專利名稱：一種負的巨磁致伸縮材料Sm_xNd_1-xFe_y合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及磁性材料領(lǐng)域，尤其涉及一種負的巨磁致伸縮材料SmxNdhi^ey合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
鐵磁體在磁場的作用下會發(fā)生形狀或者尺寸的變化，這一現(xiàn)象被稱為磁致伸縮。 一般強磁物質(zhì)的磁致伸縮系數(shù)只有10_5 10_6數(shù)量級。二十世紀六十年代，發(fā)現(xiàn)重稀土金屬的磁致伸縮達到10_3數(shù)量級，其中Dy單晶甚至還達到10_2數(shù)量級。但是這樣大的磁致伸縮數(shù)值只有在極低的溫度下才能出現(xiàn)，無法在室溫下使用。七十年代初，發(fā)現(xiàn)稀土與鐵的立方Laves相化合物，在室溫下具有很大的磁致伸縮系數(shù)，如單晶的SmF^合金在其易磁化方向的室溫飽和磁致伸縮系數(shù)高達 1560X 10 6。但是，化合物具有很大的磁晶各向異性，在磁化時需要很高的外磁場，限制了其應(yīng)用范圍。在晶體場理論的指導(dǎo)下，用磁致伸縮常數(shù)符號相同而磁晶各向異性常數(shù)符號相反的RF%*R’ 17 化合物組成磁晶各向異性相互補償?shù)膫味祷厦瘢?’ ，可以在保持大磁致伸縮的同時，降低磁晶各向異性。負磁致伸縮材料的主要組元SmFe52負磁致伸縮系數(shù)大、磁晶各向異性常數(shù)K1為負值，目前還沒找到嚴格滿足晶體場理論條件的R’ Fe2化合物與之匹配。然而，在負的巨磁致伸縮材料SmNdFe合金中，Sm3+、Nd3+的磁晶各向異性補償大大降低了其磁晶各向異性，使得SmNdFe合金在磁致伸縮應(yīng)變大、居里溫度高、能量密度高、頻帶寬、低頻響應(yīng)速度快等優(yōu)點的基礎(chǔ)上，呈現(xiàn)更大的λ/ k比和更大的負磁致伸縮，在21世紀高新技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)占有重要的地位。近年來，人們通過研究發(fā)現(xiàn)，稀土巨磁致伸縮材料的取向合金具有更好的磁致伸縮性能，并對正磁致伸縮材料合金棒的制備工藝、取向形成、凝固組織形貌和磁致伸縮性能等方面進行了大量的研究，獲得了較好的磁致伸縮性能，并實現(xiàn)了在某些特殊領(lǐng)域中的應(yīng)用。但是目前還未見有系統(tǒng)地研究負磁致伸縮材料，尤其是負的巨磁致伸縮材料SmNdFe 合金成分設(shè)計、制備工藝、取向形成、凝固組織形貌等對合金棒磁致伸縮性能影響的報道， 本發(fā)明主要著眼于采用定向凝固制備技術(shù)提高負磁致伸縮材料SmNdFe合金的磁致伸縮性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種負的巨磁致伸縮材料SmxNdhi^ey 合金及其制備方法。負的巨磁致伸縮材料SmxNdhi^ey合金的制備方法步驟如下
1)以99.9%高純SnuNdJe金屬為原料，在真空度為1X10—2 1X10—3 1 的真空熔煉爐中反復(fù)熔煉多次后澆鑄獲得均勻的合金棒；
2)經(jīng)表面及兩端打磨處理后截成Φ5X30 10X50 mm3規(guī)格的合金棒；
