专利名称：：块体非晶合金磁致伸缩材料及其制备方法
技术领域：
：本发明涉及非晶态磁致伸縮材料领域，特别涉及一种块体非晶合金磁致伸缩材料及其制备方法。
背景技术：
：在磁场中磁化状态改变时，铁磁和亚铁磁性材料引起尺寸或体积微小的变化，这种现象称为磁致伸縮现象。磁致伸缩效应的大小用磁致伸縮系数A来表示。它的值为入=51/1，1和51是磁体的原始长度及磁化后长度的改变。传统的磁致伸縮材料是Ni和Fe基合金，这类金属与合金的饱和磁致伸缩系数As为(±30-70)Xl(T6，由于这类材料的入太小，所以使用范围受到了限制。60年代初，人们即发现稀土元素(R)具有许多独特的磁性。例如，重稀土原子的轨道角动量和自旋角动量都大，而且平行排列，故每个原子的磁矩为9陶10w，而Ni和Fe只有0.6^和2.2nB。1963年,Legvold等人测量了Tb(铽)和Dy(镝)在低温下沿基面的磁致伸縮，发现这些基面的磁致伸縮值是传统磁致伸縮材料磁致伸缩值的1001000倍，这使磁致伸縮材料出现了突破。20世纪80年代，美国Clark等人发现，TbFe2，DyFe2等二元稀土铁化合物在室温下具有很大的磁致伸縮系数。例如在室温下TbFe2的磁致伸縮系数入s为1800ppm，DyFe2的磁致伸縮系数、为430ppm，它们在低温下具有更高的磁致伸縮系数。但是饱和磁场过高，没有实用价值。后来进一步发展了三元稀土铁化合物，它们的磁晶各向异性可补偿或互相抵消，使得这种(&112)Fe2型化合物在室温和低场下就可获得很大的磁致伸縮系数。例如TbQ.27Dya73Fe2的磁致伸縮系数可达到1500-2000ppm。由于这种材料的磁致伸縮系数比Ni基合金的大50倍，比压电陶瓷的大5-25倍，因此称为巨磁致伸縮材料或超磁致伸縮材料。目前高磁致伸縮合金材料主要是Tb-Dy-Fe为主的晶态合金，该合金虽然磁致伸缩系数可达1000-2000ppm以上，但是脆性大，机械性能较差，限制了其广泛应用，并需大量使用稀土材料，成本较高。非晶态合金具有原子排列长程无序、短程有序的特殊微观结构，因而具有强度高，断裂韧性好，电阻率高，抗腐蚀性好等优越的机械、物理及化学性能，应用前景广泛。将非晶合金优良的机械、物理和化学性能与高磁致伸縮性能结合起来，以期解决目前高磁致伸縮Tb-Dy-Fe系晶态合金存在的问题。目前，对于溅射、快淬等方法制备的传统非晶薄膜、薄带的磁致伸縮性能，己有若干研究报道，在仅有的研究报道中，Inoue小组发现，Fe-Co-Ln-B(L『Sm或Tb)系金属玻璃具有较高的稳定性和饱和磁致伸縮系数Xs,同时具有良好的抗拉强度、抗弯强度、硬度和杨氏模量。Fe68.5CoK)Smi.5B2o和Fe68.5Co,oTb,.5B2o的入s达到58xlO一6，Fe68.5Co!oDy!.5B2。的达到51x10—6，均大大超过了没有玻璃转变点的非晶合金as《44xl0—6)。然而Inoue报道的非晶合金也仅限于薄带，国内外对金属玻璃磁致伸縮性能的研究还很少。
发明内容本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种块体非晶合金磁致伸縮材料及其制备方法。块体非晶合金磁致伸縮材料的化学分子式为(FeaMobBe)^Dyx，其中65《a《75，2《b《8，20《c《25，l《x《10，且a+b+c=100。所述的块体非晶合金磁致伸縮材料的组成元素Fe、Mo、B或Dy的原料纯度是99.5%~99.9%。