一种负的巨磁致伸缩材料Sm_xNd_1-xFe_y合金及其制备方法

专利名称：一种负的巨磁致伸缩材料Sm_xNd_1-xFe_y合金及其制备方法
技术领域：
本发明涉及磁性材料领域，尤其涉及一种负的巨磁致伸缩材料SmxNdhi^ey合金及其制备方法。
背景技术：
铁磁体在磁场的作用下会发生形状或者尺寸的变化，这一现象被称为磁致伸缩。 一般强磁物质的磁致伸缩系数只有10_5 10_6数量级。二十世纪六十年代，发现重稀土金属的磁致伸缩达到10_3数量级，其中Dy单晶甚至还达到10_2数量级。但是这样大的磁致伸缩数值只有在极低的温度下才能出现，无法在室温下使用。七十年代初，发现稀土与铁的立方Laves相化合物，在室温下具有很大的磁致伸缩系数，如单晶的SmF^合金在其易磁化方向的室温饱和磁致伸缩系数高达 1560X 10 6。但是，化合物具有很大的磁晶各向异性，在磁化时需要很高的外磁场，限制了其应用范围。在晶体场理论的指导下，用磁致伸缩常数符号相同而磁晶各向异性常数符号相反的RF%*R’ 17 化合物组成磁晶各向异性相互补偿的伪二元系化合民！ ’ ，可以在保持大磁致伸缩的同时，降低磁晶各向异性。负磁致伸缩材料的主要组元SmFe52负磁致伸缩系数大、磁晶各向异性常数K1为负值，目前还没找到严格满足晶体场理论条件的R’ Fe2化合物与之匹配。然而，在负的巨磁致伸缩材料SmNdFe合金中，Sm3+、Nd3+的磁晶各向异性补偿大大降低了其磁晶各向异性，使得SmNdFe合金在磁致伸缩应变大、居里温度高、能量密度高、频带宽、低频响应速度快等优点的基础上，呈现更大的λ/ k比和更大的负磁致伸缩，在21世纪高新技术领域内占有重要的地位。近年来，人们通过研究发现，稀土巨磁致伸缩材料的取向合金具有更好的磁致伸缩性能，并对正磁致伸缩材料合金棒的制备工艺、取向形成、凝固组织形貌和磁致伸缩性能等方面进行了大量的研究，获得了较好的磁致伸缩性能，并实现了在某些特殊领域中的应用。但是目前还未见有系统地研究负磁致伸缩材料，尤其是负的巨磁致伸缩材料SmNdFe 合金成分设计、制备工艺、取向形成、凝固组织形貌等对合金棒磁致伸缩性能影响的报道， 本发明主要着眼于采用定向凝固制备技术提高负磁致伸缩材料SmNdFe合金的磁致伸缩性能。

发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种负的巨磁致伸缩材料SmxNdhi^ey 合金及其制备方法。负的巨磁致伸缩材料SmxNdhi^ey合金的制备方法步骤如下
1)以99.9%高纯SnuNdJe金属为原料，在真空度为1X10—2 1X10—3 1 的真空熔炼炉中反复熔炼多次后浇铸获得均勻的合金棒；
2)经表面及两端打磨处理后截成Φ5X30 10X50 mm3规格的合金棒；
3)将合金棒置入真空度约为IXKT11 的定向凝固设备中，在100(T1150 °C温度进行区域熔炼，定向凝固生长速率为600 mm/h，生长结束后取出，得到负的巨磁致伸缩材料 SmxNd1^xFey 合金。所述负的巨磁致伸缩材料SmxNdhFey合金中，x=0. 8 0. 95，y=l. 8 1. 92，x、y 为原子百分数。本发明通过采用定向凝固制备技术，获得了 SmxNdhFey取向合金，使得负磁致伸缩材料SmxNdhFey合金棒在无预压应力的情况下的磁致伸缩系数提高了 30% 41%。施加预压应力后磁致伸缩性能有进一步的提高，线性段进一步增长，而且该发明的实施步骤简单易行，便于商业化生产。
具体实施例方式在本发明中，1)多晶SmxNdhFey合金棒的制备以99. 9%高纯Sm、Nd、、！^金属为原料，在真空度为IX 10_2 IXlO-3 1 的真空熔炼炉中反复熔炼多次后浇铸获得均勻的合金棒。2)取向SmxNdhFey合金棒的制备经表面及两端打磨处理后截成φ 5X30 10X50 mm3规格的合金棒，将合金棒装入定向凝固砂锅，一起置入真空度约为IX KT1 1 的定向凝固生长设备中，在100(T1150 °C温度进行区域熔炼，定向凝固生长速率为600 mm/h, 生长结束后取，得到负的巨磁致伸缩材料SmxNdhFey合金。3)磁性能测量主要测试定向凝固制备工艺对SmxNdhi^ey合金棒的轴向磁致伸缩性能的影响。应变的测量采用电测法， 电测法具有使用简单，精度高的特点，并且由于磁场变化慢，电阻应变片基本不受磁场的影响，我们采用惠更斯电桥技术测量应变，需要注意的是需要采用屏蔽线作为信号线避免噪声影响。此外，我们还测量了施加了预压应力的SmxNdhFey合金棒的磁致伸缩系数在磁场热处理前后的变化。实施例1
