CN110284072A - 一种Fe-Ga基薄带合金材料及其节能制备工艺和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种Fe‑Ga基薄带合金材料及其节能制备工艺和应用，所述合金材料的基体为二元薄带合金，所述合金材料的成分为：Fe100‑x‑yGaxMy，其中M包括Cu、S、Al、Mn、Nb、V和Tb，按原子比计算，x=15~20，y=0.49~0.7，余量为铁；所述Fe‑Ga基薄带合金材料通过真空熔炼，热轧，冷轧和退火工艺制得，本发明所述Fe‑Ga基薄带合金材料成分设计更优，所述节能制备工艺不但更加节能，而且制得的Fe‑Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数更大，磁致伸缩性能更佳，可用于水声换能器或微位移驱动装置。

Description

一种Fe-Ga基薄带合金材料及其节能制备工艺和应用
技术领域
本发明涉及磁致伸缩材料技术领域，特别涉及一种Fe-Ga基薄带合金材料及其节能制备工艺和应用。
背景技术
工程材料所关注的磁致伸缩主要指线磁致伸缩，也就是在外加磁场驱动下材料沿某一方向的伸长或缩短的现象，磁致伸缩应变是一个没有量纲的物理量，一般以×10-6为单位。
磁致伸缩现象于1842年被焦耳(J.P.Joule)发现，因此也称为焦耳效应。铁磁体的磁致伸缩一般指线性磁致伸缩，表现为铁磁体在磁化过程中具有线度的伸长或缩短。通常材料的线磁致伸缩系数用λ表示。
Joule在1842年发现磁致伸缩现象，但直到二十世纪40年代才逐渐有Fe、Ni和Co的多晶体磁致伸缩材料应用于超声波领域。经过研究者不懈的努力，在二十世纪50年代研制出Fe-13at.％Al磁致伸缩材料。60年代铁氧体材料被相继开发出来，并具有较大的磁致伸缩性能。但磁致伸缩都在10-5～10-6数量级，因此限制了其应用，仅被应用于超声换能器领域。
继传统的压电陶瓷、Ni以及Ni基合金之后的稀土超磁致伸缩材料是一种新型磁致伸缩材料。1963年，Legvold等人发现低温下稀土Tb和Dy的磁致伸缩系数是传统材料的100～1000倍。之后，Legvold、Clark和Rhyne等人深入研究了稀土材料的磁致伸缩效应，并取得了一定的成果。但是，由于这些稀土金属的居里温度低于室温，在室温下为顺磁状态，巨磁致伸缩效应只有在低于室温时表现出，因此限制了稀土金属的使用。1971年，Koon和Clark等人研究了二元TbFe2、DyFe2等稀土铁合金，发现其居里温度较高，在室温和低磁场下即表现出很大的磁致伸缩效应，但其磁晶各向异性显著导致需在强外磁场下才能达到饱和。1972年，Clark等人提出一种稀土元素与铁形成的二元化合物。由于稀土元素的磁晶各向性符号相反、磁致伸缩符号相同这样即可获得兼具较大的磁致伸缩系数和低磁晶各向异性的材料，并研究了Tb1-xDyxFe2系列化合物的磁致伸缩，峰值出现在Dy含量为0.37处，约为传统材料的80倍。随后研究发现Tb0.27Dy0.73Fe2合金在室温下饱和磁致伸缩系数即可达到10-3数量级，磁晶各向异性系数大于0.06。国外商业化应用的磁致伸缩材料主要是取向为<112>的棒材，成分为Tb0.27Dy0.73Fe1.9，牌号为Terfenol-D，国内发展了取向为[110]的Tb-Dy-Fe合金，在40kA/m的磁场下，λ110＝950ppm(10-6)。由于Tb-Dy-Fe为代表的磁致伸缩系数达到1500～2000ppm，远远高于比Ni和Ni基合金的磁致伸缩系数，提升约2个数量级，因此被称为稀土超磁致伸缩材料。
