一種Fe-Ni金屬基磁致伸縮材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于功能材料技術領域，涉及一種Fe-Ni金屬基磁致伸縮材料，本發明還 涉及該Fe-Ni金屬基磁致伸縮材料的制備方法。
【背景技術】
[0002] 磁致伸縮材料是指在外加磁場作用下，形狀或尺寸發生變化的一種鐵磁性材料。 磁致伸縮材料大致上主要有三大類：一是具有磁致伸縮效應的金屬與合金，如鎳基合金和 鐵基合金，其飽和磁化強度較高，力學性能好，具有可變形的特點；二是鐵氧體（如Ni-Zn， Ni-Co-Cu等）磁致伸縮材料，其飽和磁化強度低，價格低廉、高頻特性好；三是以Tb-Dy-Fe 材料為代表的稀土金屬間化合物磁致伸縮材料，其磁致伸縮性能遠高于傳統磁致伸縮材 料，但其價格昂貴、磁化磁場高、性脆。
[0003] 隨著科技的發展，磁致伸縮材料的應用越來越廣泛。由于稀土磁致伸縮材料價格 昂貴，不可進行形變加工，在大量程的傳感器應用中會受到限制。因此，開發出一種價格低 廉，機械性能和磁致伸縮性能良好，可加工變形的金屬基磁致伸縮材料是非常必要的。
[0004] Fe-Ni磁致伸縮材料具有可變形，能拉成細絲、可軋成薄帶的優點，在閥門液壓、聲 學換能、微位移等領域的應用有很大進展，在精密定位、微電子技術、光纖技術、生物工程及 微型機電系統等領域也有廣闊的發展空間。目前，國外金屬磁致伸縮材料的制備技術比較 成熟，制備的材料綜合性能較好，但是價格昂貴，而且國外對金屬磁致伸縮材料的成分及 制備工藝保密，沒有相關文獻可供借鑒，我國自主性研發的金屬磁致伸縮材料所得信號余 波太多且材料太硬，磁致伸縮性差，表面質量均勻性差，波導絲信號穩定性差，使傳感器的 檢測結果精度變差。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的是提供一種Fe-Ni金屬基磁致伸縮材料，解決了現有金屬基磁致伸 縮材料磁致伸縮性差的問題。
[0006] 本發明的另一目的是提供上述Fe-Ni金屬基磁致伸縮材料的制備方法。
[0007] 本發明所采用的第一種技術方案是：一種Fe-Ni金屬基磁致伸縮材料，按照重 量百分比由以下組分組成：Fe 25-42%、Ni 20-46%、Cr 4-6%、Ti 2-3%、Si 1-2%、Al 0- 1 %、Co〇-26 %，上述各組分的重量百分比之和為100 %。
[0008] 本發明所采用的第二種技術方案是：Fe_Ni金屬基磁致伸縮材料的制備方法，具 體按照以下步驟實施：
[0009] 步驟 1 :按照質量百分比稱取 Fe 25-42%、Ni 20-46%、Cr 4-6%、Ti 2-3%、Si 1- 2%、A1 〇-l%、Co〇-26%的粉末，上述各組分的重量百分比之和為100% ;
[0010] 步驟2 :將步驟1稱取的各組分混合并壓制成型；
[0011] 步驟3 :將步驟2壓制成型后的原料進行熔煉合金；
[0012] 步驟4 :將步驟3熔煉好的合金吸鑄成合金棒；
[0013] 步驟5 :對步驟4的合金棒進行鍛打；
[0014] 步驟6 :將步驟5進行鍛打后的合金棒在真空條件下進行加熱；
[0015] 步驟7 :對合金棒進行熱軋處理和打磨，然后消除表面氧化皮，在拉絲機上進行冷 拔，得到直徑為0. 5-lmm的Fe-Ni合金絲；
[0016] 步驟8 :在氬氣保護下對步驟7的Fe-Ni合金絲進行熱處理，得到Fe-Ni金屬基磁 致伸縮材料。
