定向凝固TbDyFe合金的取向、组织和磁致伸缩性能

采用JSL－500区域熔化真空定向凝固装置，对TbDyFe超磁致伸缩合金定向凝固轴向择优取向、组织和磁致伸缩性能的研究表明：温度梯度GL≈700K／cm基本不变的条件下，当晶体生长速度V1mm／min时，晶体以平面晶方式生长；16mm/min时，以胞状晶方式生长；V=8─12mm／min时，晶体按胞核晶方式生长（胞状晶向树枝晶转变的初始阶段）；当V＞15mm／min时，晶体按发达的树枝晶方式生长．保持V＝12mm／min不变，当GL≈1000K／cm时，晶体又以胞状品方式生长；GL≈400K／cm时，以发达的树枝晶方式生长平面晶和胞状晶生长的样品，其轴向择优取向为＜110＞取向，磁致伸缩没有压力效应，性能偏低；胞枝晶方式生长的样品轴向择优取向为＜112＞取向，磁致伸缩性能优越，10MPaN压应力下，平行于外磁场方向的饱和磁致伸缩系数λ最大值达到0．00175；发达树枝晶生长的样品，轴向＜112＞择优取向程度减弱，磁致伸缩性能下降。

TbDyFe合金的高频动态磁特性及损耗特性分析

TbDyFe合金可应用于高频乃至超声频率器件中,高频磁场(f>1 kHz)下TbDyFe合金(Terfenol-D)磁滞现象及损耗严重。研究不同厚度TbDyFe合金叠片的动态磁特性及损耗特性对于设计高频范围的器件至关重要。采用AMH-1M-S型动态磁特性测试系统测量了不同厚度TbDyFe合金叠片在不同驱动磁场频率和磁密幅值下的动态磁滞回线。基于动态磁性理论和损耗计算模型,对比分析了不同厚度TbDyFe合金叠片的动态磁特性参数,并对高频范围内的损耗机理进行了深入研究。实验结果表明,当磁密幅值B_m=0.05 T、频率为5 kHz时,1 mm厚叠片结构样品与单片2 mm厚样品相比,动态磁滞回线横向变窄,所需磁场强度减小,矫顽力和磁能损耗值分别减小了26.4%和28.1%,振幅磁导率增大了11.7%。在一定磁密幅值下,TbDyFe合金的复磁导率实、虚部和振幅磁导率随频率增大,整体呈现出数值减小、减速变慢趋势;在高频高磁密条件下(f>5 kHz、B_m>0.06 T),厚度减小使TbDyFe合金损耗减小更为明显。

变温条件下TbDyFe合金高频磁特性和损耗特性分析

超磁致伸缩材料TbDyFe合金具有温度敏感特性,该文测量变温条件下TbDyFe合金在不同频率f和磁通密度幅值Bm时的动态磁特性曲线,结果表明,当励磁磁场频率f和磁通密度幅值Bm一定时,随着环境温度的升高(从10℃增加到80℃),振幅磁导率逐步增加,动态磁滞回线横向变窄,所需磁场强度减少,磁能损耗也逐步减少。在此基础上,针对现有损耗计算模型无法对温度进行有效表征,而导致损耗计算结果误差较大的问题,提出一种变温条件下磁致伸缩材料的高频损耗计算模型,模型通过引入温度有关项对损耗系数进行修正;并且综合考虑高频磁滞特性和趋肤效应的影响,引入损耗附加磁通密度项及损耗附加频率项,从而建立可以有效考虑温度效应的改进损耗计算模型,通过多组测量值及计算值的对比结果验证了该模型的准确性和可行性。

TbDyFe合金的磁致伸缩特征

采用自行研发的 5kg级MBDS 10 0型定向凝固炉在不同工艺参数条件下制备 8～ 30mm规格TbDyFe合金棒。围绕磁致伸缩特征 ,本文对材料组织、取向和磁致伸缩行为进行分析。研究结果表明 ,ReFe3 相组织会明显降低磁致伸缩率 ;同一试样中组织不均匀时 ,磁致伸缩率也存在显著差异 ;通过定向凝固得到取向为〔110〕的片状孪晶材料 ,其磁致伸缩率明显提高 ,预应力下磁致伸缩率λ超过 2 0 0 0× 10 -6。

