[发明专利]大磁致伸缩铁锰合金薄带材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大磁致伸缩铁锰合金薄带材料的制备方法。

背景技术

磁致伸缩材料具有电磁能与机械能的转换功能，是重要的能量与信息转换功能材料，在声纳的水声换能器技术、电声换能器技术、海洋探测与开发技术、微位移驱动、减振与防振、减噪与防噪系统、智能机翼、机器人、自动化技术、燃油喷射技术、阀门、泵、波动采油等高技术领域有广泛的应用前景，在国民经济和工业生产中起着越来越重要的作用。

目前，开发和应用的大部分磁致伸缩材料是铁磁性的，如Fe-Al合金、Fe-Ni合金、Tb-Dy-Fe合金和Fe-Ga合金等。在这些体系合金中获得大磁致伸缩的往往采用定向凝固技术，即在凝固过程中采用强制手段，在凝固金属和未凝固金属熔体中建立起特定方向的温度梯度，从而使熔体沿着与热流相反的方向凝固，最终得到具有特定取向柱状晶，此种方法耗时耗能制备成本高。

以Tb-Dy-Fe合金为代表的稀土超磁致伸缩材料，采用定向凝固技术使合金沿<110>、<112>和<111>方向择优取向，能够在压力下产生高达2000ppm的磁致伸缩。虽然这种材料具有大的磁致伸缩应变，但材料抗拉伸能力弱、质地脆、容易在空气中氧化，而且原材料中60％以上为稀土元素，价格昂贵，使原材料成本居高不下，这些缺点都限制了该材料在各方面的实际应用。本世纪初发现采用定向凝固方法制备的<100>取向的Fe-Ga磁致伸缩合金具有大的低场磁致伸缩，并且具有良好的机械性能，但两组分熔点差别大，熔炼过程中Ga元素挥发严重，造成合金成分难以控制；最近开发的Fe-Ga合金甩带材料，虽然也能够产生不亚于Tb-Dy-Fe材料的磁致伸缩大小，但是其材料韧性与铸态或定向凝固态材料相比要下降很多；此外，Ga元素比某些稀土元素价格还要高，其原材料成本和制备成本高的问题依然不能解决。

怎样降低大磁致伸缩材料的成本成为人们关注的重点。Fe₅₂Mn₄₈合金铸态材料的室温磁致伸缩值达到169ppm，可以与定向凝固态Fe-Ga合金相当。而且，Fe和Mn均属于廉价金属元素，如果能进一步提高该材料的磁致伸缩值，将可以降低大磁致伸缩材料的原材料成本。

本发明采用一种熔体快淬技术制备出一种能够在室温产生大磁致伸缩应变的铁锰合金薄带材料。这种制备方法使合金熔体以＞10⁶℃/s的冷却速度冷却形成薄带材料，贴辊面和自由面之间大的温度梯度使薄带厚度方向形成柱状晶结构，有利于获得大磁致伸缩材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种大磁致伸缩铁锰合金薄带材料的制备方法。

大磁致伸缩铁锰合金薄带材料的制备方法包括如下步骤：

1)将Fe、Mn元素按用量比例称量后放入石英坩锅内，调节真空室的真空度达到5×10^-2～2×10^-3Pa，通入高纯氩气作保护气体，熔炼并在水冷铜模中铸造成直径10～13mm的棒料，待用，棒料的成分为Fe_xMn_1-x(at％)，其中40≤x≤75；

2)将上述棒料放入卧式真空热处理炉进行热处理，真空度为5×10^-3～2×10^-3Pa，通入氮气作保护气体，在温度800～1000℃，保温24～120小时，随炉冷却；

3)将上述经热处理的合金棒料放入石英管内熔化进行快淬，快淬炉包含感应加热系统、旋转纯铜辊轮和气体喷压装置，当真空度达到5×10^-3～2×10^-3Pa后，通入高纯氩气作保护气体，石英管内的料棒经感应加热熔化，调节与石英管连通的气体喷淬压力为1.1～1.4atm，石英管下方的纯铜辊转速为8～25m/s，石英管的喷淬口径为直径为1～5mm的圆形口径，最终制备出薄带材料。

所述薄带材料宽度为1～8mm，薄带材料厚度为10～100μm。