專利名稱：一種FeGa磁致伸縮合金絲及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及合金制備技術領域，具體涉及一種!^efei磁致伸縮合金絲及其制備方法。
背景技術：
!^efei合金具有低成本、高抗拉強度、脆性小、導磁率高以及低場性能好等優(yōu)異的性能特征，在聲納水聲換能器技術、電聲換能器技術、微位移驅(qū)動、減振與防振和波動采油等軍民兩用高技術領域有較廣闊的潛在應用價值，是一類重要的戰(zhàn)略性磁性材料。自發(fā)現(xiàn)i^efei磁致伸縮材料以來，國內(nèi)外重要的科研機構都圍繞!^efei磁致伸縮材料的制備工藝和性能開展了研究。但由于目前制備的i^efei合金磁致伸縮應變只相當于目前廣泛應用的 Terfenl-D磁致伸縮材料的1/10 1/5，如何改善!^efei材料的制備工藝，使得晶粒盡可能沿<100>方向排列，一直是提高!^efe1材料磁致伸縮性能的重要研究內(nèi)容。定向凝固、甩帶快淬以及塑性變形等方法都被應用到!^( 磁致伸縮材料的制備工藝中，加快了 !^( 合金的工業(yè)應用。!^efei合金的易磁化方向、擇優(yōu)生長方向均為<100>晶體學方向，當制備沿<100> 取向生長的單晶或多晶狗(^合金可以獲得很大的磁致伸縮應變。中國申請?zhí)枮镃N 200710062867. X的發(fā)明專利中公開了一種通過熔煉、旋鍛和冷拔制備低磁場下磁致伸縮應變?yōu)?1 IlSppm的!^efei磁致伸縮合金絲的制備方法，此方法實施中體心立方晶體結構的 a-Fe相受軸對稱大塑性變形作用主要呈現(xiàn)<110>織構，致使獲得的磁致伸縮應變較低。中國申請?zhí)枮镃N 02117462. 8的發(fā)明專利提及在!^( 系磁致伸縮材料制備過程時，在爐冷過程中施加500-20000e磁場，可以提高飽和磁致伸縮應變，且利于在小于2000e磁場狀況下工作。以上專利技術表明，通過磁場影響!^( 合金凝固和熱處理過程、結合大塑性變形可以獲得較高磁致伸縮應變。但以上技術制備獲得的i^efei磁致伸縮材料晶粒沿<100>晶向排列程度較低，這限制了磁致伸縮應變的進一步提高，已有文獻中并沒有涉及磁場在i^efei 合金定向凝固和熱處理工藝中耦合應用的技術報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的問題，一種!^efei磁致伸縮合金絲及其制備方法。 本發(fā)明的i^efei磁致伸縮合金絲，其中( 的原子百分比為15% 30%，余量為FeJefei磁致伸縮合金絲直徑為0. 1 1mm，抗拉強度為400 650MPa，無外應力作用時磁致伸縮應變?yōu)?80 225ppm0本發(fā)明!^efe1磁致伸縮合金絲的制備方法，包括以下工藝步驟
(1)采用純度彡99.9wt%的純！^與純度彡99. 9wt%的fei為原料，Ga的原子百分比為 15% 30%，余量為！^，采用在高真空電弧熔煉后吸鑄或在真空感應爐中熔煉金屬模中澆鑄的方式制備鑄態(tài)i^efei母合金；
(2)將制備的鑄態(tài)!^efei母合金置于0.01 20T穩(wěn)恒磁場中，升溫到1400 1550°C，保溫0. 5 2小時后，在溫度梯度為10 50°C /mm、抽拉速率為0. 01 20mm/s的條件下使鑄態(tài)!^efei母合金定向凝固；