TbDyFe合金的高频动态磁滞特性研究

研究不同叠片厚度TbDyFe合金的动态磁滞特性是设计高频器件的前提和基础。利用AMH-1M-S测量不同叠片厚度TbDyFe合金的动态磁滞回线,获得矫顽力、剩磁、振幅磁导率等磁特性参数,探究其随频率和磁密幅值的变化规律。对磁滞回线面积计算获得材料的磁能损耗,研究叠片厚度对材料磁损耗和磁滞特性的影响。结果表明:当频率为定值时,TbDyFe合金的矫顽力、剩磁和幅值磁导率随磁密的增大呈近似线性增加;当频率升高时,叠片厚度大小对矫顽力、剩磁、幅值磁导率和损耗的影响愈加显著;叠片厚度小的样品其剩磁、矫顽力和损耗值偏小,幅值磁导率值偏大;当f为15kHz、Bm为0.09 T时,1 mm与2 mm厚的样品相比其损耗减小了32.2%。

由金属氧化物直接制备TbDyFe合金粉

一种TbDyFe合金粉末的制备方法 ,该方法采用金属钙作还原剂 ,直接由氧化物 (Tb4O7、Dy2 O3 、Fe2 O3 )通过还原扩散法直接制得含铽为 17 2 %～ 17 5 % ,含镝 4 2 % (质量 )的TbDyFe合金粉 ,与现有技术相比 ,本技术通过金属钙还原得到金属铽、镝并立即扩散与还原铁形成TbDyFe合金 ,该法无环境污染 ,生产成本低 ,合金中含铽、镝量稳定 。

超磁致伸缩合金TbDyFe的晶体生长过程

用超高温度梯度真空悬浮区熔定向凝固法制备了TbDyFe超磁致伸缩合金,研究了TbDyFe合金的晶体生长方式、轴向择优取向和磁致伸缩性能.结果表明:用悬浮区熔法可制备出轴向择优取向为<110>方向和<113>方向的TbDyFe合金;在20MPa的预应力和5l7.5kA·m-1的磁场下,取向为<110>和<113>的合金样品的磁致伸缩系数分别为l.8×10-3和1.6×10-3.随着生长速度的增大,TbDyFe合金由小晶面生长方式向非小晶面生长方式转变;使用取向为<110>或<113>的晶粒作籽晶,能加快晶粒的择优竞争生长,有利于<110>方向或<113>方向的轴向择优取向的形成;高温退火能不同程度地提高合金的磁致伸缩性能.

磁场热处理和预压力对Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_(1.95)合金磁致伸缩“跳跃”效应的影响

研究了磁场热处理对<110>取向Tb0.3Dy0.7Fe1.95多晶合金磁致伸缩“跳跃”效应的影响。在真空超导体强磁场装置中,将经定向凝固的<110>取向Tb0.3Dy0.7Fe1.95多晶合金棒,沿垂直轴向施加强度为1T的磁场,加热到623和723K下,保温5min后随炉冷却。研究结果表明,磁场热处理增强预压力下的“跳跃”效应,提高不同预压力下的饱和磁致伸缩系数λs,其中623K磁场热处理样品在8.1MPa下的λs达到1950×10-6。磁场热处理提高预压力(8.1MPa)下的动态磁致伸缩系数最大值d3m3ax,但同时增大d3m3ax对应的磁场。

退火磁场施加方式对Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_(1.95)合金磁伸性能的影响

研究了磁场退火时磁场施加方式对〈110〉取向Tb0.3Dy0.7Fe1.95定向凝固多晶合金磁致伸缩性能的影响。退火磁场强度为1T,保温时间30min。研究表明,在623K下采用垂直磁场且冷却时保持磁场的方式退火,可改善综合磁伸性能,如提高饱和磁致伸缩系数并使低场磁致伸缩系数基本不变,提高最大动态磁致伸缩系数且其对应的磁场基本不变。冷却阶段撤去磁场会减弱磁场退火的作用,而平行磁场退火的效果与垂直磁场相反。

超磁致伸缩合金材料(Tb,Dy)Fe_2的热处理工艺研究

采用区域定向凝固方法制备<110>取向的TbDyFe超磁致伸缩合金,用管式氩气保护进行了热处理方面的工作,全面研究热处理条件的变化对(Tb,Dy)Fe2超磁致伸缩合金的超磁致伸缩性能以及组织的影响。研究结果表明热处理使磁致伸缩性能可以得到较大提高,富稀土相的球化和晶粒吞并长大,减小了磁化过程中90°磁畴转动的阻力,这是高温热处理提高磁致伸缩性能的根本原因。运用多参数磁测量系统测试了材料的磁致伸缩系数λ、磁感应强度B、动态磁致伸缩系数d33、增量磁导率μ33和磁机电耦合系数k33,研究了磁特性随磁场H的变化规律。

