[发明专利]块体非晶合金磁致伸缩材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及非晶态磁致伸缩材料领域，特别涉及一种块体非晶合金磁致伸 缩材料及其制备方法。

背景技术

在磁场中磁化状态改变时，铁磁和亚铁磁性材料引起尺寸或体积微小的变 化，这种现象称为磁致伸缩现象。磁致伸缩效应的大小用磁致伸缩系数λ来表 示。它的值为λ＝δl/l，l和δl是磁体的原始长度及磁化后长度的改变。传统的磁 致伸缩材料是Ni和Fe基合金，这类金属与合金的饱和磁致伸缩系数λs为(± 30-70)×10^-6，由于这类材料的λ太小，所以使用范围受到了限制。60年代初， 人们即发现稀土元素(R)具有许多独特的磁性。例如，重稀土原子的轨道角动 量和自旋角动量都大，而且平行排列，故每个原子的磁矩为9μ_B～10μ_B，而Ni 和Fe只有0.6μ_B和2.2μ_B。1963年，Legvold等人测量了Tb(铽)和Dy(镝) 在低温下沿基面的磁致伸缩，发现这些基面的磁致伸缩值是传统磁致伸缩材料 磁致伸缩值的100～1000倍，这使磁致伸缩材料出现了突破。20世纪80年代， 美国Clark等人发现，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λ_s为1800ppm，DyFe₂的磁 致伸缩系数λ_s为430ppm，它们在低温下具有更高的磁致伸缩系数。但是饱和 磁场过高，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 各向异性可补偿或互相抵消，使得这种(R₁R₂)Fe₂型化合物在室温和低场下就 可获得很大的磁致伸缩系数。例如Tb_0.27Dy_0.73Fe₂的磁致伸缩系数可达到 1500-2000ppm。由于这种材料的磁致伸缩系数比Ni基合金的大50倍，比压电 陶瓷的大5-25倍，因此称为巨磁致伸缩材料或超磁致伸缩材料。

目前高磁致伸缩合金材料主要是Tb-Dy-Fe为主的晶态合金，该合金虽然磁 致伸缩系数可达1000-2000ppm以上，但是脆性大，机械性能较差，限制了其广 泛应用，并需大量使用稀土材料，成本较高。非晶态合金具有原子排列长程无 序、短程有序的特殊微观结构，因而具有强度高，断裂韧性好，电阻率高，抗 腐蚀性好等优越的机械、物理及化学性能，应用前景广泛。将非晶合金优良的 机械、物理和化学性能与高磁致伸缩性能结合起来，以期解决目前高磁致伸缩 Tb-Dy-Fe系晶态合金存在的问题。目前，对于溅射、快淬等方法制备的传统非 晶薄膜、薄带的磁致伸缩性能，已有若干研究报道，在仅有的研究报道中，Inoue 小组发现，Fe-Co-Ln-B(Ln＝Sm或Tb)系金属玻璃具有较高的稳定性和饱和磁致伸 缩系数λs，同时具有良好的抗拉强度、抗弯强度、硬度和杨氏模量。 Fe_68.5Co₁₀Sm_1.5B₂₀和Fe_68.5Co₁₀Tb_1.5B₂₀的λs达到58×10^-6，Fe_68.5CoxDy_1.5B₂₀的达到 51×10^-6，均大大超过了没有玻璃转变点的非晶合金(λ_s≤44×10^-6)。然而Inoue 报道的非晶合金也仅限于薄带，国内外对金属玻璃磁致伸缩性能的研究还很少。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种块体非晶合金磁致伸缩材 料及其制备方法。

块体非晶合金磁致伸缩材料的化学分子式为(Fe_aMo_bB_c)_1-xDy_x，其中65≤a ≤75，2≤b≤8，20≤c≤25，1≤x≤10，且a+b+c＝100。

所述的块体非晶合金磁致伸缩材料的组成元素Fe、Mo、B或Dy的原料纯 度是99.5％～99.9％。