CN1232275A - 稀土铁超磁致伸缩材料及制造工艺 - Google Patents

稀土铁超磁致伸缩材料及制造工艺 Download PDF

Info

Publication number
CN1232275A
CN1232275A CN98101191A CN98101191A CN1232275A CN 1232275 A CN1232275 A CN 1232275A CN 98101191 A CN98101191 A CN 98101191A CN 98101191 A CN98101191 A CN 98101191A CN 1232275 A CN1232275 A CN 1232275A
Authority
CN
China
Prior art keywords
axial orientation
room temperature
magnetic field
furnace
rare
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN98101191A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1067481C (zh
Inventor
周寿增
张茂才
高学绪
赵青
史振华
Original Assignee
BEIJING SCI and Technology UNIV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BEIJING SCI and Technology UNIV filed Critical BEIJING SCI and Technology UNIV
Priority to CN98101191A priority Critical patent/CN1067481C/zh
Publication of CN1232275A publication Critical patent/CN1232275A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1067481C publication Critical patent/CN1067481C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)

Abstract

本发明提供了一种新型以<110>轴向取向为主的稀土铁超磁致伸缩材料及制造工艺。化学成分:(Tb1－x－yDyxRy)(Fe1－z－pBzMp)Q,R为Ho、Er、Sm、Pr、Nd等,M为Ti、V、Cr、Co、Cu、Ni、Si、Zr、Ga、Al、Mg、Cd、In、Ag、Au、Pt、Pb等。x=0.65～0.80,y=0.001～0.1,z=0.001～0.1,P=0.001～0.1,Q=1.75～2.55。原材料的纯度为99.0%～99.99%,制造工艺为用真空炉,Ar气保护下冶炼母合金;用真空或惰性气体保护晶体生长炉做成以<110>轴向取向为主的定向结晶棒材;再在真空炉内热处理。