块体非晶合金磁致伸缩材料的制备方法包括如下的步骤步骤一按原子百分比FeaMobBc称量纯度为99.6X的Fe，纯度为99.8%的Mo和FeB合金，将称得的目标成分原料放入真空高频感应熔炼炉中，抽取真空至4.0xl(^Pa后，充入高纯氩气保护，调节电流由小至大，感应加热直至样品熔化，反复熔炼5-10次，以获得混合均匀的FeJVIObBe母合金锭子；步骤二把步骤一获得的FeaM0bBe母合金锭子去除氧化层后破碎成小块F^MObBe合金，并置于酒精中超声波清洗；步骤三:用步骤二得到的小块F^MobBe合金及纯度为99.9%的Dy按原子百分比(FeaMObBe)^Dyx称量，并将其装入下端开口且孔径为0.4mm0.6mm的石英管中，抽取真空至4.0xl0—卞a后，在感应炉腔体内充入高纯氩气保护，釆用高频感应线圈加热使其熔化，调节电流为1535A，感应温度为1100~1680°C，熔炼25min后用高纯氩气把熔融的合金液喷射并注入铜模中，并随铜模冷却制得(FeaMobBe)kDy,块体非晶合金。所述的腔体气压0.05MPa，喷射压力差0.050.10MPa。本发明所述的块体非晶合金磁致伸縮材料具有以下显著特点1)磁致伸縮系数高。2)宽的过冷液相区，热稳定性高，具有较高的玻璃转变温度和晶化温度，有利于其在较高的温度得到应用。3)合金为四元合金，组成成分简单。另外，本发明所述的高磁致伸縮大块非晶合金的制备方法的工艺简单，对原料的纯度要求也不是很高。该体系非晶态合金的优异性意味着其是一种具有应用前景的功能材料。图1为按照实施例1、2、3、4制备的Fe-Mo-B-Dy系块体非晶合金的XRD图2为按照实施例1、2、3、4制备的Fe-Mo-B-Dy系块体非晶合金的DSC图3为按照实施例1、2、3、4制备的Fe-Mo-B-Dy系块体非晶合金的入-H图。具体实施例方式下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。实施例1:该实施例采用铜模喷铸法制备直径2-3mm的^672厘04624)96074块体非晶合金棒。按原子百分比Fe72Mo4B24精确称量纯度为99.6%的Fe，纯度为99.8%的Mo以及FeB合金，将称得的目标成分原料放入真空高频感应熔炼炉中，抽取真空至4.0xl(^Pa后，充入高纯氩气保护，调节电流由小至大，感应加热直至样品熔化。反复熔炼6次，以获得混合均匀的Fe72M04B24母合金锭子。把获得的Fe72M04B24母合金锭子去除氧化层后破碎成小块，并置于酒精中超声波清洗。得到的Fe"M04B24小块合金及纯度为99.9%的Dy按原子百分比^672^^04824)940^称量，并将其装入下端开口且孔径为0.5mm的石英管中，抽取真空至3.6xl(^Pa后，充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热使其熔化，调节电流为15A，感应温度为IIOO'C，熔炼5min后用高纯氩气把熔融的合金液喷射并注入内径2mm/3mm/4mm的铜模中，制得直径为2-4mm的(Fe"Mo4B^)94Dy6块体非晶合金棒。直径为2mm的该合金的X射线图见图1，证实该合金为完全非晶。由表1可见此合金的玻璃转变温度和晶化温度分别为854K和945K，可得过冷液相区宽度为91K，说明它的非晶形成能力很强，热稳定性好。在1.6T的外加磁场下，其磁致伸縮系数为560ppm。实施例4:该实施例采用铜模喷铸法制备直径2-3mm的(Fe"Mo4B24)93Dy7块体非晶合金棒。按原子百分比Fe72Mo4B24精确称量纯度为99.6%的Fe，纯度为99.8%的Mo以及FeB合金，将称得的目标成分原料放入真空高频感应熔炼炉中，抽取真空至4.0xl0》a后，充入高纯氩气保护，调节电流由小至大，感应加热直至样品熔化。反复熔炼5次，以获得混合均匀的Fe72Mo4B24母合金锭子。把获得的Fe72M04B24母合金锭子去除氧化层后破碎成小块，并置于酒精中超声波清洗。