[0017] 本發明第二種技術方案的特點還在于，
[0018] 步驟2中壓制成型的具體方法為：將各組分放入模具中在28-32噸壓制下保持 28-32秒壓制成型。
[0019] 步驟3中進行熔煉合金的具體方法為：
[0020] 步驟3. 1 :將步驟2中壓制成型后的原料抽真空，在真空度為1~3X KT3Pa時充 入氬氣至爐腔內氣壓達到5 X IO4Pa ;
[0021] 步驟3. 2 :熔煉2-3min至所有組分完全熔化；
[0022] 步驟3. 3 :翻轉并重復上述步驟3~5次使合金各組分分布均勻，以完成合金的熔 煉。
[0023] 步驟5中對合金棒進行鍛打的具體方法為：將吸鑄好的合金棒置于箱式燒結爐中 加熱到1000-1100°C，取出后在成型模中反復鍛打。
[0024] 步驟6中加熱的溫度為500-600°C，并保溫I. 5-2. 5h。
[0025] 步驟8中熱處理的溫度為550-650°C，熱處理的時間為I. 5-2. 5h。
[0026] 本發明的有益效果是：一種Fe-Ni金屬基磁致伸縮材料，Ni和Co可以提高材料的 磁導率和飽和磁化強度；Cr增加合金抗氧化及耐腐蝕能力；Ti降低Ni-Fe合金熱彈系數對 成分的敏感性，細化晶粒，改善綜合性能；Si降低矯頑力，有減小晶體各向異性傾向，使磁 化容易，磁阻減小；Fe磁性能優異，可進行變形加工；綜合上述組分制備的Fe-Ni金屬基磁 致伸縮材料磁致伸縮良好。另外，Fe-Ni金屬基磁致伸縮材料的制備方法簡單，效率高，便 于進行大規模批量生產。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0028] 本發明一種Fe-Ni金屬基磁致伸縮材料，按照重量百分比由以下組分組成：Fe 25-42%、Ni 20-46%、Cr 4-6%、Ti 2-3%、Si 1-2%、Al 0-1%、Co〇-26%，上述各組分的 重量百分比之和為100%。
[0029] 上述Fe-Ni金屬基磁致伸縮材料的制備方法，具體按照以下步驟實施：
[0030] 步驟 1 :按照質量百分比稱取 Fe 25-42%、Ni 20-46%、Cr 4-6%、Ti 2-3%、Si 1-2%、A1 〇-l%、Co〇-26%的粉末，上述各組分的重量百分比之和為100% ;
[0031] 步驟2 :將步驟1稱取的各組分混合并壓制成型；
[0032] 具體方法為：將各組分放入模具中在28-32噸壓制下保持28-32秒壓制成型；
[0033] 步驟3 :將步驟2壓制成型后的原料進行熔煉合金；
[0034] 具體方法為：
[0035] 步驟3. 1 :將步驟2中壓制成型后的原料抽真空，在真空度為1~3X KT3Pa時充 入氬氣至爐腔內氣壓達到5 X IO4Pa ;
[0036] 步驟3. 2 :熔煉2-3min至所有組分完全熔化；
[0037] 步驟3. 3 :翻轉并重復上述步驟3~5次使合金各組分分布均勻，以完成合金的熔 煉；
[0038] 步驟4 :將步驟3熔煉好的合金吸鑄成合金棒；
[0039] 步驟5 :對步驟4的合金棒進行鍛打；
[0040] 具體方法為：將吸鑄好的合金棒置于箱式燒結爐中加熱到l〇〇〇-ll〇〇°C，取出后 在成型模中反復鍛打；
[0041] 步驟6 :將步驟5進行鍛打后的合金棒在真空條件下進行加熱；
[0042] 加熱的溫度為500-600°C，并保溫I. 5-2. 5h ;
[0043] 步驟7 :對合金棒進行熱軋處理和打磨，然后消除表面氧化皮，在拉絲機上進行 冷拔，得到直徑為0. 5-lmm的Fe-Ni合金絲；
