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室温下具有巨大磁致伸缩特性的稀土-铁系超磁致伸缩材料Tb-Dy-Fe合金是一种具有广泛应用前景的新型稀土功能材料,在很多高科技领域内已有实际应用。但是,其超磁致伸缩特性仅能保持在-20~60℃温度区间,不能适用于温度变化很大的环境,成为重要的制约因素之一。
本文采用区熔定向凝固技术制备取向多晶体Tb<,1-x>Dy<,x>(Fe<,1-y>Mn<,y>)<,19.1>(x=0.5、0.6、0.7,y=0、0.05、0.10、0.15)合金棒,系统地研究了成分、热处理工艺、温度对合金磁致伸缩应变λ的影响;考虑实际应用的需要,对合金居里温度Tc、热膨胀系数α1磁-机械耦合系数k<,33>等重要应用参数也做了研究。
Tb<,1-x>Dy<,x>(Fe<,1-y>Mn<,y>)<,19.1>(x=0.5、0.6、0.7,y=0、0.05、0.10、0.15)合金基体仍是MgCu<,2>型Laves相结构,具有良好的磁致伸缩应变,Tb/Dy比和Mn含量共同决定了合金的磁致伸缩系数,热处理工艺和温度也会对其产生影响。室温(290K)时,未经过热处理、Tb/Dy比相同的样品,在0MPa、10MPa、25MPa预压应力下,不含Mn的合金磁致伸缩性能最好;高温(390K)时,合金的磁致伸缩应变下降;但是在低温(130K)自由状态下,增大Tb/Dy比例和提高Mn含量能大幅提高合金的磁致伸缩应变。如热处理后的Tb<,0.3>Dy<,0.7>Fe<,1.91>取向多晶合金,在自由状态、400kA/m外加偏置磁场下,其低温、室温、高温磁致伸缩系数分别为110ppm(130K),1046ppm(290K),232ppm(390K);而经过热处理的Tb<,0.4>Dy<,0.6>(Fe<,0.85>Mn<,0.15>)<,1.91>取向多晶合金,在自由状态、400kA/m外加偏置磁场下的磁致伸缩系数分别为1439ppm(130K),1039ppm(290K),302ppm(390K);成分的调整极大地提高了合金在低温时的磁致伸缩性能,同时改善了高温磁致伸缩性能。热处理工艺也能有效地提高某些成分的合金在低温、室温和高温下的磁致伸缩系数,如热处理前的Tb<,0.3>Dy<,0.7>Fe<,1.91>合金磁致伸缩系数分别为91ppm(130K、400kA/m)、696ppm(290K、400kA/m)、157ppm(390K、400kA/m),均比经过热处理后的磁致伸缩系数小。
另外,经过热处理的合金,在Tb/Dy比相同时,居里温度Tc随Mn含量增加而单调减小。热处理前的Tb<,0.4>Dy<,0.6>(Fe<,1-x>Mn<,x>)<,1.91>(X=0、0.05、0.10、0.15)取向多晶合金的磁-机械耦合系数k<,33>较大,Mn掺杂后合金的k<,33>增加,但随Mn含量的增加k<,33>又有所减小,外加偏置磁场对各合金的k<,33>影响很小。