得到的Fe"Mo4B24小块合金及纯度为99.9%的Dy按原子百分比(Fe"Mo4B24)93Dy7称量，并将其装入下端开口且孔径为0.6mm的石英管中，抽取真空至3.6xl(^Pa后，充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热使其熔化，调节电流为18A，感应温度为1320°C，熔炼3min后用高纯氩气把熔融的合金液喷射并注入内径为2mm/3mm的铜模中，制得直径2-3mm的(Fe72Mo4B24)93Dy7块体非晶合金棒。图1为该非晶合金(直径为2mm)的X射线图。其性能见表1。上述实施例获得的块体非晶合金的各项性能如表1总结所示。表1(FeaMobBe)^D》系块体非晶合金的性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求1、一种块体非晶合金磁致伸缩材料，其特征在于其化学分子式为(FeaMobBc)1-xDyx，其中65≤a≤75，2≤b≤8，20≤c≤25，1≤x≤10，且a+b+c＝100。2、根据权利要求1所述的一种块体非晶合金磁致伸縮材料，其特征在于所述的块体非晶合金磁致伸縮材料的组成元素Fe、Mo、B或Dy的原料纯度是99,5%~99.9%。3、一种如权利要求1所述一种块体非晶合金磁致伸縮材料的制备方法，其特征在于包括如下的步骤-步骤一按原子百分比FeaMobBe称量纯度为99.6X的Fe，纯度为99.8%的Mo和FeB合金，将称得的目标成分原料放入真空高频感应熔炼炉中，抽取真空至4.0xl0'spa后，充入高纯氩气保护，调节电流由小至大，感应加热直至样品熔化，反复熔炼5-10次，以获得混合均匀的FeaMobBe母合金锭子；步骤二把步骤一获得的FeaMobBe母合金锭子去除氧化层后破碎成小块FeJVk)bBe合金，并置于酒精中超声波清洗；步骤三:用步骤二得到的小块FMobBe合金及纯度为99.9%的Dy按原子百分比(FeaMobBe)LxDyx称量，并将其装入下端开口且孔径为0.4mm0.6mm的石英管中，抽取真空至4.0xl0'spa后，在感应炉腔体内充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热使其熔化，调节电流为15~35A，感应温度为1100~1680°C，熔炼25min后用高纯氩气把熔融的合金液喷射并注入铜模中，并随铜模冷却制得(FeaMobBe:h_xDyx块体非晶合金。4、根据权利要求3所述的一种块体非晶合金磁致伸缩材料的制备方法，其特征在于所述的腔体气压0.05MPa，喷射压力差0.050.10MPa。全文摘要本发明公开了一种块体非晶合金磁致伸缩材料及其制备方法。该系块体非晶合金磁致伸缩材料的化学分子式为(Fe<sub>a</sub>Mo<sub>b</sub>B<sub>c</sub>)<sub>1-x</sub>Dy<sub>x</sub>，其中65≤a≤75，2≤b≤8，20≤c≤25，1≤x≤10，且a+b+c＝100。该系块体非晶合金的制备方法如下首先按照Fe<sub>a</sub>Mo<sub>b</sub>B<sub>c</sub>通式配料，先将Fe<sub>a</sub>Mo<sub>b</sub>B<sub>c</sub>熔炼成母合金，然后将母合金锭子破碎成小块，根据(Fe<sub>a</sub>Mo<sub>b</sub>B<sub>c</sub>)<sub>1-x</sub>Dy<sub>x</sub>原子比加入Dy金属，将原料放入石英管熔炼后直接喷铸获得棒状合金样品，这样可以减少稀土元素Dy的挥发。本发明的块体非晶合金具有很高的磁致伸缩系数和宽的过冷液相区。热稳定性高，具有较高的玻璃转变温度和晶化温度，有利于其在较高的温度得到应用。该系非晶合金具有潜在的应用前景。文档编号C22C33/04GK101509108SQ200910096350公开日2009年8月19日申请日期2009年2月23日优先权日2009年2月23日发明者密严,姗陶申请人:浙江大学