2000年，美国Guruswamy等人用与Al同族的Ga元素取代Fe-Al合金中的全部或部分Al，发现加入部分Ga元素之后合金的磁致伸缩性能明显提高，这一现象引起了研究者极大的兴趣。该合金具有饱和磁化场(16kA/m)低，磁致伸缩系数高有、磁导率高等优点，另外可以采用传统热轧工艺，有望得到广泛应用，特别适于在一些恶劣环境中使用，如强震动、冲击、大负荷、腐蚀强等。同时价格仅为Tb-Dy-Fe的1/3，成为一类新型超磁致伸缩材料。
由于合金越薄，其在高频下的涡流损耗就越小，因此，人们探索将合金轧制成薄片，以降低高频使用条件下的涡流损耗。
磁致伸缩材料作为一类重要的金属功能材料，被广泛应用于各行各业中。特别是以Tb-Dy-Fe和Fe-Ga为代表的巨磁致伸缩材料，由于磁致伸缩系数大、机械能-电能转换效率高、反应速度快、可靠性好、驱动方式简单等特点，在水声换能器、电声换能器、海洋探测与开发、微位移驱动、减振与防振、智能机构与自动化、石油开采等高新技术领域有着广泛的应用，成为莜关国民经济和国家安全的关键材料。
但是，目前磁致伸缩材料Fe-Ga合金薄带在制备过程中，需要在高温下进行长时间的保温退火，能耗极高，不利于磁致伸缩材料Fe-Ga合金薄带工艺的推广和大范围应用。
为此，提供一种Fe-Ga基薄带合金材料及其节能制备工艺和应用，是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
发明内容
本发明目的在于克服现有磁致伸缩材料Fe-Ga合金薄带在制备过程中退火时间长、温度高、能耗大的缺陷，提供一种Fe-Ga基薄带合金材料及其节能制备工艺和应用。
为实现上述目的，本发明提供一种Fe-Ga基薄带合金材料节能制备工艺及其应用，所述合金材料的基体为二元薄带合金，所述合金材料的成分为：Fe100-x-yGaxMy，其中M包括Cu、S、Al、Mn、Nb、V和Tb，按原子比计算，x＝15～20，y＝0.49～0.7，余量为铁；所述Fe-Ga基薄带合金材料通过真空熔炼，热轧，冷轧和退火工艺制得。
进一步的，所述退火工艺在管式炉中进行，依次包括步骤：
S1，脱碳退火：将冷轧薄带置于75％H2+25％N2的湿气氛中进行脱碳退火，退火制度为750～850℃保温3～5min；
S2，渗氮处理：在67.5H2+22.5N2+10％NH3气氛中进行渗氮处理，渗氮退火制度为750～850℃保温1～5min，通过气体渗氮获得抑制剂AlN；
S3，均匀化退火：在75％H2+25％N2的气氛中进行均匀化退火，均匀化退火制度为600～800℃保温0.8～1.2h；
S4，晶粒长大：在25％H2+75％N2的气氛中于1000～1100℃保温40～70min，使晶粒长大，之后取出空冷。
进一步的，所述退火工艺在管式炉中进行，依次包括步骤：
S1，脱碳退火：将冷轧薄带置于75％H2+25％N2的湿气氛中进行脱碳退火，退火制度为800℃保温3min；
S2，渗氮处理：在67.5H2+22.5N2+10％NH3气氛中进行渗氮处理，渗氮退火制度为800℃保温2min，通过气体渗氮获得抑制剂AlN；
S3，均匀化退火：在75％H2+25％N2的气氛中进行均匀化退火，均匀化退火制度为750℃保温1h；
S4，晶粒长大：在25％H2+75％N2的气氛中于1050℃保温60min，使晶粒长大，之后取出空冷。
进一步的，所述熔炼是按所述成分加烧损量进行配料，并采用非自耗真空电弧炉熔炼母合金，熔炼时，首先加入配好的原料、抽真空，通入氩气作保护气体后加热进行多次精炼。
进一步的，所述抽真空是指将炉内真空度抽至2.6*10-3～2.8*10-3Pa，所述精炼次数为3～4次，每次精炼时间为3～5min。
进一步的，所述热轧是将合金在450mm热轧实验机组进行轧制，控制开轧温度为1200～1270℃，终轧温度为600～900℃，经连续两道次轧制最终得到厚度为1.8～2.0mm的热轧板，轧制过程采用单激光红外测温仪测量开轧温度和终扎温度。
