〈110〉和〈112〉取向Tb-Dy-Fe超磁致伸缩合金的定向生长

采用区熔定向凝固方法,在30-720 mm/h生长速度范围内,均能获得(110)轴向择优取向生长的Tb-Dy-Fe合金;凝固形态随生长速度提高出现从平面晶到胞状晶、树枝晶转变;低速生长(30 mm/h)的样品磁致伸缩性能没有压力效应,高速生长(≥120 mm/h)的样品磁致伸缩性能具有明显的压力效应.低生长速度时〈110〉取向样品按双{111}系孪晶生长,高生长速度时按单{111}系孪晶生长,由此计算样品的磁致伸缩性能与实验结果基本吻合.在更高生长速度下(900 mm/h)获得沿〈112〉轴向高度择优取向的样品,其磁致伸缩性能与高生长速度〈110〉取向样品性能相当,具有明显的压力效应.

热处理工艺对〈110〉轴向取向Tb-Dy-Fe合金性能与显微组织的影响

研究了热处理工艺对<110>轴向取向Tb0.3Dy0.7(Fe1-xMx)1.95(M=Mn,Al,Ti,B,x=0.03)合金磁致伸缩性能与显微组织的影响。实验结果表明,热处理后合金的磁致伸缩应变λ和dλ/dH都显著提高,显微组织由片状晶向多边形晶粒转化,而且富稀土相在样品表面和晶界析出,晶粒内部的富稀土相有球化趋势。合理控制热处理温度和时间可以显著提高该合金的磁致伸缩性能。

定向凝固Tb-Dy-Fe合金的热处理组织与性能

采用区熔定向凝固的方法,制备〈110〉取向Tb-Dy-Fe超磁致伸缩合金晶体.用管式炉氩气保护,在900-1100℃进行4和48 h的均匀化热处理,研究了热处理对Tb-Dy-Fe合金取向、组织、磁致伸缩性能和力学性能的影响.结果表明,热处理不改变Tb-Dy-Fe合金的轴向择优取向;热处理4 h后,网状富稀土相明显退化,向颗粒状转变;热处理48 h后,网状富稀土相基本消失,形成大量颗粒状富稀土相.热处理明显提高了Tb-Dy-Fe合金样品的磁致伸缩性能,特别是提高低场磁致伸缩性能,但力学性能下降.经4 h热处理,本实验条件下制备的〈110〉取向Tb-Dy-Fe合金样品综合性能最好.

热处理对〈110〉取向TbDyFe合金磁致伸缩性能和力学性能的影响

采用区熔定向凝固方法制备〈110〉取向的TbDyFe超磁致伸缩合金,用管式炉氩气保护,在不同温度下进行2 h的均匀化热处理,研究热处理条件的变化对TbDyFe合金取向、组织、磁致伸缩性能以及力学性能的影响.结果表明:热处理不改变TbDyFe合金的轴向择优取向,热处理后网状的富稀土相向球状转变,磁致伸缩系数提高,提高的幅度在300×10-6左右,力学性能明显改善,抗压强度从225 MPa提高到256 MPa.经930℃热处理2 h后,〈110〉取向的TbDyFe超磁致伸缩合金综合性能最好.

<110>取向Tb—Dy—Fe—Co合金棒的磁致伸缩均匀性

采用区熔定向凝固方法,先以30mm/h低速生长,再以480mm/h高速生长,制备了磁致伸缩性能较为均匀的〈110〉取向Tb_(0．36)Dy_(0．64)(Fe_(1-x)Co_x)_2(x=0,0．1,0．15)合金棒．研究了不同晶体生长阶段的轴向择优取向和微观组织对磁致伸缩性能的影响．结果表明,轴向择优取向度主要影响样品在无预压应力条件下的磁致伸缩性能;富稀土相分布主要影响样品在施加预压应力条件下的磁致伸缩性能．沿合金棒轴向,从底部到顶部择优取向度逐渐增高,富稀土相由网状分布变为平行排列,造成合金棒顶部和中部的磁致伸缩性能较底部更高．磁化场为240kA/m时磁致伸缩不均匀度小于6%,显示了良好的均匀性．

元素Zr添加对铸态Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_(1.95)合金组织与磁致伸缩性能的影响

