一种利用柱状晶板坯制备取向磁致伸缩薄板的方法
【专利摘要】一种利用柱状晶板坯制备取向磁致伸缩薄板的方法，属于磁性材料领域。材料成分为：(Fe100-x-yGaxAly)100-zMz，其中x=10～25，y=0～9；M为B，Nb，Cr，Sn，MnS，NbC，VC，TiC中的一种或多种，z=0～1.0；余量为铁。采用定向浇注或普通浇注与定向凝固相结合，获得具有预取向<001>取向的柱状晶板坯，采用热轧、温轧和冷轧相结合的工艺，通过严格控制热轧开轧温度和终轧温度，控制轧制变形过程中的各阶段的变形温度和压下量，避免变形过程中再结晶温度以上的热处理，保留柱状晶形变组织，利于最终冷轧板热处理过程中的沿轧向的强烈<001>取向织构的形成，同时工艺流程简化，应用前景广阔。
【专利说明】一种利用柱状晶板坯制备取向磁致伸缩薄板的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于磁性材料领域，涉及利用柱状晶板坯制备具有高择优〈001〉取向的磁致伸缩薄板制备方法。
【背景技术】
[0002]铁磁性及亚铁磁性材料在磁化状态发生改变时，其自身的长度或体积会发生微小变化，这种现象称为磁致伸缩。体积的变化称为体积磁致伸缩，长度的变化称为线磁致伸缩。由于体积磁致伸缩变化非常小，实用价值不高，通常所说的磁致伸缩主要是指线磁致伸缩。
[0003]磁致伸缩材料作为智能材料的一种，广泛应用在换能、驱动及传感【技术领域】。大功率磁致伸缩换能器在国防及民用的现代工业领域都有广泛的应用前景，其核心部分就是大磁致伸缩系数材料。由于金属材料低电阻率，在交变磁场作用下，会因涡流损耗而发热，不仅降低器件的能量效率，还有可能因为发热而导致材料失效。因此，大功率磁致伸缩换能器，需要具有良好力学性能，同时又可加工成薄片的高磁致伸缩性能材料。稀土超磁致伸缩材料Tb-Dy-Fe虽然具有大磁致伸缩性能，但脆性大，难以加工成薄片；传统磁致伸缩合金Fe-N1、N1、Fe-Al等尽管力学性能好，但磁致伸缩系数低，难以满足大功率要求。
[0004]2000 年，美国 S.Guruswamy 等人(S.Guruswamy, N.Srisukhumbowornchai, A.E.Clark, J.B.Restorffj M.Wun-Fogle.Srongj Ductile, and Low-Field-MagnetostrictiveAlloys Based on Fe-Gaj Scripta mater.43 (2000) 239 - 244)报道了 Ga 替代 Fe-Al 合金中的Al，获得了 Fe-Ga或Fe-Ga-Al合金，不仅具有高的磁致伸缩性能，同时具有良好的机械性能，能够满足大功率磁致伸缩换能器对材料的要求。但是，Fe-Ga或Fe-Ga-Al合金，也由于其低电阻率，也需要加工成薄片，才能有效避免材料在交变磁场下的涡流损耗。同时，由于磁致伸缩的各向异性，需要沿板带轧制方向具有〈001〉取向，才能保证最大的磁致伸缩性能，即通常要求轧制板带具有高斯或立方织构。
[0005]文 献(N Srisukhumbowornchai, S Guruswamy.Crystallographic texturesin rolled and annealed Fe-Ga and Fe-Al alloys.Metal 1.Mater.Trans.A，2004，35A:2963)报道了在Fe-Ga或Fe-Al合金中添加NbC，通过热乳、温乳和冷轧的方法制备出了磁致伸缩薄板，经高温处理后获得了高斯或立方织构。文献(S M Na, A B Flatau, Surface-energy-1nduced selective growth of (001)grains in magnetostrictive ternary Fe - Ga-based alloys, Smart Mater.Struct.21(2012)055024)报道了利用表面能诱导的方法获得具有强烈高斯取向的Fe-Ga薄板，具有较高磁致伸缩性能。中国专利(CN101465406B)公布了通过添加B、Nb、Cr、TiC、VC、MnS、AlN中的一种或多种，以及S、Sb、Sn中的一种或多种，通过轧制及热处理工艺的控制，获得了具有明显立方或高斯织构，同时具有大磁致伸缩性能的Fe-Ga合金薄板。
[0006]上述关于磁致伸缩薄板的制备方法，都存在材料轧制加工工艺复杂，磁致伸缩薄板带取向不稳定，导致磁性能不高等问题。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供了一种利用具有〈001〉取向的柱状晶铸坯，通过轧制及后续热处理，获得具有明显择优〈001〉取向的磁致伸缩薄板加工技术。
[0008]本发明从铸坯组织开始控制，通过定向浇注工艺或普通浇注与定向凝固结合的工艺，获得具有择优取向的热轧板坯，然后通过热轧、温轧和冷轧，控制轧制温度和压下量，避免或减少轧制变形过程中的再结晶，保留原择优取向柱状晶的形变组织，最后通过热处理获得具有择优取向的轧制板带，使轧制工艺流程简化，具有工业应用前景。
[0009]一种利用柱状晶板坯制备取向磁致伸缩薄板的方法，合金成分(按原子百分比计)，表示为:
【权利要求】
1.一种利用柱状晶板坯制备取向磁致伸缩薄板的方法，其特征在于:热轧开轧前，板坯具有〈001〉择优取向的柱状晶组织，板坯厚度5~IOOmm ;轧制沿柱状晶生长方向进行；严格控制热轧开轧和终轧温度，开轧温度950~120(TC，压下量60~97%，终轧温度低于850°C，热轧完成后快速冷却至室温；温轧温度在350~600°C，温轧压下量40~90% ;温轧板酸洗后，进行冷轧，至需要的厚度，最终厚度0.05~0.5mm之间。
2.如权利要求1所述的利用柱状晶板坯制备取向磁致伸缩薄板的方法，其特征在于:取向磁致伸缩薄板合金成分，按原子百分比计，表示为:(
3.如权利要求1所述的利用柱状晶板坯制备取向磁致伸缩薄板的方法，其特征在于:具有预取向〈001〉取向的柱状晶板坯，选取下列两种方法中的一种实现: 方法一:按照合金成分配比，并加入适量烧损，在氩气保护下感应熔炼至完全均匀后，浇注到合适模具中，模具底部急冷，使底部合金液体快速凝固，其余部分高温加热，合金液体保持熔化状态，向下抽拉促进柱状晶生长，获得〈001〉择优取向，抽拉速度大小I~20mm/min ； 方法二:按照合金成分配比，并加入适量烧损，在氩气保护下感应熔炼至完全均匀后，浇注到普通模具，形成合金锭；利用定向凝固设备，进行合金锭重熔，通过抽拉速率的大小控制柱状晶生长方向，获得〈001〉择优取向，抽拉速率在0.05~15mm/min。
4.如权利要求1所述的利用柱状晶板坯制备取向磁致伸缩薄板的方法，其特征在于:轧制变形过程中，不经过任何再结晶温度以上的热处理过程，采用低于600°C的低温回复热处理，或不进行任何形变过 程中的热处理。
【文档编号】C22C38/06GK103551381SQ201310533010
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】高学绪, 袁超, 李纪恒, 张文兰, 包小倩 申请人:北京科技大学