进一步的，所述冷轧是将热轧板在冷轧机上轧至0.68～0.74mm后，进行中间退火，之后再次进行冷轧至厚度为0.22～0.27mm制得合金薄带。
一种Fe-Ga基薄带合金材料，所述Fe-Ga基薄带合金材料采用上述的方法进行制备。
一种水声换能器，所述水声换能器采用上述的Fe-Ga基薄带合金材料进行制备。
一种微位移驱动装置，所述微位移驱动装置采用上述的Fe-Ga基薄带合金材料进行制备。
本发明所述Fe-Ga基薄带合金材料具有巨大磁致伸缩性能，能在高频条件下使用的优点，且所述Fe-Ga基薄带合金材料的制备工艺简单、高效、节能，可以大幅降低生产成本，可用于水声换能器、微位移驱动装置等。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
具体的，本申请提供一种Fe-Ga基薄带合金材料及其节能制备工艺和应用，所述合金材料的基体为二元薄带合金，所述合金材料的成分为：Fe100-x-yGaxMy，其中M包括Cu、S、Al、Mn、Nb、V和Tb，按原子比计算，x＝15～20，y＝0.49～0.7，余量为铁；所述Fe-Ga基薄带合金材料通过真空熔炼，热轧，冷轧和退火工艺制得。
进一步的，所述退火工艺在管式炉中进行，依次包括步骤：
S1，脱碳退火：将冷轧薄带置于75％H2+25％N2的湿气氛中进行脱碳退火，退火制度为750～850℃保温3～5min；
S2，渗氮处理：在67.5H2+22.5N2+10％NH3气氛中进行渗氮处理，渗氮退火制度为750～850℃保温1～5min，通过气体渗氮获得抑制剂AlN；
S3，均匀化退火：在75％H2+25％N2的气氛中进行均匀化退火，均匀化退火制度为600～800℃保温0.8～1.2h；
S4，晶粒长大：在25％H2+75％N2的气氛中于1000～1100℃保温40～70min，使晶粒长大，之后取出空冷。
优选的，所述退火工艺在管式炉中进行，依次包括步骤：
S1，脱碳退火：将冷轧薄带置于75％H2+25％N2的湿气氛中进行脱碳退火，退火制度为800℃保温3min；
S2，渗氮处理：在67.5H2+22.5N2+10％NH3气氛中进行渗氮处理，渗氮退火制度为800℃保温2min，通过气体渗氮获得抑制剂AlN；
S3，均匀化退火：在75％H2+25％N2的气氛中进行均匀化退火，均匀化退火制度为750℃保温1h；
S4，晶粒长大：在25％H2+75％N2的气氛中于1050℃保温60min，使晶粒长大，之后取出空冷。
进一步的，所述熔炼是按所述成分加烧损量进行配料，并采用非自耗真空电弧炉熔炼母合金，熔炼时，首先加入配好的原料、抽真空，通入氩气作保护气体后加热进行多次精炼。
进一步的，所述抽真空是指将炉内真空度抽至2.6×10-3～2.8×10-3Pa，所述精炼次数为3～4次，每次精炼时间为3～5min。
进一步的，所述热轧是将合金在450mm热轧实验机组进行轧制，控制开轧温度为1200～1270℃，终轧温度为600～900℃，经连续两道次轧制最终得到厚度为1.8～2.0mm的热轧板，轧制过程采用单激光红外测温仪测量开轧温度和终扎温度。
进一步的，所述冷轧是将热轧板在冷轧机上轧至0.68～0.74mm后，进行中间退火，之后再次进行冷轧至厚度为0.22～0.27mm制得合金薄带。
本申请还提供一种Fe-Ga基薄带合金材料，所述Fe-Ga基薄带合金材料采用上述的方法进行制备。
研究过程中，我们发现本申请所述Fe-Ga合金的一些优异性能，其具有低饱和磁场、高抗拉强度、高磁导率及良好的温度特性等优点，成为兼具优良机械性能和磁致伸缩性能，且环境适应性强、经济适用的新型巨磁致伸缩材料。此外，该合金高延展性、可热轧等优良的机械加工性能，使其在轧制工艺方法上更加简单、高效、节能，大大降低了生产成本。
此外，本申请还提供一种水声换能器和一种微位移驱动装置，所述水声换能器采用上述的Fe-Ga基薄带合金材料进行制备。