采用高真空电弧炉制备了Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xZrx(x=0、0.03、0.06、0.09)合金,研究了不同Zr含量Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xZrx(x=0、0.03、0.06、0.09)合金的晶体结构、微观组织及磁致伸缩性能。结果表明添加Zr后的Tb0.3Dy0.7Fe1.95-xZrx(x=0.03、0.06、0.09)合金基体相仍保持为MgCu2(C15型)立方Laves相结构,Zr添加后取代了Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金中的稀土原子Tb、Dy而使晶格常数减小。添加Zr后,初生相ZrFe2的形成使得凝固液体富稀土从而抑制了RFe3有害相的生成,Zr在基体相RFe2中有限固溶而在富稀土相Re中不溶。初生相ZrFe2(C15型)可溶于与自身结构相同的RFe2(C15型)相中形成(Re、Zr)Fe2相。当Zr含量x=0.09时,Zr的溶解过饱和,从而在(Re、Zr)Fe2基体相上析出了富Zr相。Zr的添加量x对磁致伸缩的影响很大,少量Zr的添加对磁致伸缩的提高有利,但当含量x=0.09时,由于富Zr相,富Re相的析出对磁致伸缩的提高不利,但相对于Tb0.3Dy0.7Fe1.95母合金有少量提高。

Tb_(0.27)Dy_(0.73)Fe_(1.95)合金定向凝固时的固液界面形貌与择优取向

在自制的超高温度梯度定向凝固装置中,通过对Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金定向凝固条件和固液界面形貌及晶体生长取向间的关系进行分析,发现Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金定向凝固时发生胞枝转变的的凝固条件为GL/V值介于9.60×102K.s/mm2～10.45×102K·s/mm2之间.固液界面形貌与晶体取向间有明显的对应关系,固液界面形貌为胞状晶或无侧向分枝的树枝晶时其择优取向为〈110〉,结晶形貌为树枝晶时其择优生长方向为〈112〉,而在胞-枝转变区晶体为〈110〉,〈112〉,〈113〉等多种取向的混合.当Tb0.27Dy0.73Fe1.95合金以较低的晶体生长速率定向凝固时易产生〈110〉择优生长方向,并且产生〈110〉择优生长方向时的晶体生长速率范围随温度梯度的增加而扩大.

Al替代Fe对<110>取向Tb-Dy-Fe合金显微组织、磁致伸缩性能和力学性能的影响

采用区熔定向凝固方法制备<110>取向的Tb0.3Dy0.7(Fe1 xAlx)2(x=0,0.05,0.10,0.15)超磁致伸缩合金,研究不同含量Al原子替代Fe原子对于合金微观组织、磁致伸缩性能和力学性能的影响。结果表明:Al原子替代不改变定向凝固样品形成的<110>轴向择优取向,合金依然保持MgCu2型立方Laves相和部分稀土相结构。随着Al含量的增加,黑色RE(FeAl)2相和白色富稀土RE(Al)相的析出数量、尺寸及分布发生变化。微量Al原子(x≤0.05)替代可以显著提高材料低磁场下的动态响应及饱和磁致伸缩系数,随着Al含量进一步提高,合金系饱和磁致伸缩系数降低。Tb0.3Dy0.7(Fe1 xAlx)2(x=0,0.05,0.10,0.15)合金的压缩强度随着Al原子含量增加而增加,合金发生解理断裂。当Al替代量x≤0.1时,合金具有良好的综合性能。

合金Pr_(0.15)Tb_(0.30)Dy_(0.55)Fe_(1.85)C_x的结构和磁致伸缩

用电弧炉熔炼法制备了Pr0．15Tb0．30Dy0.55Fe1．85Cx（x=0．0～0．1）合金。分别采用X射线衍射（XRD）、振动样品磁强计（VSM）和应变仪分析了合金的结构、居里温度和磁致伸缩。研究发现，所有样品均呈现单一MgCu2型Laves相结构；随C含量的增加，晶格常数增大、居里温度增高；C元素的引入，对合金的磁致伸缩和磁晶各向异性能产生了一定的影响。

TbxDy_(1-x)Fe_(1.95)合金不同晶体方向的磁致伸缩应变

本文根据应力各向异性、磁晶各向异性和磁矩转动技术磁化过程的原理，计算了不同取向单晶体的磁致伸缩应变理论值。在理想条件下，〈１１１〉轴向取向晶体的磁致伸缩性能最好；〈１１０〉和〈１１２〉取向性能相同，都比〈１１１〉稍差；〈１１３〉取向的性能最差；同时测量了低场下不同取向Ｔｂ－Ｄｙ－Ｆｅ多晶体的磁致伸缩性能，发现在低场下。

