压力小于62MPa时,随着压力的增大粘结SmFe2合金的磁致伸缩增大。对于棒状粘结SmFe2合金材料,随着样品长度的增大其磁致伸缩有所减小。粘结Sm0.88Dy0.12Fe2合金样品的磁致伸缩与粘结剂的含量、模压压力、磁粉粒度、固化条件均有很大关系,当粘结剂与磁粉的质量比在4:100到6:100之间、模压压力为96MPa、磁粉平均粒度为130μm时,粘结Sm0.88Dy0.12Fe2合金样品的磁致伸缩较大。相对而言制备工艺参数对合金的电阻率和抗压强度影响较小,其电阻率等于熔炼法制备的材料的电阻率的10000倍左右,抗压强度约为150MPa。对于粘结Sm0.88Dy0.12Fe2合金棒材,磁场为200kA/m时室温磁致伸缩λ达405×10t1,动态磁致伸缩系数的最大值1,28nm/A出现在磁场为75kA/m处,随着偏置磁场的增大磁机械耦合系数k33首先迅速增大,到磁场为96kA/m时K33取得最大值0.34,之后随着磁场的增大K33逐渐减小。对于粘结Tb0.3Dy0.7Fe2合金棒材,磁场为200kA/m时室温磁致伸缩λ达580×10-6,动态磁致伸缩系数最大值为2.69nm/A,当偏置磁场为118kA/m时粘结Tb0.3Dy0.7Fe2的磁-机械耦合系数的最大值可达0.40,大于Hudson等人和Sandlund等人所报导的结果。表明采用该工艺制备的磁致伸缩材料具有较大的实际应用价值。应用磁畴转动模型和畴壁位移模型计算了Terfenol-D的磁致伸缩,计算结果表明在低磁场下,应用畴壁位移模型得到的计算结果与实验结果符合较好。
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