下面结合实施例来详细说明本发明。
实施例1
一种Fe-Ga基薄带合金材料节能制备工艺，所述Fe-Ga基薄带合金材料的设计成分为Fe79.51Ga20Mn0.05Cu0.05S0.01Al0.03V0.05Nb0.1Tb0.2：
首先用电子天平按照设计成分加烧损量称取所需的原料进行配料，其中铁使用纯度为99.99％的铁，镓使用纯度为99.99％的镓，锰使用纯锰，铜使用纯度为99.99％的铜，硫使用含硫0.2841的硫化铁，铝使用纯度为99.99％的铝，钒使用含钒0.505的钒化铁，铌使用纯铌，钛使用纯钛。
将配好的原料放入真空非自耗电弧炉熔炼母合金，熔炼时，首先抽真空度至2.6×10-3Pa，然后通入氩气做保护气体重复进行3次精炼，每次加热熔化后在1300～1500℃精炼3min，凝固后再次加热进行下一次熔炼。
热轧前的均匀化处理：熔炼出的合金在1200℃保温30min，并通入氩气作保护，进行热轧前的均匀化处理。
将经热轧前的均匀化处理后的合金在450mm热轧实验机组上进行轧制，控制开轧温度为1200℃，终轧温度为600℃，经连续两道次轧制最终得到厚度为1.8mm的热轧板。其中热轧过程采用单激光红外测温仪测量开轧温度和终扎温度。
随后将热轧板在冷轧机上轧至0.68mm后，进行中间退火，之后再次进行冷轧至厚度为0.22mm制得合金薄带。
其中，所述中间退火的温度为惰性气体保护下在400℃保温15min。
将冷轧后制得的合金薄带置于管式炉中进行退火，退火过程包括步骤：
S1，脱碳退火：将冷轧薄带置于75％H2+25％N2的湿气氛中进行脱碳退火，退火制度为750℃保温3min；
S2，渗氮处理：在67.5H2+22.5N2+10％NH3气氛中进行渗氮处理，渗氮退火制度为750℃保温1min，通过气体渗氮获得抑制剂AlN；
S3，均匀化退火：在75％H2+25％N2的气氛中进行均匀化退火，均匀化退火制度为600℃保温0.8h；
S4，晶粒长大：在25％H2+75％N2的气氛中于1000℃保温40min，使晶粒长大，之后取出空冷，最终制得巨磁致伸缩Fe-Ga基薄带合金材料。
最后，对制得的巨磁致伸缩Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数(3/2)λs进行测量和计算，磁致伸缩系数(3/2)λs﹦λ∥－λ⊥，其中，λ∥为应变片平行于磁场的应变，λ⊥为应变片垂直于磁场的应变，(3/2)λs为最大磁致伸缩系数，得到所述Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数为335ppm。
实施例2
一种Fe-Ga基薄带合金材料节能制备工艺，所述Fe-Ga基薄带合金材料的设计成分为Fe84.3Ga15Mn0.05Cu0.05S0.01Al0.04V0.05Nb0.2Tb0.3：
首先用电子天平按照设计成分加烧损量称取所需的原料进行配料，其中铁使用纯度为99.99％的铁，镓使用纯度为99.99％的镓，锰使用纯锰，铜使用纯度为99.99％的铜，硫使用含硫0.2841的硫化铁，铝使用纯度为99.99％的铝，钒使用含钒0.505的钒化铁，铌使用纯铌，钛使用纯钛。
将配好的原料放入真空非自耗电弧炉熔炼母合金，熔炼时，首先抽真空度至2.8×10-3Pa，然后通入氩气做保护气体重复进行3次精炼，每次加热熔化后在1300～1500℃精炼5min，凝固后再次加热进行下一次熔炼。
热轧前的均匀化处理：熔炼出的合金在1200℃保温30min，并通入氩气作保护，进行热轧前的均匀化处理。
将经热轧前的均匀化处理后的合金在450mm热轧实验机组上进行轧制，控制开轧温度为1270℃，终轧温度为900℃，经连续两道次轧制最终得到厚度为2.0mm的热轧板。其中热轧过程采用单激光红外测温仪测量开轧温度和终扎温度。