热处理对Tb-Dy-Fe合金声速和弹性模量的影响

本文研究了＜１１２＞轴向取向Ｔｂ０３１Ｄｙ０６９（Ｆｅ１９５Ｍ００５）１９５（Ｍ＝Ｍｎ，Ａｌ等）合金的声速和弹性模量与外加磁场的关系。随着磁场强度的增加，弹性模量和声速逐渐降低，在１０ｋＡ／ｍ时达到最小，随后逐渐增加。在９５０～１０８０℃热处理３ｈ，在相同磁场下材料的声速和弹性模量达到最低值。

Tb0.3Dy0.7Fe2合金磁畴偏转的滞回特性研究

研究了不同载荷作用下Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_2合金在压磁和磁弹性效应中磁畴偏转的滞回特性.基于StonerWolhfarth模型的能量极小原理,采用绘制自由能-磁畴偏转角度关系曲线的求解方法,研究了压磁和磁弹性效应中载荷作用下的磁畴角度偏转和磁化过程,计算分析了不同载荷作用下磁畴偏转的滞回特性.研究表明,压磁和磁弹性效应中磁畴偏转均存在明显的滞回、跃迁效应,其中磁化强度的滞回效应来源于磁畴偏转的角度跃迁;压磁效应中预加磁场的施加将增大磁化强度的滞回,同时使滞回曲线向大压应力方向偏移;磁弹性效应中磁畴偏转的滞回存在两个临界磁场强度,不同磁场强度下合金具有不同的磁畴偏转路径和磁化滞回曲线,临界磁场强度的大小取决于预压应力的施加.理论分析对类磁致伸缩材料磁畴偏转模型的完善和材料器件的设计应用非常有意义.

Ce_x(Tb_(0.27)Dy_(0.73))_(1-x)Fe_2合金的结构与磁致伸缩

采用Ｘ射线、金相和应变测试技术研究了Ｃｅｘ（Ｔｂ０．２７Ｄｙ０．７３）１－ｘＦｅ２合金的显微结构、晶格常数及磁致伸缩，结果表明未退火合金的主相为ＭｇＣｕ２型立方结构的１∶２相，第二相为１∶３相，且随着Ｃｅ含量的增加，第二相的含量也逐渐增加．经过７００ ℃，７２ ｈ退火后，第二相的含量明显减少．合金的晶格常数和磁致伸缩随Ｃｅ含量的增加而减小．

热处理对<110>取向Tb-Dy-Fe-Al合金组织和性能的影响

采用区熔定向凝固方法制备了<110>取向的Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)2(x=0,0.05,0.10,0.15)超磁致伸缩合金,在真空管式炉氩气保护条件下,对合金进行930℃×2 h的热处理,研究了热处理对于不同含量Al元素替代合金的微观组织、磁致伸缩性能和力学性能的影响。结果表明:热处理不改变Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)2合金样品定向凝固形成的<110>轴向择优取向,热处理后的合金棒样品依然保持MgCu2型立方Laves相和部分稀土相结构,没有新相对应的衍射峰产生。热处理后Tb0.3 Dy0.7(Fe1-xAlx)2合金的片层组织退化,随着Al元素含量的增加,基体内的析出相形态和分布不断发生变化。当Al的添加量为x=0.05和x=0.15时,热处理后合金的磁致伸缩性能下降,饱和磁致伸缩分别为817×10-6,571×10-6。Al的添加量x=0.10时,热处理在不降低合金饱和磁致伸缩的同时可以显著提高其压缩强度及低场动态响应。

Tb_(0.3)Dy_(0.7)(Fe_(1-x)Pt_x)_(1.95)合金的结构与磁致伸缩特性研究

利用XRD、SEM和电阻应变片等方法研究了Tb0.3Dy0.7(Fe1-xPtx)1.95(x=0.00,0.02,0.04,0.06,0.08)合金的微结构和磁致伸缩特性。结果表明:当Pt含量x≤0.06时,合金为具有立方MgCu2型结构的Laves单相,Pt置换Fe导致合金相的晶格常数a线性增大;磁致伸缩系数λ随Pt含量的增加不断减小,随外磁场(H≤500mT)的增大而单调增大;当合金在950℃退火4h,可获得较好的磁伸缩性能。在x=0.08时,合金中出现微量第二相Fe3Dy,证实Pt在Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金中的最大固溶度小于5at%。