Description

稀土铁超磁致伸缩材料及制造工艺
本发明涉及一种以<110>轴向取向为主的多晶或单晶稀土铁超磁致伸缩材料及制造工艺。
铁磁性材料放在磁场中磁化时，其形状和尺寸要发生变化，这种现象称为磁致伸缩。在本世纪的50年代初，人们已发现Ni和Ni-Fe-Co合金的磁致伸缩应变λs可达到50PPm(1PPm=10-6)。人们曾想利用Ni合金来制造磁致伸缩器件。但由于它们的磁滞伸缩应变量过小，未能推广与应用。后来人们发现一种具有电致伸缩特性的材料，叫做压电陶瓷材料。其中牌号为PZT--4的压电陶瓷材料，在电场作用下，其伸缩应变量达到250～400PPm。此后人们逐渐地将压电陶瓷材料应用来制造声纳信号发射与接收器，超声波换能器，微位移器，快速开关等器件。但这种材料的脆性较大，极化电场较高，能量转换效率不够理想和可靠性较差等，人们一直想寻找新型的磁致伸缩材料。
1972年美国克拉克(Clark)博士，首先发现TbFe2,DyFe2等二元稀土铁化合物在室温下具有很大的磁致伸缩系数。例如在室温下TbFe2的磁致伸缩系数λs=800PPm,DyFe2的λs=810PPm。在低温下它们具有更高的λs。但饱和磁化场过高，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和相互抵消，使得这种(R1·R2)Fe2化合物在室温和低磁场下就可获得很大的磁致伸缩系数。例如Tb0.27Dy0.733Fe2的磁致伸编系数(应变)可达到1500～2000PPm。由于这种材料的磁致伸缩应变比Ni基合金的大50倍，比压电陶瓷的大5～25倍。因此称为超磁致伸缩材料。这种材料的发明人是美国的A.E.Clark等人和H.T.Savage等人，他们已分别申请了美国专利，专利号分别为3949351和4308474。这两个专利发明的合金成分分别是：RxFe1-x,R=Sm,Dy,Ho,Er,Tm等的单一元素或两个元素的复加，0.1＜x＜0.9和TbxDy1-xFe2-w,TbxHo1-xFe2-w,SmxDy1-xFe2-w,SmxHo1-xFe2-w,TbxHoyDyzFe22w和SmxHoyDyzFe2-w,0≤w≤2.0,x+y+z=1。这些材料在国际上已有商品，其中主要是TbxDy1-xFe2-w。其牌号为Terfenol-D。西方国家生产这种材料有三家公司，它们是美国的Edge技术公司，瑞典的FeredynAB公司(牌号为Magmek86)和英国的Johnson Matthey公司。日本东芝公司在Terfenol-D材料的基础上通过添加少量Mn取代Fe，得到一种含有少量Mn的超磁致伸缩材料。其成分为TbxDy1-x(Fe1-yMny)z,x=0.25～0.5,y=0～0.1,z=1.855～1.95。于1980年该公司已申请了专利，专利号为：昭55-134150，到1991年该公司又申请另一项专利，专利号为：平3-115540。该专利的合金成分为：R(Fe1-y-zMnyMz)w，其中R为至少一种稀土元素，M为Mg,Al,Ga,Rn,Rh,Pd,Ag,Cd,ln,Sn,Sb,Os,Tr,Pt,Au,Hg,Te和Pb等；0.005≤y≤0.5,0.005≤z≤0.2,1.5＜w＜2.5。
上述各项专利所涉及的主要是合金的成分，制造工艺为应用高纯原材料，采用复杂的设备生产，因此产品的价格昂贵。并没有涉及到最终样品(产品)的轴向取向，从到目前为止发表的论文来看，他们认为这种合金在定向结晶过程中的择优取向为<112>，此晶向于易磁化方向<111>的夹角为19.5°，其λs可以达到<111>的95％，所以西方国家都在生产<112>取向的磁致伸缩材料。
本发明的目的在于：用低纯原材料，通过特定的合金成分和生产工艺，制造一种可以工业化生产以<110>轴向取向为主，具有高的磁致伸缩性能而产品价格相对便宜的多晶或单晶材料。这种材料可以用于声纳，换能器，传感器，超声技术，激光技术，通讯技术等领域。
本发明的构成：
1．材料的成分
本发明是以<110>轴向取向为主的稀土-铁超磁致伸缩材料。它的成分可用如下分子式表示：
(Tb1-x-yDyxRy)(Fe1-2BzMp)Q
         R为Ho,Er,Sm,Pr,Nd,
         M为Ti,V,Cr,Co,Ni,Cu,Zr,Ga,Al,Mg,Ca,Cd,In,Ag,Au,Pt的1～6种，
         x=0.65～0.80，优选值为x=0.67～0.73，
         y=0.001～0.1，
         z=0.001～0.1，优选值为z=0.005～0.05，
         P=0.001～0.1，
         Q=1.75～2.25，优选值为Q=1.90～1.98。
2．制造工艺
采用真空炉，Ar气保护下冶炼母合金，浇铸成棒状材料。采用真空或惰性气体保护晶体生长炉，做成以<110>轴向取向为主的定向结晶棒材，其直径为Φ6～Ф60mm，长度为50～200mm，在真空炉内于900～1170℃热处理1～48小时，空冷至室温，或冷至450℃在200～400kA/m的磁场中或在6～40MPa以上沿轴向压应力的作用下，冷至室温，或者在磁场与压应力的同时作用下，自450℃冷至室温。
采用上述工艺制造的超磁致伸缩材料的性能达到：(1)与磁场平行方向的磁致伸编成变λ∥列于表1
             表1磁致伸缩应变λ∥