随后将热轧板在冷轧机上轧至0.74mm后，进行中间退火，之后再次进行冷轧至厚度为0.27mm制得合金薄带。
其中，所述中间退火的温度为惰性气体保护下在400℃保温15min。
将冷轧后制得的合金薄带置于管式炉中进行退火，退火过程包括步骤：
S1，脱碳退火：将冷轧薄带置于75％H2+25％N2的湿气氛中进行脱碳退火，退火制度为850℃保温5min；
S2，渗氮处理：在67.5H2+22.5N2+10％NH3气氛中进行渗氮处理，渗氮退火制度为850℃保温5min，通过气体渗氮获得抑制剂AlN；
S3，均匀化退火：在75％H2+25％N2的气氛中进行均匀化退火，均匀化退火制度为800℃保温1.2h；
S4，晶粒长大：在25％H2+75％N2的气氛中于1100℃保温70min，使晶粒长大，之后取出空冷，最终制得巨磁致伸缩Fe-Ga基薄带合金材料。
最后，对制得的巨磁致伸缩Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数(3/2)λs进行测量和计算，磁致伸缩系数(3/2)λs﹦λ∥－λ⊥，其中，λ∥为应变片平行于磁场的应变，λ⊥为应变片垂直于磁场的应变，(3/2)λs为最大磁致伸缩系数，得到所述Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数为341ppm。
实施例3
一种Fe-Ga基薄带合金材料节能制备工艺，所述Fe-Ga基薄带合金材料的设计成分为Fe81.37Ga18Mn0.05Cu0.05S0.01Al0.02V0.05Nb0.2Tb0.25：
首先用电子天平按照设计成分加烧损量称取所需的原料进行配料，其中铁使用纯度为99.99％的铁，镓使用纯度为99.99％的镓，锰使用纯锰，铜使用纯度为99.99％的铜，硫使用含硫0.2841的硫化铁，铝使用纯度为99.99％的铝，钒使用含钒0.505的钒化铁，铌使用纯铌，钛使用纯钛。
将配好的原料放入真空非自耗电弧炉熔炼母合金，熔炼时，首先抽真空度至2.7×10-3Pa，然后通入氩气做保护气体重复进行4次精炼，每次加热熔化后在1300～1500℃精炼4min，凝固后再次加热进行下一次熔炼。
热轧前的均匀化处理：熔炼出的合金在1200℃保温30min，并通入氩气作保护，进行热轧前的均匀化处理。
将经热轧前的均匀化处理后的合金在450mm热轧实验机组上进行轧制，控制开轧温度为1250℃，终轧温度为700℃，经连续两道次轧制最终得到厚度为1.9mm的热轧板。其中热轧过程采用单激光红外测温仪测量开轧温度和终扎温度。
随后将热轧板在冷轧机上轧至0.70mm后，进行中间退火，之后再次进行冷轧至厚度为0.25mm制得合金薄带。
其中，所述中间退火的温度为惰性气体保护下在400℃保温15min。
将冷轧后制得的合金薄带置于管式炉中进行退火，退火过程包括步骤：
S1，脱碳退火：将冷轧薄带置于75％H2+25％N2的湿气氛中进行脱碳退火，退火制度为800℃保温4min；
S2，渗氮处理：在67.5H2+22.5N2+10％NH3气氛中进行渗氮处理，渗氮退火制度为800℃保温3min，通过气体渗氮获得抑制剂AlN；
S3，均匀化退火：在75％H2+25％N2的气氛中进行均匀化退火，均匀化退火制度为700℃保温1h；
S4，晶粒长大：在25％H2+75％N2的气氛中于1050℃保温50min，使晶粒长大，之后取出空冷，最终制得巨磁致伸缩Fe-Ga基薄带合金材料。
最后，对制得的巨磁致伸缩Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数(3/2)λs进行测量和计算，磁致伸缩系数(3/2)λs﹦λ∥－λ⊥，其中，λ∥为应变片平行于磁场的应变，λ⊥为应变片垂直于磁场的应变，(3/2)λs为最大磁致伸缩系数，得到所述Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数为357ppm。