<110>择优取向Tb_(0.29)Dy_(0.51)Ho_(0.2)Fe_(1.95)合金棒的均匀性

采用区熔定向凝固技术,先采用30mm/h的低生长速度,然后生长速度调为240mm/h,制备具有择优取向的Tb0.29Dy0.51Ho0.2Fe1.95合金棒,测试了经定向凝固样品上部、中部、下部三个部位的轴向择优取向和磁致伸缩性能。研究结果表明,以240mm/h的生长速度,稳定生长工艺制备的80mm长TbDyHoFe合金棒,在全部长度内均为<110>择优取向,并且在其稳定生长的绝大部分长度内,整体具有均匀一致的择优取向。样品整体具有较强的压力效应,磁致伸缩性能很好,整体性能基本均匀。

磁感应强度和冷却速率对Tb_(0.27)Dy_(0.73)Fe_(1.95)合金凝固过程中取向行为的影响

实验研究了磁感应强度和冷却速率对Tb_(0.27)Dy_(0.73)Fe_(1.95)合金凝固过程中(Tb,Dy)Fe_2相取向行为及合金磁性能的影响.结果表明,将强磁场作用于Tb_(0.27)Dy_(0.73)Fe_(1.95)合金的凝固过程可以制备出(Tb,Dy)Fe_2相沿<111>取向的组织,同时显著提高了合金的磁致伸缩性能;通过提高磁感应强度可以在更快的冷却速率下得到<111>取向的组织;在4-10 T范围内,随着冷却速率的增加,(Tb,Dy)Fe_2相沿<111>取向所需的磁感应强度增加,而发生(110)取向的磁感应强度减小.随着冷却速率的增加,合金的饱和磁化强度增加,而强磁场的施加对合金饱和磁化强度的变化没有明显影响.(Tb,Dy)Fe_2相的取向行为受*Tb,Dy)Fe_3相取向行为的影响,且由磁晶各向异性能与磁场作用时间共同控制.

湿空气中恒磁场导致(Tb,Dy)Fe_2合金的滞后开裂

对(Tb,Dy)Fe2超磁致伸缩合金,用微分相衬显微镜原位研究了应力和磁场引起的畴变、卸载压痕裂纹在湿空气中的滞后扩展以及在湿空气中恒磁场引起的滞后畴变及滞后开裂．结果表明,当磁场大于门槛值Hth后就能使压痕裂纹发生瞬时扩展;在湿空气中,残余应力能使(Tb,Dy)Fe2发生滞后扩展,当裂纹止裂后,恒磁场(H<Hth)能使磁畴发生滞后变化,并能使压痕裂纹进一步发生滞后扩展．

成形工艺参数对聚氨酯粘结Tb-Dy-Fe合金性能的影响

采用聚氨酯粘结Tb_(0.27)Dy_(0.73)Fe_(1.95)合金颗粒,并在磁场取向作用下压制成形制备复合材料,研究成形压力、粉末粒度、粘结剂、偶联剂等因素对其密度、磁致伸缩性能的影响。结果表明,样品密度随成形压力的增高而逐渐提高,在1000 MPa成形压力作用下样品平均密度可以达到7.1 g/cm^(3)。而受材料本征脆性的影响,样品磁致伸缩性能在成形压力400 MPa下最佳,在400 kA/m磁场下磁致伸缩系数达665.3×10^(–6),压磁系数3.0 nm/A。因此,最佳工艺参数为成形压力400 MPa、粉末粒度150~250μm、粘结剂含量2.4 wt%、偶联剂含量1.2 wt%。

Tb_(0.36)Dy_(0.64)(Fe_(0.85)Co_(0.15))_(2-x)B_x合金的结构和磁致伸缩

研究了Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2-xBx(x=0,0.05,0.15,0.30)合金的结构、显微组织和磁致伸缩。结果表明,Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2-xBx合金基体仍为MgCu2型立方结构Laves相,合金点阵常数a随B含量增加先减小后增大;当B含量达到x=0.15时,样品中开始有杂相析出。少量B(x=0.05)添加时,合金的饱和磁致伸缩有所提高;随B含量继续增加,合金中形成1:3相以及富硼相,饱和磁致伸缩急剧下降。