稀土Nd、Tb对Fe-Ga磁致伸缩合金性能的影响
发布时间：2020-04-22 16:23
【摘要】：作为全新的磁致伸缩材料,Fe-Ga合金与传统稀土超磁致伸缩合金Terfenol-D等材料而言,具有较大的优势,其饱和磁场低,加工性能好,适用温度范围宽,且价格低廉,仅为Terfenol-D的1/3。为了深入了解Fe-Ga合金的性能,找出合金的物理特性、形成机制及其他属性,同时尝试对其他应用性能进行改变,我们做了以下研究工作,文章首先对Fe-Ga合金的发展状况、应用状况及磁致伸缩等基础原理进行了简要概述,重点阐述并分析了二元Fe100-xGax(x=16、17、18、19、20)合金和三元Fe(82-x)Ga18Mx(M=Nd、Tb,x=2、4、6)合金的磁致伸缩系数以及饱和磁化强度,维氏硬度等。通过对合金样品的检测和分析,我们发现Fe-Ga合金的结构指的是无序BCC架构,当掺杂了 Ga原子后,会先填充Ga原子110方向,Ga的含量达到18at%时(110),饱和度会不断提高,随着Ga原子含量的增加开始在(200)方向进行填充。添加了 Ga元素后,会改变晶格的内部架构,合金内部的缺陷问题会先缩小再扩大。在合金中,有很多空位型缺陷存在,而开空间的缺陷体积通常会高于单空位的缺陷,并且当Ga含量不断增加时,开空间缺陷会不断减小。各类样品中,空位缺陷数要比开空间缺陷数多,样品缺陷的主要表现。随Ga含量的不断增加,Fe-Ga合金磁致伸缩系数会呈现出先增加后减小的状态,饱和磁化的强度会呈现出先减小再增加的状态,而当Ga含量达到18%时,就会出现拐点。当合金饱和磁化强度不断降低,磁致伸缩系数就会不断增大。随着Ga含量的不断增加,合金硬度并不会发生太大改变,而且总体趋势将呈现出不断增大的状态。当Ga含量达到20at%时,合金维氏的硬度前后并不会有太大区别,如果Ga浓度达到20at%后,那么维氏硬度就会得到显著提升。通过相关研究可以得知,添加了第三种元素后,可以有效提高样品磁致伸缩性,本论文选择了添加稀土元素Tb和Nd对Fe-Ga合金的相结构、磁致伸缩性能和维氏硬度的影响。元素Nd的添加,并没有改变基体的相结构,Fe(82-x)Ga18Ndx(x=2、4、6)合金是无序BCC结构,但是可以使合金的磁致伸缩性得到显著提升,其磁致伸缩系数总体大于Fe82Ga18合金。而随着Nd元素的增加,Fe(82-x)Ga18Ndx合金的磁致伸缩系数整体呈现先增大后减小的趋势。添加元素Nd后,合金饱和磁化强度有所下降,Fe80Ga18Nd2合金的饱和磁化强度要明显低于Fe82Ga18。合金的维氏硬度在添加元素Nd后有所改变,Fe78Ga18Nd4合金的硬度大于Fe82Ga18合金。元素Tb的添加是本文选择掺杂的第二种稀土元素,同样的Tb的添加,也没有改变基体的相结构,样品还是无序BCC结构,研究过程中发现添加稀土元素Tb后样品的磁致伸缩系数并没有增加,不过呈现了先增大后减小的趋势。Fe76Ga18Tb6合金的饱和磁化强度有较为明显的下降。添加元素Tb后整体上扩大了硬度,Fe78Ga18Tb4合金的硬度为最大。
【图文】：
根据具体熔炼阶段进行适度调整。熔炼样品时，需从样品的正反两面进行三次熔炼操作，逡逑从而让样品中的原子能均匀扩散。熔炼完成后，因腔体温度过高，不易马上取出样品，逡逑待非自耗电弧炉仪器及实验样品均冷却后，方可将实验样品倒出炉外。下图２－２即为真逡逑空非自耗电弧炉的结构图。逡逑．．．逡逑Ｉ，逡逑—？＜一ａ却水逡逑图２－２真空非自耗型电弧炉结构图逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｈｅ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋Ｎｏｎ－ｃｏｎｓｕｍａｂｌｅ邋ｖａｃｕｕｍ邋ａｒｃ邋ｆｕｒｎａｃｅ逡逑（３）退火：退火将金属缓慢加热到一定程度，保持足够时间，，然后以适宜速度冷却逡逑的一种金属热处理工艺。是将金属样品退火处理采用的是ＧＳＬ－１７００Ｘ真空管式高温退火逡逑炉，对退火炉进行抽真空后，通氩气进去，在氩气的保护下对金属样品进行退火，从而逡逑扩散金属内的原子，并使得原子能均匀分布。退火时，金属样品保持７００°Ｃ的温度，同逡逑时该过程需持续五天时间。逡逑１５逡逑