实施例4
一种Fe-Ga基薄带合金材料节能制备工艺，所述Fe-Ga基薄带合金材料的设计成分为Fe81.37Ga18Mn0.05Cu0.05S0.01Al0.02V0.05Nb0.2Tb0.25：
首先用电子天平按照设计成分加烧损量称取所需的原料进行配料，其中铁使用纯度为99.99％的铁，镓使用纯度为99.99％的镓，锰使用纯锰，铜使用纯度为99.99％的铜，硫使用含硫0.2841的硫化铁，铝使用纯度为99.99％的铝，钒使用含钒0.505的钒化铁，铌使用纯铌，钛使用纯钛。
将配好的原料放入真空非自耗电弧炉熔炼母合金，熔炼时，首先抽真空度至2.7×10-3Pa，然后通入氩气做保护气体重复进行4次精炼，每次加热熔化后在1300～1500℃精炼4min，凝固后再次加热进行下一次熔炼。
热轧前的均匀化处理：熔炼出的合金在1200℃保温30min，并通入氩气作保护，进行热轧前的均匀化处理。
将经热轧前的均匀化处理后的合金在450mm热轧实验机组上进行轧制，控制开轧温度为1250℃，终轧温度为700℃，经连续两道次轧制最终得到厚度为1.9mm的热轧板。其中热轧过程采用单激光红外测温仪测量开轧温度和终扎温度。
随后将热轧板在冷轧机上轧至0.70mm后，进行中间退火，之后再次进行冷轧至厚度为0.25mm制得合金薄带。
其中，所述中间退火的温度为惰性气体保护下在400℃保温15min。
将冷轧后制得的合金薄带置于管式炉中进行退火，退火过程包括步骤：
S1，脱碳退火：将冷轧薄带置于75％H2+25％N2的湿气氛中进行脱碳退火，退火制度为800℃保温3min；
S2，渗氮处理：在67.5H2+22.5N2+10％NH3气氛中进行渗氮处理，渗氮退火制度为800℃保温2min，通过气体渗氮获得抑制剂AlN；
S3，均匀化退火：在75％H2+25％N2的气氛中进行均匀化退火，均匀化退火制度为750℃保温1h；
S4，晶粒长大：在25％H2+75％N2的气氛中于1050℃保温60min，使晶粒长大，之后取出空冷，最终制得巨磁致伸缩Fe-Ga基薄带合金材料。
最后，对制得的巨磁致伸缩Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数(3/2)λs进行测量和计算，磁致伸缩系数(3/2)λs﹦λ∥－λ⊥，其中，λ∥为应变片平行于磁场的应变，λ⊥为应变片垂直于磁场的应变，(3/2)λs为最大磁致伸缩系数，得到所述Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数为387ppm。
对比例1
将本申请所述Fe-Ga基薄带合金材料与公开(公告)号为CN101465406A的中国专利所述的高性能多晶织构Fe-Ga基磁致伸缩薄片材料进行对比：
具体的，采用公开(公告)号为CN101465406A的中国专利中实施例2所述的高性能多晶织构Fe-Ga基磁致伸缩薄片材料制备方法制备Fe-Ga基薄带合金材料，所述Fe-Ga基薄带合金材料的设计成分为Fe81.37Ga18Mn0.05Cu0.05S0.01Al0.02V0.05Nb0.2Tb0.25：
首先用电子天平按照设计成分加烧损量称取所需的原料进行配料，其中铁使用纯度为99.99％的铁，镓使用纯度为99.99％的镓，锰使用纯锰，铜使用纯度为99.99％的铜，硫使用含硫0.2841的硫化铁，铝使用纯度为99.99％的铝，钒使用含钒0.505的钒化铁，铌使用纯铌，钛使用纯钛。
之后将配好的原料放入真空感应炉的坩埚里，并按照公开(公告)号为CN101465406A的中国专利中实施例2所述的制备方法制备Fe-Ga基薄带合金材料。