 测量磁场(kA/m)  预压应力(MPa) λ∥(ppm)
 80.080.0160.0160.0  0.010.00.010.0  600～9001000～1300700～10001200～1700
(2)机电耦合系数K33=0.60～0.75
(3)导磁率      μr=6.0～8.0
(4)居里温度    Tc=340℃～380℃
(5)磁极化强度  Js=0.88～0.98T
(6)密度        d=9.15～9.25g/cm3
(7)压缩强度    σ=700～770MPa
3．所用原材料
制造本材料所用的原材料的纯度为99.0～99.99％，优选纯度为99.5～99.8％。
4．材料的轴向取向织构
本发明材料的轴向取向是以<110>取向为主，可以同时存在<111>,<112>,<113>,<133>,<135>等取向之一，之几或全部，而<110>轴向取向以外取向的x-ray衍射峰的强度都比<110>的强度低，这种材料可以是多晶体，或是单晶体的棒材。
5．．材料的相组成
本材料的相组成为：基体相(主相)是(Tb,Dy,R)(Fe,B,M)2，以及富稀土相和氧化物相。
本发明的基本工艺流程为：
原材料准备→真空炉冶炼母合金→真空或惰性气体保护定向凝固制造以<110>取向为主的定向结晶棒材→热处理→磁场或应力处理→机械加工→性能检测。
本发明的优点在于：①以<110>轴向取向为主的样品的磁致伸缩应变比<112>取向样品的应变大，特别是低场性能好，更有利于应用。②可以采用低纯原材料，使制造成本大大降低。③制造设备简单，投资小，制造工艺适含于大批量生产，制造成本低④材料应用范围广，在下列技术领域均可适用：①声纳信号发射与接收器，用于水下通讯，探测，定向与控制等；②微位移控制系统。如机器人，超精密机床，纺织机械等；③传感器技术，如压力，应变，振动，磁场传感器等；④自动化与通讯技术，如光与激光的快门，聚焦，扫描与控制，固体延迟线，固体滤波器，弹性波马达，超声波直线电机等：⑤超声波技术，如用于医疗，化工，焊接等；⑥阀门与液面，流量的喷射与控制系统等。
实施范例：
1．成分为(Tb0.30Dy0.69Er0.01)(Fe0.99B0.005)1.95的合金，采用上述原材料，真空感应炉，Al2O3坩埚冶炼，浇铸成Φ10mm×150mm的母合金棒。用Fe-Cr-Al丝做发热体的低温度梯度(60℃/cm)定向凝固炉，将母合金棒装在Al2O3管内，下端与耐热钢结晶器相接触，待母合金融化后，将熔融合金液与结晶器一起以5mm/min的速度下降，使得到以<110>轴向取向为主的定向结晶棒材。切割成50mm长的样品，在真空炉内于1120℃处理2小时，空冷至450℃，放入磁场中冷却至室温，磁场强度为320KA/m，磁场与棒状样品垂直。经磨光后，用电阻应变仪，用标准四接点法测量磁致伸缩应变，其性能达到：
      ①磁致伸缩应变λ∥，见表2
             表2磁致伸缩应变λ∥
测量磁场(kA/m) 预压应力(MPa) λ∥(ppm)
 80.080.0160.0160.0   0.010.00.010.0  65012007501450
②Tc=365℃③d=9.16g/cm3④μr=6.7⑤K33=0.72
2．成分为(Tb0.30Dy0.69Er0.01)(Fe0.95B0.008)197的合金，采用上述原材料，真空电弧炉冶炼，注入水冷钢模中铸造成Φ8mm×100mm的棒材。采用高温度梯度(1000/cm)高频感应加热区熔定向凝固炉，将母合金棒材装入Al2O3管内，样品下端与耐热合金棒状结晶器相接触，结晶器浸在Ga-In合金中冷却，双匝盘式感应圈加热。区域熔化的样品以2mm/min的速度下降，从而得到以<110>轴向取向为主的定向结晶棒材。切取50mm长试样，放入1120℃真空炉内热处理3小时，空冷至430℃，放入磁场中或在10MPa压应力作用下，冷却至室温。经磨光后，用电阻应变仪测量磁致伸缩应变λ∥，所得性能如下：
    ①磁致伸缩应变λ∥，见表3
              表3磁致伸缩应变λ∥
  测量磁场(kA/m)  预压应力(MPa) λ∥(ppm)
 80.080.0160.0160.0  0.010.00.010.0  68012307801500
②2Tc=360℃
③d=9.18g/cm3
④μr=7.0
⑤K33=0.72
3．成分为(Tb0.30Dy0.69Ho0.01)(Fe0.98B0.005Al0.01)1.95的合金，采用上述原材料，真空炉冶炼，注入水冷钢模中铸成钢锭，经破碎后，装入石英舟中，再将石英舟真空封入石英管中。用水平晶体生长炉，以0.6mm/min的速度移动炉体，使熔融的合金以<110>取向结晶。将所得的舟形样品电火花加工成Φ10mm×50mm的样品，在1000℃真空炉内热处理6小时，空冷至400℃，放入磁场冷却至室温。样品经磨光后，用电阻应变仪测量磁致伸缩应变λ∥，所得性能如下：
    ①磁致伸缩应变λ∥，见表4
           表4磁致伸编应变λ∥
 测量磁场(kA/m)  预压应力(MPa)  λ∥(ppm)
 80.080.0160.0160.0   0.010.00.010.0   75013009001650
②Tc=348℃③d=9.15g/cm3④μr=7.5⑤K有效=0.92，相当于K33=0.72