Tb_(0.3)Dy_(0.7)(Fe_(1-x)Al_x)_(1.95) 合金显微组织及低磁场的磁致伸缩性能研究

研究了Al添加量变化对Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)1.95合金显微组织、磁致伸缩系数的影响。结果发现,随着Al添加量的增加,晶体显微组织中的析出物增加;在一定的磁场强度下,磁致伸缩系数随Al添加量而变化,当磁场强度低于40kA/m时,磁致伸缩系数随Al添加量的变化曲线出现一峰值,当磁场强度高于40kA/m时,磁致伸缩系数随Al添加量的增加而降低。

添加元素Al对Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金组织结构及性能的影响

研究了Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金中添加少量Al替代Fe时,对合金晶体结构、显微组织、磁致伸缩系数影响.结果发现,添加Al没有改变合金的晶体结构,随着Al添加量的增加,晶体显微组织中的析出物增加;在一定的磁场强度下,磁致伸缩系数随Al添加量而变化,当磁场强度低于40kA/m时,磁致伸缩系数随Al添加量的变化曲线出现一峰值,当磁场强度高于40kA/m时,磁致伸缩系数随Al添加量的增加而降低.

回火处理对<110>取向TbDyFe超磁致伸缩材料冲击韧性的影响

采用区熔定向凝固的方法制备了<110>取向的TbDyFe超磁致伸缩合金,在800—1080℃分别进行2h的回火处理,研究了回火处理对TbDyFe合金冲击韧性、断口形貌的影响.结果表明:在800和1080℃回火处理时合金的冲击韧性最好;高于共晶温度的回火处理,冲击韧性随着回火温度的提高而增加.回火处理引起富稀土相形态、尺寸、分布的变化是导致冲击韧性变化的主要原因,TbDyFe材料的断裂为解理断裂.

力-磁-环境耦合作用下超磁致伸缩材料TbDyFe表面畴变的观察

就TbDyFe超磁致伸缩材料在应力、磁场和环境耦合作用下的表面畴变进行了研究。主要利用光学显微镜及其微分干涉相衬显微（Differential Interference Contrast，DIC）系统，并自行设计搭建了恒磁场试样台和环境试验箱，由此实现了对应力、磁场及环境作用下材料表面磁畴变化的原位跟踪研究。

粘结巨磁致伸缩颗粒复合材料的磁致伸缩性能及涡流损耗

采用模压成型、室温固化的粘结方法制备了各向同性的粘结TbDyFe巨磁致伸缩颗粒复合材料.对其组织形貌、磁致伸缩性能、动态特性、涡流损耗特性和电阻率进行了测试和分析.结果表明,TbDyFe合金颗粒尺寸为74-150μm以及150—300μm时,树脂与颗粒结合相对紧密,浸润性良好;而颗粒尺寸为0—74μm时,出现明显的不良浸润和颗粒团聚现象.TbDyFe合金的颗粒尺寸和质量分数对材料的磁致伸缩性能影响较大,TbDyFe合金颗粒尺寸为74—150μm,质量分数为90%时,该复合材料磁致伸缩率在400 kA/m磁场下可达723.0×10^(-6).相比于取向生长的TbDyFe合金,粘结巨磁致伸缩颗粒复合材料的电阻率提高了5个数量级,在32.7 mT偏置磁场下声速降低1/3以上,涡流损耗因子在2×10~5 Hz条件下的降幅超过90%,在1×10~7 Hz的高频条件下仍可降低近50%.

Tb_(0.27)Dy_(0.73)Fe_(1.9)多晶与定向晶棒及其磁致伸缩特性

本文用自行设计的实验装置与工艺研制出Ｔｂ０．２７Ｄｙ０．７３Ｆｅ１．９磁致伸缩多晶棒和定向晶棒。用光学金相检验了定向晶棒的晶粒生长情况、晶粒大小与分布。测量了Ｔｂ０．２７Ｄｙ０．７３Ｆｅ１．９棒的居里温度、磁化曲线、磁致伸缩、机电耦合系数、弹性模量、共振频率及品质因素。比较了多晶棒与定向晶棒的磁性参数，讨论了晶粒定向对Ｔｂ０．２７Ｄｙ０．７３Ｆｅ１．９合金的磁致伸缩特性的影响．７３２．１１ｋＡ／ｍ磁场时，多晶棒和定向晶棒的磁致伸缩系数 分别是１２５０ｐｐｍ和１６１０ｐｐｍ．多晶棒和定向晶棒的有效机电耦合系数分别是０．８５和０．９２．定向结晶后，Ｔｂ０．２７Ｄｙ０．７３Ｆｅ１．９合金的磁致伸缩特性明显提高。

静水压力对超磁致伸缩纵向换能器性能的影响

以超磁致伸缩纵向换能器为对象，开展了静水压力下换能器的性能实验研究，给出了研究结果，并指出了今后工作方向。