最后，对制得的Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数(3/2)λs进行测量和计算，磁致伸缩系数(3/2)λs﹦λ∥－λ⊥，其中，λ∥为应变片平行于磁场的应变，λ⊥为应变片垂直于磁场的应变，(3/2)λs为最大磁致伸缩系数，得到所述Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数为284ppm。
对比Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数发现，采用本申请所述Fe-Ga基薄带合金材料成分设计更优，采用同样的方法制备后，得到的Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数更大，磁致伸缩性能更佳。
对比例2
将本申请所述Fe-Ga基薄带合金材料节能制备工艺与公开(公告)号为CN101465406A的中国专利所述的高性能多晶织构Fe-Ga基磁致伸缩薄片材料制备方法进行对比：
具体的，采用本申请所述的节能制备工艺制备公开(公告)号为CN101465406A的中国专利中实施例2所述的高性能多晶织构Fe80.95Ga17(MnS)2Sn0.05磁致伸缩薄片。
首先，按照Fe80.95Ga17(MnS)2Sn0.05的设计成分用电子天平称取设计所需的原料，其中使用纯度大于99.9％的Fe、99.99％的Ga、MnS和Sn，并多加3％的烧损量。
将配好的原料放入真空非自耗电弧炉熔炼母合金，熔炼时，首先抽真空度至2.7×10-3Pa，然后通入氩气做保护气体重复进行4次精炼，每次加热熔化后在1300～1500℃精炼4min，凝固后再次加热进行下一次熔炼。
热轧前的均匀化处理：熔炼出的合金在1200℃保温30min，并通入氩气作保护，进行热轧前的均匀化处理。
将经热轧前的均匀化处理后的合金在450mm热轧实验机组上进行轧制，控制开轧温度为1250℃，终轧温度为700℃，经连续两道次轧制最终得到厚度为1.9mm的热轧板。其中热轧过程采用单激光红外测温仪测量开轧温度和终扎温度。
随后将热轧板在冷轧机上轧至0.70mm后，进行中间退火，之后再次进行冷轧至厚度为0.25mm制得合金薄带。
其中，所述中间退火的温度为惰性气体保护下在400℃保温15min。
将冷轧后制得的合金薄带置于管式炉中进行退火，退火过程包括步骤：
S1，脱碳退火：将冷轧薄带置于75％H2+25％N2的湿气氛中进行脱碳退火，退火制度为800℃保温3min；
S2，渗氮处理：在67.5H2+22.5N2+10％NH3气氛中进行渗氮处理，渗氮退火制度为800℃保温2min，通过气体渗氮获得抑制剂AlN；
S3，均匀化退火：在75％H2+25％N2的气氛中进行均匀化退火，均匀化退火制度为750℃保温1h；
S4，晶粒长大：在25％H2+75％N2的气氛中于1050℃保温60min，使晶粒长大，之后取出空冷，最终制得巨磁致伸缩Fe-Ga基薄带合金材料。
最后，对制得的巨磁致伸缩Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数(3/2)λs进行测量和计算，磁致伸缩系数(3/2)λs﹦λ∥－λ⊥，其中，λ∥为应变片平行于磁场的应变，λ⊥为应变片垂直于磁场的应变，(3/2)λs为最大磁致伸缩系数，得到所述Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数为293ppm。
对比Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数发现，采用本申请所述Fe-Ga基薄带合金材料节能制备工艺不但更加节能，而且制得的Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数更大，磁致伸缩性能更佳。