3)將合金棒置入真空度約為IXKT11 的定向凝固設(shè)備中，在100(T1150 °C溫度進行區(qū)域熔煉，定向凝固生長速率為600 mm/h，生長結(jié)束后取出，得到負的巨磁致伸縮材料 SmxNd1^xFey 合金。所述負的巨磁致伸縮材料SmxNdhFey合金中，x=0. 8 0. 95，y=l. 8 1. 92，x、y 為原子百分數(shù)。本發(fā)明通過采用定向凝固制備技術(shù)，獲得了 SmxNdhFey取向合金，使得負磁致伸縮材料SmxNdhFey合金棒在無預(yù)壓應(yīng)力的情況下的磁致伸縮系數(shù)提高了 30% 41%。施加預(yù)壓應(yīng)力后磁致伸縮性能有進一步的提高，線性段進一步增長，而且該發(fā)明的實施步驟簡單易行，便于商業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施例方式在本發(fā)明中，1)多晶SmxNdhFey合金棒的制備以99. 9%高純Sm、Nd、、！^金屬為原料，在真空度為IX 10_2 IXlO-3 1 的真空熔煉爐中反復(fù)熔煉多次后澆鑄獲得均勻的合金棒。2)取向SmxNdhFey合金棒的制備經(jīng)表面及兩端打磨處理后截成φ 5X30 10X50 mm3規(guī)格的合金棒，將合金棒裝入定向凝固砂鍋，一起置入真空度約為IX KT1 1 的定向凝固生長設(shè)備中，在100(T1150 °C溫度進行區(qū)域熔煉，定向凝固生長速率為600 mm/h, 生長結(jié)束后取，得到負的巨磁致伸縮材料SmxNdhFey合金。3)磁性能測量主要測試定向凝固制備工藝對SmxNdhi^ey合金棒的軸向磁致伸縮性能的影響。應(yīng)變的測量采用電測法， 電測法具有使用簡單，精度高的特點，并且由于磁場變化慢，電阻應(yīng)變片基本不受磁場的影響，我們采用惠更斯電橋技術(shù)測量應(yīng)變，需要注意的是需要采用屏蔽線作為信號線避免噪聲影響。此外，我們還測量了施加了預(yù)壓應(yīng)力的SmxNdhFey合金棒的磁致伸縮系數(shù)在磁場熱處理前后的變化。實施例1
1)以99. 9%高純SnuNcUe金屬為原料，在真空熔煉爐中反復(fù)熔煉多次后澆鑄獲得均勻的Sma88Ndai2I^u合金棒。經(jīng)表面及兩端打磨處理后截成Φ 7X40 mm3規(guī)格的合金棒， 并在室溫下測量合金棒的磁致伸縮值λ隨外磁場H的變化關(guān)系。得到飽和磁致伸縮值λω 為-1462 ppm02)將合金棒裝入定向凝固砂鍋，一起置入真空度約為IX 10—1 1 的定向凝固生長設(shè)備中，在1100 °C溫度進行區(qū)域熔煉，定向凝固生長速率為600 mm/h，生長結(jié)束后取出，得到負的巨磁致伸縮材料SmxNdhFey合金。3)采用定向凝固制備工藝獲得取向合金后再次測量室溫下合金棒的磁致伸縮值 λ隨外磁場H的變化關(guān)系。得到飽和磁致伸縮值λω*-1943 ppm，比多晶合金棒提高了 33 % ο實施例2
1)以99. 9%高純SnuNcUe金屬為原料，在真熔煉爐中反復(fù)熔煉多次后澆鑄獲得均勻的Sma9NdaiI^u合金棒。經(jīng)表面及兩端打磨處理后截成Φ 7X40 mm3規(guī)格的合金棒，并在室溫下測量合金棒的磁致伸縮值λ隨外磁場H的變化關(guān)系。得到飽和磁致伸縮值λω 為-1401 ppm。2)將合金棒裝入定向凝固砂鍋，一起置入真空度約為IX KT1 1 的定向凝固生長設(shè)備中，在1100 °C溫度進行區(qū)域熔煉，定向凝固生長速率為600 mm/h，生長結(jié)束后取出，得到負的巨磁致伸縮材料SmxNdhFey合金。3)采用定向凝固制備工藝獲得取向合金后再次測量室溫下合金棒的磁致伸縮值 λ隨外磁場H的變化關(guān)系。得到飽和磁致伸縮值λω*-1892 ppm，比多晶合金棒提高了 35%。實施例3
