專利名稱：一種改善超磁致伸縮材料磁致伸縮性能的方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料領域，涉及一種利用氣相充氫方法改善(Tb，Dy)Fe2超磁致伸縮材料的磁致伸縮性能的方法。
背景技術：
(Tb，Dy)Fe2超磁致伸縮材料因其具有磁致伸縮應變高，輸出功率大，能量密度高以及響應速度快等無可替代的優點，被廣泛的應用于磁(電)-聲換能器、致動器以及傳感器等方面，涉及的領域有航空航天、國防軍事、石油化工、通訊電子、汽車工業等。在很多領域(包括國防領域)獲得了廣泛的應用。
目前世界范圍內對稀土超磁致伸縮材料的研究主要集中在兩方面第一是針對磁致伸縮材料的磁性能，考察不同合金及不同替代元素對磁致伸縮的各方面磁性能的影響，試圖改善磁致伸縮性能；第二是探索不同的制備方法和加工工藝，通過改變材料的定向凝固條件來控制材料的取向度，通過熱處理來消除應力，通過改變晶界的組織形狀來提高晶體的完整性。
為了改進(Tb，Dy)Fe2超磁致伸縮材料使用性能，人們在材料的制備和加工等方面進行了大量的研究。在外加磁場的情況下，多晶體材料中的磁致伸縮小于單晶體的飽和磁致伸縮，而且由于晶粒的易磁化方向各不相同，磁化時伸縮量各異造成晶界處嚴重的內應力，阻礙了磁化的進行，降低了磁致伸縮在低磁場區的性能。對于(Tb，Dy)Fe2超磁致伸縮材料，人們通過改變材料的定向凝固條件、控制材料的取向度、以及對材料進行熱處理來消除晶界對材料磁致伸縮性能的影響，已取得了一定的成果。在制備(Tb，Dy)Fe2超磁致伸縮材料時，一般加入過量的稀土，以形成延性相增加材料的韌性。非平衡凝固過程中第二相的析出造成內應力阻礙材料的磁化過程，降低材料的磁致伸縮性能，長時間熱處理時可以促進稀土重新被吸收進基體相，減少稀土的數量并改變其分布形態，使磁致伸縮性能提高，后來發現，短時間的退火熱處理可以改變材料的應力狀態，普遍提高其性能。
此外，自從發現高性能(Tb，Dy)Fe2超磁致伸縮材料后，人們還利用各種元素來分別取代Tb、Dy、Fe這三種元素，期望能提高材料的性能并且降低材料的成本。用Al、Ni、V、Co、Mn等取代(Tb，Dy)Fe2中的Fe原子進行了大量的研究，發現Tb0.5Dy0.5(Fe0.9Mn0.1)2比Tb0.3Dy0.7Fe2的各向異性小，本身的磁致伸縮應變也較大，多晶材料在14kOe磁場下的應變可達1320×10-6，但是Mn替代Fe會降低Tb和Dy之間各向異性的平衡溫度。Al替代Fe也可以降低(Tb，Dy)Fe2的各向異性，V替代Fe可以有效地提高合金的磁致伸縮性能，并且居里溫度可以提高到426℃。對于Tb0.27Dy0.73Fe2Bx合金，B的加入可以抑制惡化磁致伸縮性能的富鐵相的形成，當x＝0.2時，幾乎不出現富鐵相。也有人在研究用Pr、Nd、Ho等輕稀土替代(Tb，Dy)Fe2中的Tb或Dy。
現有的改善(Tb，Dy)Fe2超磁致伸縮材料的方法一是改進制備工藝和熱處理工藝，二是利用元素添加或替代。這兩種方式對設備的要求較高，而且工藝條件難于控制。
發明內容
本發明目的是在已有(Tb，Dy)Fe2超磁致伸縮材料的基礎上，通過氣相充氫這種操作簡單但有效的方法，進一步提高(Tb，Dy)Fe2超磁致伸縮材料的磁致伸縮性能。