(3)將磁場下定向凝固!^efei合金置于0.01 20T磁場中，在溫度為1000 1100°C 條件下，保溫0. 5 M小時后，以0. 5 5°C /分的冷卻速率冷卻至750°C 850°C，保溫 0. 5 M小時，然后淬水或隨爐冷卻至室溫；
(4)將步驟(3)經(jīng)磁場熱處理后的!^efei合金在700°C 800°C進行總減面率為0.3 0. 5的熱鍛；
(5)將熱鍛后的!^( 合金進行總減面率為0.2 0. 4的室溫拉拔大塑性變形；
(6)將大塑性變形后獲得的!^( 材料，置于0.01 20T的磁場中，在500°C 650°C的溫度條件下，保溫1 12小時后，隨爐冷卻至室溫；
(7)將步驟(6)熱處理后的!^efe1合金，進行總減面率為0.1 0. 3的室溫再次拉拔大塑性變形；最后，
(8)將經(jīng)過再次拉拔大塑性變形直徑為0.1 Imm的合金絲，置于0. 01 20T的磁場中，在450°C 600°C溫度條件下，保溫1 12小時后，最后淬水冷卻至室溫；
所述的步驟(1)中，鑄態(tài)!^( 母合金是采用高真空電弧爐在0. 25 0. 75標準大氣壓氬氣保護下吸鑄或采用真空感應熔煉爐在0. 25 0. 75標準大氣壓氬氣保護下在銅模中澆鑄而成。本發(fā)明的有益效果是
由于cHe相的易磁化方向和擇優(yōu)生長方向均為<100>晶體學方向，通過在!^( 合金定向凝固過程中施加磁場，耦合了磁場取向作用和α相晶體擇優(yōu)生長作用，促進了 α -Fe在凝固中沿<100>方向生長排列，增加!^efei合金定向凝固α -Fe相沿<100>方向排列的程度；通過在!^( 合金及合金絲制備過程中施加磁場熱處理，促進了 α "Fe相趨于沿能量最低的易磁化方向，即<100>織構方向的排列。通過實施以上發(fā)明內(nèi)容，制備的!^( 合金絲比現(xiàn)有技術制備的相同( 含量!^( 合金絲的無外應力作用下磁致伸縮應變提高了 0. 9 2. 8倍，較相同條件下無磁場作用時!^efei合金絲磁致伸縮應變提高了 30% 85%。


圖1是實施例2中有、無磁場時!^( 合金的磁致伸縮性能，其中無磁場條件指的是在實施例2中所有磁場條件為0 T時制備的!^( 合金。
具體實施例方式本發(fā)明實施例中采用的高真空電弧爐型號為ZFH-300-70 ； 本發(fā)明實施例中采用的真空感應熔煉爐型號為TG100A-25 ； 本發(fā)明實施例采用JMTD-12T100超導磁體；
本發(fā)明實施例中采用JSD-20T52超導磁體； 本發(fā)明實施例中采用的真空熱處理爐型號為VHT-II ；
本發(fā)明實施例中采用SANS-CMT5105電子萬能試驗機進行應力一應變曲線測試并獲得抗拉強度；
本發(fā)明實施例中磁致伸縮應變采用標準電阻應變片法在平行和垂直方向測得。
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實施例1
(1)采用純度>99. 9wt%的純！^與純度> 99. 9wt%的fei為原料，采用高真空電弧爐在 0. 5標準大氣壓氬氣保護下吸鑄制備鑄態(tài)i^e-15%Ga (原子分數(shù))母合金；
(2)將制備的鑄態(tài)!^efei母合金置于0.OlT磁場中，升溫到1550°C，保溫2小時后，在溫度梯度為50°C /mm、抽拉速率為0. 5mm/s的條件下使鑄態(tài)!^( 母合金定向凝固；
(3)將制備的磁場下定向凝固的!^( 合金置于20T磁場中，在溫度為1000°C條件下， 保溫12小時后，以5°C /分的冷卻速率冷卻至750°C，保溫M小時，然后隨爐冷卻至室溫；