1)以99. 9%高純SnuNcUe金屬為原料，在真空熔煉爐中反復(fù)熔煉多次后澆鑄獲得均勻的Sma88Nda口狗^合金棒。經(jīng)表面及兩端打磨處理后截成Φ 7X40 mm3規(guī)格的合金棒， 并在室溫下測量合金棒的磁致伸縮值λ隨外磁場H的變化關(guān)系。得到飽和磁致伸縮值λω 為-1388 ppm。2)將合金棒裝入定向凝固砂鍋，一起置入真空度約為IX KT1 1 的定向凝固生長設(shè)備中，在1100 °C溫度進行區(qū)域熔煉，定向凝固生長速率為600 mm/h，生長結(jié)束后取出，得到負的巨磁致伸縮材料SmxNdhFey合金。3)采用定向凝固制備工藝獲得取向合金后再次測量室溫下合金棒的磁致伸縮值 λ隨外磁場H的變化關(guān)系。得到飽和磁致伸縮值λω*-1956 ppm，比多晶合金棒提高了 41%。實施例4
1)以99. 9%高純(Sm、Nd、Fe金屬為原料，在真空熔煉爐中反復(fù)熔煉多次后澆鑄獲得均勻的Sm0.^dtl. Je1.9合金棒。經(jīng)表面及兩端打磨處理后截成Φ 7X40 mm3規(guī)格的合金棒， 并在室溫下測量合金棒的磁致伸縮值λ隨外磁場H的變化關(guān)系。得到飽和磁致伸縮值λω 為-1422 ppmο2)將合金棒裝入定向凝固砂鍋，一起置入真空度約為IX KT1 1 的定向凝固生長設(shè)備中，在1100 °C溫度進行區(qū)域熔煉，定向凝固生長速率為600 mm/h，生長結(jié)束后取出，得到負的巨磁致伸縮材料SmxNdhFey合金。3)采用定向凝固制備工藝獲得取向合金后再次測量室溫下合金棒的磁致伸縮值 λ隨外磁場H的變化關(guān)系。得到飽和磁致伸縮值λω*-1908 ppm，比多晶合金棒提高了 34%。
權(quán)利要求
1.一種負的巨磁致伸縮材料SmxNdhFey合金及其制備方法，其特征在于它的步驟如下1)以99.9%高純SnuNdJe金屬為原料，在真空度為1X10—2 1X10—3 1 的真空熔煉爐中反復(fù)熔煉多次后澆鑄獲得均勻的合金棒；2)經(jīng)表面及兩端打磨處理后截成Φ5X30 10X50 mm3規(guī)格的合金棒；3)將合金棒置入真空度約為IXKT11 的定向凝固設(shè)備中，在100(T1150 °C溫度進行區(qū)域熔煉，定向凝固生長速率為600 mm/h，生長結(jié)束后取出，得到負的巨磁致伸縮材料 SmxNd1^xFey 合金。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種負的巨磁致伸縮材料SmxNdhi^ey合金，其特征在于所述負的巨磁致伸縮材料SmxNd1^Fey合金中，x=0. 8 0. 95，y=l. 8 1. 92，x、y為原子百分數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種負的巨磁致伸縮材料SmxNd1-xFey合金及其制備方法。它的步驟如下1)以99.9％高純Sm、Nd、Fe金屬為原料，在真空度為1×10-2~1×10-3Pa的真空熔煉爐中反復(fù)熔煉多次后澆鑄獲得均勻的合金棒；2)經(jīng)表面及兩端打磨處理后截成Φ5×30～10×50mm3規(guī)格的合金棒；3)將合金棒置入真空度約為1×10-1Pa的定向凝固設(shè)備中，在1000~1150℃溫度進行區(qū)域熔煉，定向凝固生長速率為600mm/h，生長結(jié)束后取出。本發(fā)明通過采用定向凝固制備技術(shù)，獲得的、等SmxNd1-xFey取向合金棒在無預(yù)壓應(yīng)力的情況下的磁致伸縮系數(shù)λ提高了33％～41％。施加預(yù)壓應(yīng)力后磁致伸縮性能有進一步的提高。
文檔編號C30B29/52GK102206861SQ20111010855
公開日2011年10月5日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者嚴密, 張昌盛, 竇青青, 馬天宇 申請人:浙江大學(xué)