Claims (2)

1．一种新型的具有<110>轴向取向的稀土铁超磁致伸缩材料，其特征在于：
a．化学成分为(Tb1-x-yDyzRy)(Fe1-z-pBzMw)Q，其中R为Ho、Er、Sm、Pr、Nd,M为Ti、V、Cr、Co、Cu、Ni、Si、Zr、Ga、Al、Mg、Cd、In、Ag、Au、Pt、Pb,x=0.65～0.80，优选值为x=0.67～0.73,y=0.001～0.1,z=0.001～0.1，优选值为z=0.005～0.05,p=0.001～0.1,Q=1.75～2.55优选值为Q=1.90～1.98，所有所用原材料的纯度为99.0％～99.99％，优选纯度为99.5～99.8％；
b．以<110>轴向取向为主，可以同时存在<111>、<112>、<113>、<133>、<135>取向之一，之几或全部，而<110>轴向取向以外的X-ray衍射强度比<110>的强度都低，本材料是定向生长的多晶或单晶棒材。
2．一种稀土铁超磁致伸缩材料的制造工艺，其特征在于：采用真空炉，Ar气保护下冶炼母合金；采用真空或惰性气体保护晶体生长炉做成以<110>轴向取向为主的定向结晶棒材，其直径为Φ6～60mm，长度为50～200mm；在真空炉内于900～1170℃热处理1～48小时，空冷至室温或冷至450～400℃在200～400kA/m磁场中或在5～40MPa以上的沿轴向压应力作用下冷却至室温，或在磁场与压应力的同作用下，自450℃冷却至室温。
CN98101191A 1998-04-14 1998-04-14 稀土铁超磁致伸缩材料及制造工艺 Expired - Fee Related CN1067481C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN98101191A CN1067481C (zh) 1998-04-14 1998-04-14 稀土铁超磁致伸缩材料及制造工艺

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN98101191A CN1067481C (zh) 1998-04-14 1998-04-14 稀土铁超磁致伸缩材料及制造工艺

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1232275A true CN1232275A (zh) 1999-10-20
CN1067481C CN1067481C (zh) 2001-06-20

Family

ID=5216527

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN98101191A Expired - Fee Related CN1067481C (zh) 1998-04-14 1998-04-14 稀土铁超磁致伸缩材料及制造工艺

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN1067481C (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100352075C (zh) * 2002-05-17 2007-11-28 北京科技大学 一种Fe－Ga系磁致伸缩材料及其制造工艺
CN1845272B (zh) * 2006-05-15 2010-05-12 北京科技大学 一种粘结稀土超磁致伸缩材料的制备工艺
CN104321838A (zh) * 2012-02-23 2015-01-28 吉坤日矿日石金属株式会社 钕基稀土类永久磁铁及其制造方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100356603C (zh) * 2002-07-04 2007-12-19 北京磁伸稀土技术发展有限公司 一种稀土超磁致伸缩材料及制备方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1041848C (zh) * 1993-06-15 1999-01-27 北京科技大学 稀土铁超磁致伸缩材料
CN1125265A (zh) * 1994-12-21 1996-06-26 中国科学院金属研究所 一种稀土-铁合金磁致伸缩材料