自然界的能量和动力均保持守恒，因此不难理解，如果湮没现象出现之前，ｅ＋处于静止逡逑的话，湮没现象发生后，单个Ｙ光子便具有５１邋ＩｋｅＶ能量。这一湮没现象的双光子数值逡逑变化参见下图２－５。逡逑表２－２正电子与电子的基本属性逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－２邋Ｔｈｅ邋Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ邋ｏｆ邋Ｐｏｓｉｔｒｏｎ邋ａｎｄ邋Ｅｌｅｃｔｒｏｎ逡逑粒子类型逦静止质量ｋｇ逦自旋ｆｔ逦电荷ｅ逡逑正电子逦９．１１邋１０＇２５逦＇Ａ逦１逦１逡逑奸逦９．１１邋ＩＱ２５逦＾＾＾逦逡逑由图２－６可知，当这个湮没现象产生的时候，２２Ｎａ衰变其实是产生了两个分支的，逡逑但鉴于该数据比较偏理论层面，所以在实验当中，我们一般不采用该分支（注明：分支逡逑占比为８９％的能量为０．５４５ＭｅＶ，占比１１％的能量为１．８３ＭｅＶ）。同时需要注意的是此次逡逑试验选用的正电子ｅ＋是由放射性同位素衰变而来，本次实验中，涉及到的放射性同位素逡逑ｅ＋？－＾逦ｅ＇逦，２逦肩逡逑０．５４Ｍｅｖ邋８９％逦／逡逑（Ｄ逦＾丨逡逑Ｎｃ激发态逦／逦／逡逑ｒ逦ｖ逦ｙ逦１．８３Ｍｅｖ逦１１％逡逑，ｒ邋＇，邋！８ＭｃＶ邋N逡逑＾逦ａ逦Ｎｅ邋基态逡逑为，ａ源。逡逑图２－６双光子湮没示意图逦图２－７邋２２邋Ｎａ的衰变图逡逑Ｆｉｇ．２－６邋Ｔｗｏ－ｐｈｏｔｏｎ邋ｆｌｏｏｄｅｄ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ逦Ｆｉｇ．２－７邋Ｔｈｅ邋ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋２２Ｎａ逡逑那我们是如何来标志正电子的产生的呢？我们知道一个正电子从原子中放出O喓
本文编号：2636698
【图文】：
根据具体熔炼阶段进行适度调整。熔炼样品时，需从样品的正反两面进行三次熔炼操作，逡逑从而让样品中的原子能均匀扩散。熔炼完成后，因腔体温度过高，不易马上取出样品，逡逑待非自耗电弧炉仪器及实验样品均冷却后，方可将实验样品倒出炉外。下图２－２即为真逡逑空非自耗电弧炉的结构图。逡逑．．．逡逑Ｉ，逡逑—？＜一ａ却水逡逑图２－２真空非自耗型电弧炉结构图逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｈｅ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋Ｎｏｎ－ｃｏｎｓｕｍａｂｌｅ邋ｖａｃｕｕｍ邋ａｒｃ邋ｆｕｒｎａｃｅ逡逑（３）退火：退火将金属缓慢加热到一定程度，保持足够时间，，然后以适宜速度冷却逡逑的一种金属热处理工艺。是将金属样品退火处理采用的是ＧＳＬ－１７００Ｘ真空管式高温退火逡逑炉，对退火炉进行抽真空后，通氩气进去，在氩气的保护下对金属样品进行退火，从而逡逑扩散金属内的原子，并使得原子能均匀分布。退火时，金属样品保持７００°Ｃ的温度，同逡逑时该过程需持续五天时间。逡逑１５逡逑
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