[0044] 步驟8 :在氬氣保護下對步驟7的Fe-Ni合金絲進行熱處理，得到Fe-Ni金屬基磁 致伸縮材料；
[0045] 熱處理的溫度為550-650°C，熱處理的時間為I. 5-2. 5h。
[0046] -種Fe-Ni金屬基磁致伸縮材料，Ni和Co可以提高材料的磁導率和飽和磁化強 度；Cr增加合金抗氧化及耐腐蝕能力；Ti降低Ni-Fe合金熱彈系數對成分的敏感性，細化 晶粒，改善綜合性能；Si降低矯頑力，有減小晶體各向異性傾向，使磁化容易，磁阻減小；Fe 磁性能優異，可進行變形加工；綜合上述組分制備的Fe-Ni金屬基磁致伸縮材料磁致伸縮 良好。另外，Fe-Ni金屬基磁致伸縮材料的制備方法簡單，效率高，便于進行大規模批量生 產。
[0047] 實施例1
[0048] 步驟 1 :按照質量百分比稱取 Fe 25%、Ni 46%、Cr 5%、Ti 2. 5%、Si I. 5%、A1 0. 5%、Col9. 5%的粉末，上述各組分的重量百分比之和為100% ;
[0049] 步驟2 :將步驟1稱取的各組分混合并壓制成型；
[0050] 具體方法為：將各組分放入模具中在28噸壓制下保持28秒壓制成型；
[0051] 步驟3 :將步驟2壓制成型后的原料進行熔煉合金；
[0052] 具體方法為：
[0053] 步驟3. 1 :將步驟2中壓制成型后的原料抽真空，在真空度為IX KT3Pa時充入氬 氣至爐腔內氣壓達到5 X IO4Pa ;
[0054] 步驟3. 2 :熔煉2min至所有組分完全熔化；
[0055] 步驟3. 3 :翻轉并重復上述步驟3次使合金各組分分布均勻，以完成合金的熔煉；
[0056] 步驟4 :將步驟3熔煉好的合金吸鑄成合金棒；
[0057] 步驟5 :對步驟4的合金棒進行鍛打；
[0058] 具體方法為：將吸鑄好的合金棒置于箱式燒結爐中加熱到1000°C，取出后在成型 模中反復鍛打；
[0059] 步驟6 :將步驟5進行鍛打后的合金棒在真空條件下進行加熱；
[0060] 加熱的溫度為500°C，并保溫I. 5h ;
[0061] 步驟7 :對合金棒進行熱軋處理和打磨，然后消除表面氧化皮，在拉絲機上進行冷 拔，得到直徑為0. 5mm的Fe-Ni合金絲；
[0062] 步驟8 :在氬氣保護下對步驟7的Fe-Ni合金絲進行熱處理，得到Fe-Ni金屬基磁 致伸縮材料；
[0063] 熱處理的溫度為550°C，熱處理的時間為I. 5h。
[0064] 實施例2
[0065] 步驟 1 :按照質量百分比稱取 Fe 30%、Ni 40%、Cr 6%、Ti 2%、Si 2%、C〇20% 的粉末，上述各組分的重量百分比之和為100% ;
[0066] 步驟2 :將步驟1稱取的各組分混合并壓制成型；
[0067] 具體方法為：將各組分放入模具中在30噸壓制下保持30秒壓制成型；
[0068] 步驟3 :將步驟2壓制成型后的原料進行熔煉合金；
[0069] 具體方法為：
[0070] 步驟3. 1 :將步驟2中壓制成型后的原料抽真空，在真空度為2 X KT3Pa時充入氬 氣至爐腔內氣壓達到5 X IO4Pa ;
[0071] 步驟3. 2 :熔煉2. 5min至所有組分完全熔化；
[0072] 步驟3. 3 :翻轉并重復上述步驟4次使合金各組分分布均勻，以完成合金的熔煉；
[0073] 步驟4 :將步驟3熔煉好的合金吸鑄成合金棒；
[0074] 步驟5 :對步驟4的合金棒