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100352075C (zh) * 2002-05-17 2007-11-28 北京科技大学 一种Fe－Ga系磁致伸缩材料及其制造工艺
CN1845272B (zh) * 2006-05-15 2010-05-12 北京科技大学 一种粘结稀土超磁致伸缩材料的制备工艺
CN104321838A (zh) * 2012-02-23 2015-01-28 吉坤日矿日石金属株式会社 钕基稀土类永久磁铁及其制造方法
CN104321838B (zh) * 2012-02-23 2018-04-06 吉坤日矿日石金属株式会社 钕基稀土类永久磁铁及其制造方法
US9972428B2 (en) 2012-02-23 2018-05-15 Jx Nippon Mining & Metals Corporation Neodymium-based rare earth permanent magnet and process for producing same

Also Published As

Publication number Publication date
CN1067481C (zh) 2001-06-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5958154A (en) High-strain, magnetic field-controlled actuator materials
US8092616B2 (en) Method for producing a giant magnetostrictive alloy
Wang et al. Fabrication, magnetostriction properties and applications of Tb-Dy-Fe alloys: a review
CN110343931B (zh) 一种室温磁致伸缩材料及其制备方法
CN1649183A (zh) 低场大磁致应变Fe－Ga磁致伸缩材料及其制备方法
WO2001055687A2 (en) MAGNETOSTRICTIVE DEVICES AND METHODS USING HIGH MAGNETOSTRICTION, HIGH STRENGTH FeGa ALLOYS
EP0361969B1 (en) Super-magnetostrictive alloy
US4849034A (en) Thermal treatment for increasing magnetostrictive response of rare earth-iron alloy rods
EP0509628B1 (en) Magnetostrictive alloys and method of manufacturing thereof
CN1067481C (zh) 稀土铁超磁致伸缩材料及制造工艺
CA2353062C (en) High performance rare earth-transition metal magnetostrictive materials with increased impurities
CN1435851A (zh) 巨磁致伸缩材料及其制造工艺
WO2008105799A2 (en) Galfenol steel
CN1041848C (zh) 稀土铁超磁致伸缩材料
JPH03183738A (ja) 希土類コバルト系超磁歪合金
US6451131B1 (en) Terbium-dysprosium-iron magnetostrictive materials and devices using these materials
US7179339B2 (en) Terbium-dysprosium-iron magnetostrictive materials and devices using these materials
CN110703167B (zh) 一种获得Fe3GeTe2的磁致伸缩系数的方法
US5223046A (en) Super-magnetostrictive alloy
CN1466232A (zh) 一种新型稀土超磁致伸缩材料及制备方法
CN1253592C (zh) 含铽多晶Ni－Mn－Ga磁性形状记忆合金
CN1492522A (zh) 新型宽温域巨磁致伸缩材料及其制备方法
Wang et al. Progress on improvement and application of magnetostrictive properties of the Fe-Ga alloy
CN1676650A (zh) 一种Pr系稀土超磁致伸缩材料及制备方法
KR100560829B1 (ko) 초자왜(超磁歪) 합금 및 그 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C56 Change in the name or address of the patentee

Owner name: LIANTAN KEDA NEW MATERIALS CO., LTD.

Free format text: FORMER NAME OR ADDRESS: BEIJING UNIV. OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

CP03 Change of name, title or address

Address after: 150014, Baiyun District, Baiyun District, Guiyang, Baiyun Economic Development Zone, 105, four floor

Patentee after: Lantian Daxin Materials Co., Ltd.

Address before: 100083 No. 30, Haidian District, Beijing, Xueyuan Road

Patentee before: University of Science and Technology Beijing

C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20010620

Termination date: 20110414