(4)將經(jīng)磁場熱處理后的!^( 合金在700°C進行總減面率為0.3的熱鍛；
(5)將熱鍛后的!^( 合金進行總減面率為0.2的室溫拉拔大塑性變形；
(6)將大塑性變形后獲得的!^efe1材料，置于IOT的磁場中，在500°C的溫度條件下，保溫8小時后，隨爐冷卻至室溫；
(7)將步驟(6)熱處理后的!^( 合金，進行總減面率為0.1的室溫再次拉拔大塑性變形；最后，
(8)將經(jīng)過再次大塑性變形直徑為Imm的合金絲，置于20T的磁場中，在450°C溫度條件下，保溫12小時后，最后淬水冷卻至室溫；
制備獲得的狗-15%(^合金絲的抗拉強度為400MPa，無外應力作用下磁致伸縮應變?yōu)?120ppmo實施例2
(1)采用純度>99. 9wt%的純！^與純度> 99. 9wt%的fei為原料，采用高真空電弧爐在 0. 75標準大氣壓氬氣保護下吸鑄制備鑄態(tài)i^e-27%Ga (原子分數(shù))母合金；
(2)將制備的鑄態(tài)!^efe1母合金置于IOT磁場中，升溫到1450°C，保溫1小時后，在溫度梯度為10°C /mm、抽拉速率為0. 01mm/s的條件下使鑄態(tài)!^efei母合金定向凝固；
(3)將制備的磁場下定向凝固的!^efei合金置于12T磁場中，在溫度為1050°C條件下， 保溫0. 5小時后，以0. 5°C /分的冷卻速率冷卻至850°C，保溫0. 5小時，然后淬水；
(4)將經(jīng)磁場熱處理后的!^( 合金在720°C進行總減面率為0.35的熱鍛；
(5)將熱鍛后的!^( 合金進行總減面率為0.3的室溫拉拔大塑性變形；
(6)將大塑性變形后獲得的!^efe1材料，置于0.IT的磁場中，在650°C的溫度條件下，保溫1小時后，隨爐冷卻至室溫；
(7)將步驟(6)熱處理后的!^( 合金，進行總減面率為0.15的室溫再次拉拔大塑性變形；最后，
(8)將經(jīng)過再次大塑性變形直徑為0.Imm的合金絲，置于0. OlT的磁場中，在500°C溫度條件下，保溫1小時后，最后淬水冷卻至室溫；
制備獲得的Fe-27%(ia合金絲抗拉強度為550MPa，無外應力作用下磁致伸縮應變?yōu)?225ppm。實施例3
(1)采用純度>99. 9wt%的純！^與純度> 99. 9wt%的fei為原料，采用真空熔煉爐在 0. 5標準大氣壓氬氣保護下在銅模中澆鑄制備鑄態(tài)i^-30%Ga (原子分數(shù))母合金；
(2)將制備的鑄態(tài)!^efei母合金置于20T磁場中，升溫到1400°C，保溫0.5小時后，在溫度梯度為30°C /mm、抽拉速率為20mm/s的條件下使鑄態(tài)!^( 母合金定向凝固；(3)將制備的磁場下定向凝固的!^efei合金置于0.OlT磁場中，在溫度為1100°C條件下， 保溫M小時后，以2V /分的冷卻速率冷卻至800°C，保溫10小時，然后淬水；
(4)將經(jīng)磁場熱處理后的!^( 合金在800°C進行總減面率為0.5的熱鍛；
(5)將熱鍛后的!^( 合金進行總減面率為0.4的室溫拉拔大塑性變形；
(6)將大塑性變形后獲得的!^( 材料，置于20T的磁場中，在550°C的溫度條件下，保溫12小時后，隨爐冷卻至室溫；
(7)將步驟(6)熱處理后的!^( 合金，進行總減面率為0.3的室溫再次拉拔大塑性變形；最后，
(8)將經(jīng)過再次大塑性變形直徑為0.5mm的合金絲，置于6T的磁場中，在600°C溫度條件下，保溫8小時后，最后淬水冷卻至室溫；