一種改善超磁致伸縮材料磁致伸縮性能的方法，其特征在于采用定向凝固擇優取向為[110]的Tb0.3Dy0.73Fe1.95多晶材料，所用Tb0.3Dy0.73Fe1.95樣品為棒狀，對樣品進行氣相充氫首先將棒狀樣品放入密封充氫室中；然后對密封充氫室進行抽真空，真空度約為10Pa，接著對密封充氫室用氫氣進行清洗；清洗好后充入氫氣進行氣相充氫。充氫條件氫壓0.1～10atm，溫度20～300℃，充氫時間分別為1～24h。
(Tb，Dy)Fe2超磁致伸縮材料或器件氣相充氫裝置包括充氫室1、氣壓表2、氫氣瓶3、真空泵4、真空表5、真空管6、三通閥7。充氫室1、氣壓表2、氫氣瓶3、真空泵4、真空表5之間都通過真空管6連接，三通閥7控制充氫室1、氫氣瓶3、真空泵4之間的切換，氣壓表2控制壓力，真空表測定氫氣壓。
對制備好的(Tb，Dy)Fe2超磁致伸縮材料或器件在室溫下進行氣相充氫，不僅設備簡單工藝條件容易控制，而且可有效提高材料的磁致伸縮性能，尤其是低磁場下的磁致伸縮性能。
圖1氣相充氫裝置示意圖，其中1——充氫室；2——氣壓表；3——氫氣瓶；4——真空泵；5——真空表；6——真空管；7——三通閥。
圖2充氫6h，實施例1充氫前后磁致伸縮應變值λ的變化圖3充氫12h，實施例2充氫前后磁致伸縮應變值λ的變化圖4充氫24h，實施例4充氫前后磁致伸縮應變值λ的變化附表說明表一不同充氫時間下λ值增大的磁場區間具體實施方式
操作步驟所用(Tb，Dy)Fe2樣品為棒狀，直徑d＝10.0mm，長度L≈20.0mm。將棒狀樣品放入密封充氫室中；然后對該裝置進行抽真空，真空度約為10Pa，接著對裝置用氫氣進行清洗；清洗好后充入氫氣進行氣相充氫。
實施例1氣相充氫條件氫壓1atm，室溫，充氫時間6h。
實施例2氣相充氫條件氫壓1atm，室溫，充氫時間12h。
實施例3氣相充氫條件氫壓1atm，室溫，充氫時間24h。
表一
注——表示已超過儀器最大量程
權利要求
1.一種改善超磁致伸縮材料磁致伸縮性能的方法，其特征在于采用定向凝固擇優取向為[110]的Tb0.3Dy0.73Fe1.95多晶材料，所用Tb0.3Dy0.73Fe1.95樣品為棒狀，對樣品進行氣相充氫首先將棒狀樣品放入密封充氫室中；然后對密封充氫室進行抽真空，真空度約為10Pa，接著對密封充氫室用氫氣進行清洗；清洗好后充入氫氣進行氣相充氫；充氫條件氫壓0.1～10atm，溫度20～300℃，充氫時間分別為1～24h。
2.如權利要求1所述的改善超磁致伸縮材料磁致伸縮性能的方法，其特征在于采用的氣相充氫裝置包括充氫室(1)、氣壓表(2)、氫氣瓶(3)、真空泵(4)、真空表(5)、真空管(6)、三通閥(7)；充氫室(1)、氣壓表(2)、氫氣瓶(3)、真空泵(4)、真空表(5)之間都通過真空管(6)連接，三通閥(7)控制充氫室(1)、氫氣瓶(3)、真空泵(4)之間的切換，氣壓表(2)控制壓力，真空表(5)測定氫氣壓。
全文摘要
本發明屬于金屬材料領域，涉及一種利用氣相充氫方法改善(Tb，Dy)Fe
文檔編號H01L41/20GK101075493SQ20071009853
公開日2007年11月21日 申請日期2007年4月20日 優先權日2007年4月20日
發明者喬利杰, 崔培, 褚武揚 申請人:北京科技大學