1)以99. 9%高纯SnuNcUe金属为原料，在真空熔炼炉中反复熔炼多次后浇铸获得均勻的Sma88Ndai2I^u合金棒。经表面及两端打磨处理后截成Φ 7X40 mm3规格的合金棒， 并在室温下测量合金棒的磁致伸缩值λ随外磁场H的变化关系。得到饱和磁致伸缩值λω 为-1462 ppm02)将合金棒装入定向凝固砂锅，一起置入真空度约为IX 10—1 1 的定向凝固生长设备中，在1100 °C温度进行区域熔炼，定向凝固生长速率为600 mm/h，生长结束后取出，得到负的巨磁致伸缩材料SmxNdhFey合金。3)采用定向凝固制备工艺获得取向合金后再次测量室温下合金棒的磁致伸缩值 λ随外磁场H的变化关系。得到饱和磁致伸缩值λω*-1943 ppm，比多晶合金棒提高了 33 % ο实施例2
1)以99. 9%高纯SnuNcUe金属为原料，在真熔炼炉中反复熔炼多次后浇铸获得均勻的Sma9NdaiI^u合金棒。经表面及两端打磨处理后截成Φ 7X40 mm3规格的合金棒，并在室温下测量合金棒的磁致伸缩值λ随外磁场H的变化关系。得到饱和磁致伸缩值λω 为-1401 ppm。2)将合金棒装入定向凝固砂锅，一起置入真空度约为IX KT1 1 的定向凝固生长设备中，在1100 °C温度进行区域熔炼，定向凝固生长速率为600 mm/h，生长结束后取出，得到负的巨磁致伸缩材料SmxNdhFey合金。3)采用定向凝固制备工艺获得取向合金后再次测量室温下合金棒的磁致伸缩值 λ随外磁场H的变化关系。得到饱和磁致伸缩值λω*-1892 ppm，比多晶合金棒提高了 35%。实施例3
1)以99. 9%高纯SnuNcUe金属为原料，在真空熔炼炉中反复熔炼多次后浇铸获得均勻的Sma88Nda口狗^合金棒。经表面及两端打磨处理后截成Φ 7X40 mm3规格的合金棒， 并在室温下测量合金棒的磁致伸缩值λ随外磁场H的变化关系。得到饱和磁致伸缩值λω 为-1388 ppm。2)将合金棒装入定向凝固砂锅，一起置入真空度约为IX KT1 1 的定向凝固生长设备中，在1100 °C温度进行区域熔炼，定向凝固生长速率为600 mm/h，生长结束后取出，得到负的巨磁致伸缩材料SmxNdhFey合金。3)采用定向凝固制备工艺获得取向合金后再次测量室温下合金棒的磁致伸缩值 λ随外磁场H的变化关系。得到饱和磁致伸缩值λω*-1956 ppm，比多晶合金棒提高了 41%。实施例4
1)以99. 9%高纯(Sm、Nd、Fe金属为原料，在真空熔炼炉中反复熔炼多次后浇铸获得均勻的Sm0.^dtl. Je1.9合金棒。经表面及两端打磨处理后截成Φ 7X40 mm3规格的合金棒， 并在室温下测量合金棒的磁致伸缩值λ随外磁场H的变化关系。得到饱和磁致伸缩值λω 为-1422 ppmο2)将合金棒装入定向凝固砂锅，一起置入真空度约为IX KT1 1 的定向凝固生长设备中，在1100 °C温度进行区域熔炼，定向凝固生长速率为600 mm/h，生长结束后取出，得到负的巨磁致伸缩材料SmxNdhFey合金。3)采用定向凝固制备工艺获得取向合金后再次测量室温下合金棒的磁致伸缩值 λ随外磁场H的变化关系。得到饱和磁致伸缩值λω*-1908 ppm，比多晶合金棒提高了 34%。
权利要求
1.一种负的巨磁致伸缩材料SmxNdhFey合金及其制备方法，其特征在于它的步骤如下1)以99.9%高纯SnuNdJe金属为原料，在真空度为1X10—2 1X10—3 1 的真空熔炼炉中反复熔炼多次后浇铸获得均勻的合金棒；2)经表面及两端打磨处理后截成Φ5X30 10X50 mm3规格的合金棒；3)将合金棒置入真空度约为IXKT11 的定向凝固设备中，在100(T1150 °C温度进行区域熔炼，定向凝固生长速率为600 mm/h，生长结束后取出，得到负的巨磁致伸缩材料 SmxNd1^xFey 合金。
2.根据权利要求1所述的一种负的巨磁致伸缩材料SmxNdhi^ey合金，其特征在于所述负的巨磁致伸缩材料SmxNd1^Fey合金中，x=0. 8 0. 95，y=l. 8 1. 92，x、y为原子百分数。
全文摘要
本发明公开了一种负的巨磁致伸缩材料SmxNd1-xFey合金及其制备方法。它的步骤如下1)以99.9％高纯Sm、Nd、Fe金属为原料，在真空度为1×10-2~1×10-3Pa的真空熔炼炉中反复熔炼多次后浇铸获得均匀的合金棒；2)经表面及两端打磨处理后截成Φ5×30～10×50mm3规格的合金棒；3)将合金棒置入真空度约为1×10-1Pa的定向凝固设备中，在1000~1150℃温度进行区域熔炼，定向凝固生长速率为600mm/h，生长结束后取出。本发明通过采用定向凝固制备技术，获得的、等SmxNd1-xFey取向合金棒在无预压应力的情况下的磁致伸缩系数λ提高了33％～41％。施加预压应力后磁致伸缩性能有进一步的提高。
文档编号C30B29/52GK102206861SQ20111010855
公开日2011年10月5日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者严密, 张昌盛, 窦青青, 马天宇 申请人:浙江大学