制備獲得的1^-30% 合金絲抗拉強度為650MPa，無外應力作用下磁致伸縮應變?yōu)?80ppmo
權利要求
1.一種!^( 磁致伸縮合金絲，其特征在于! 磁致伸縮合金絲中( 的原子百分比為15% 30%，余量為Fe，F(xiàn)eGa磁致伸縮合金絲直徑為0. 1 1mm，抗拉強度為400 650MPa，無外應力作用下磁致伸縮應變?yōu)?0 225ppm。
2.根據(jù)權利要求1所述一種狗(^磁致伸縮合金絲的制備方法，其特征在于，按以下工藝步驟進行(1)采用純度彡99.9wt%的純！^與純度彡99. 9wt%的fei為原料，Ga的原子百分比為 15% 30%，余量為Fe，制備鑄態(tài)!^efei母合金；(2)將制備的鑄態(tài)!^efei母合金置于0.01 20T穩(wěn)恒磁場中，升溫到1400 1550°C， 保溫0. 5 2小時后，在溫度梯度為10 50°C /mm、抽拉速率為0. 01 20mm/s的條件下使鑄態(tài)!^efei母合金定向凝固；(3)將磁場下定向凝固的!^efei合金置于0.01 20T磁場中，在溫度為1000 1100°C 條件下，保溫0. 5 M小時后，以0. 5 5°C /分的冷卻速率冷卻至750°C 850°C，保溫 0. 5 M小時，然后淬水或隨爐冷卻至室溫；(4)將步驟(3)經(jīng)磁場熱處理后的!^efei合金在700°C 800°C進行總減面率為0.3 0. 5的熱鍛；(5)將熱鍛后的!^( 合金進行總減面率為0.2 0. 4的室溫拉拔大塑性變形；(6)將大塑性變形后獲得的!^efei材料，置于0.01 20T的磁場中，在500°C 650°C的溫度條件下，保溫1 12小時后，隨爐冷卻至室溫；(7)將步驟(6)熱處理后的!^( 合金，進行總減面率為0.1 0. 3的室溫再次拉拔大塑性變形；最后，(8)將步驟(7)經(jīng)過再次拉拔大塑性變形直徑為0.1 Imm的合金絲，置于0. 01 20T 的磁場中，在450°C 600°C溫度條件下，保溫1 12小時后，最后淬水冷卻至室溫。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種!^efe1磁致伸縮合金絲的制備方法，其特征在于所述的步驟(1)中，鑄態(tài)狗(^母合金是在真空電弧爐中在0. 25 0. 75標準大氣壓，氬氣保護下吸鑄或采用真空感應熔煉爐在0. 25 0. 75標準大氣壓氬氣保護下在銅模中澆鑄而成。
全文摘要
一種FeGa磁致伸縮合金絲，其中Ga的原子百分比為15%～30%，余量為Fe，此合金絲直徑為0.1～1mm，抗拉強度為400～650MPa，無外應力作用下磁致伸縮應變?yōu)?0～225ppm。制備步驟包括鑄態(tài)母合金制備、磁場下合金的定向凝固、磁場下合金熱處理、拉拔塑性變形等。本發(fā)明充分利用α-Fe相易磁化方向、擇優(yōu)生長方向均為晶體學方向的特性，以磁場作用控制合金凝固和熱處理過程，制備獲得的FeGa合金絲比現(xiàn)有技術制備的相同Ga含量FeGa合金絲的磁致伸縮應變提高0.9～2.8倍，較相同條件下無磁場作用時FeGa合金絲磁致伸縮應變提高了30%～85%。
文檔編號C22C38/00GK102400034SQ20111038576
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權日2011年11月29日
發(fā)明者左小偉, 張 林, 王恩剛, 賈鵬, 赫冀成 申請人:東北大學