● 摘要
摘 要
TbDyFe超磁致伸缩合金具有电磁能与机械(声)能的转换功能,是能量转换材料,特别是声波换能器的重要材料,在国防、航空航天等高科技领域具有广阔的应用前景。我国目前正处于研究阶段,为了提供高性能的TbDyFe超磁致伸缩材料,以便换能器等领域应用,本文对Tb0.3Dy0.7Fe1.95超磁致伸缩材料的铸造及生长工艺进行了研究,着重致力于通过改进工艺来提高大尺寸Tb0.3Dy0.7Fe1.95超磁致伸缩材料的磁致伸缩性能,以满足更大功率器件的使用需求,且使其铸造、生长工艺规范化,为以后的工业化生产奠定基础。
本文通过研制TbDyFe合金的铸造模具,实现了批量铸棒的目的。并且采用区域定向凝固的方法,通过工艺优化,制备了具有良好性能的Ф10mm×200mm、Ф20mm×200mm、Ф30mm×255mm三种不同尺寸的Tb0.3Dy0.7Fe1.95取向晶体,并对其工艺的稳定性和均匀性进行了分析,主要得到以下结论:
实验表明,圆柱体模具+45#钢模具管的组合是目前浇铸TbDyFe合金棒材,比较合适的模具制作方式。用此方法浇铸出的TbDyFe长棒完整且表面光洁,并且可以通过控制炉料的方法来消除浇铸缩孔。
对于Ф10mm和Ф20mm两种尺寸的TbDyFe晶体来说,使用区熔法定向凝固,生长速度为240mm/h时,均可控制生长条件实现高度<110>取向。使用该方法制备的Ф10mm和Ф20mm两种尺寸的Tb0.3Dy0.7Fe1.95取向晶体,在1000Oe磁场10MPa预应力下的室温磁致伸缩分别达到1130ppm和981ppm。为了实际应用考虑,成功制备了磁致伸缩性能均匀的<110>取向Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金棒,这两种尺寸的合金棒在1000Oe磁场中磁致伸缩不均匀度都小于14%。
对于Ф30mm的TbDyFe晶体来说,小尺寸晶体生长工艺已经不能满足其需求,实验中通过增加冷却强度,抑制径向散热的方式,调整固液界面形态,使样品获得了良好的轴向<110>择优取向,1000Oe磁场10MPa预应力下的室温磁致伸缩达到1012ppm。通过对大量合金棒磁致伸缩性能的表征,证明使用此工艺制备的TbDyFe取向晶体具有良好的磁致伸缩性能均一性和一致性。
关键词:大尺寸TbDyFe合金、巨磁致伸缩、定向凝固
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