综上所述，本申请所述Fe-Ga基薄带合金材料成分设计更优，热处理时间更短、温度更低，制备工艺不但更加节能，而且制得的Fe-Ga基薄带合金材料的磁致伸缩系数更大，磁致伸缩性能更佳。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种Fe-Ga基薄带合金材料节能制备工艺，其特征在于，所述合金材料的基体为二元薄带合金，所述合金材料的成分为：Fe100-x-yGaxMy，其中M包括Cu、S、Al、Mn、Nb、V和Tb，按原子比计算，x=15~20，y=0.49~0.7，余量为铁；所述Fe-Ga基薄带合金材料通过真空熔炼，热轧，冷轧和退火工艺制得。
2.权利要求1所述的Fe-Ga基薄带合金材料节能制备工艺，其特征在于，所述退火工艺在管式炉中进行，依次包括步骤：
S1，脱碳退火：将冷轧薄带置于75%H2+25%N2的湿气氛中进行脱碳退火，退火制度为750~850℃保温3~5min；
S2，渗氮处理：在67.5H2+22.5N2+10%NH3气氛中进行渗氮处理，渗氮退火制度为750~850℃保温1~5min，通过气体渗氮获得抑制剂AlN；
S3，均匀化退火：在75%H2+25%N2的气氛中进行均匀化退火，均匀化退火制度为600~800℃保温0.8~1.2h；
S4，晶粒长大：在25%H2+75%N2的气氛中于1000~1100℃保温40~70min，使晶粒长大，之后取出空冷。
3.权利要求2所述的Fe-Ga基薄带合金材料节能制备工艺，其特征在于，所述退火工艺在管式炉中进行，依次包括步骤：
S1，脱碳退火：将冷轧薄带置于75%H2+25%N2的湿气氛中进行脱碳退火，退火制度为800℃保温3min；
S2，渗氮处理：在67.5H2+22.5N2+10%NH3气氛中进行渗氮处理，渗氮退火制度为800℃保温2min，通过气体渗氮获得抑制剂AlN；
S3，均匀化退火：在75%H2+25%N2的气氛中进行均匀化退火，均匀化退火制度为750℃保温1h；
S4，晶粒长大：在25%H2+75%N2的气氛中于1050℃保温60min，使晶粒长大，之后取出空冷。
4.根据权利要求2或3所述的Fe-Ga基薄带合金材料节能制备工艺，其特征在于，所述熔炼是按所述成分加烧损量进行配料，并采用非自耗真空电弧炉熔炼母合金，熔炼时，首先加入配好的原料、抽真空，通入氩气作保护气体后加热进行多次精炼。
5.根据权利要求4所述的Fe-Ga基薄带合金材料节能制备工艺，其特征在于，所述抽真空是指将炉内真空度抽至2.6*10-3~2.8*10-3Pa，所述精炼次数为3~4次，每次精炼时间为3~5min。
6.根据权利要求1所述的Fe-Ga基薄带合金材料节能制备工艺，其特征在于，所述热轧是将合金在450mm热轧实验机组进行轧制，控制开轧温度为1200~1270°C，终轧温度为600~900°C，经连续两道次轧制最终得到厚度为1.8~2.0mm的热轧板，轧制过程采用单激光红外测温仪测量开轧温度和终扎温度。
7.根据权利要求6所述的Fe-Ga基薄带合金材料节能制备工艺，其特征在于，所述冷轧是将热轧板在冷轧机上轧至0.68~0.74mm后，进行中间退火，之后再次进行冷轧至厚度为0.22~0.27mm制得合金薄带。
8.一种Fe-Ga基薄带合金材料，其特征在于，所述Fe-Ga基薄带合金材料采用上述权利要求1~7任一项所述的方法进行制备。
9.一种水声换能器，其特征在于，所述水声换能器采用上述权利要求8所述的Fe-Ga基薄带合金材料进行制备。
10.一种微位移驱动装置，其特征在于，所述微位移驱动装置采用上述权利要求8所述的Fe-Ga基薄带合金材料进行制备。
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