[发明专利]磁致伸缩器件及其制备方法

说明书

公开了一种磁致伸缩器件，所述器件包括一磁致伸缩带芯，其特征在于，所述磁致伸缩带芯呈柱状结构，相对断面具有螺旋回路，带芯外圆周方向缠绕产生磁场的感应线圈；所述磁致伸缩带芯由扁平状带材卷绕而成，叠片系数N为75％～85％。磁致伸缩器件可将降低磁致伸缩材料高频下的涡流损耗，提高磁致伸缩材料的致动精度，扩宽材料的应用领域；同时，也提高了快淬磁致伸缩材料的利用效率。

技术领域

本发明涉及一种磁致伸缩器件及其制备方法，属于磁性材料器件领域。

背景技术

Fe-Ga合金是一种新型的磁致伸缩材料，相比传统的Terfenol-D，它最大的特点是具有较低的饱和磁场和较高的机械强度，饱和场低仅为8-17kA/m，约为Terfenol-D的1/10，磁场灵敏度高。在一些应用中，不需采用复杂的预应力结构，器件结构设计相对简单。Fe-Ga合金为金属固溶体，强度高，脆性小，同时具有较高的抗拉强度(500MPa)和延展性，特别适用于那些具有强震动、冲击、大负荷、腐蚀强的恶劣条件。此外，该合金还有很高的磁导率，居里温度高，有很好的温度特性，能在很宽的温度范围内使用，因此，在传感器和致动器方面有很好的应用前景。

传统的定向凝固法制备的Fe-Ga合金的饱和磁致伸缩系数只有200-300ppm，这远小于Terfenol-D的2000ppm。另外，由于Fe-Ga合金的电导率较高，当该合金块体材料在高频条件下使用时会出现大的涡流损耗。这些使其应用范围受到限制，所以提高Fe-Ga合金的磁致伸缩性能，降低其服役时的涡流损耗成为其应用的关键因素之一。

针对上述问题，由于FeGa合金具有较好的延展性，在实际应用中，可以将Fe-Ga合金采用快淬或轧制的方法制成厚度很薄的纳米晶带材。这样可以大幅度降低材料在高频下的涡流损耗，拓展材料的使用范围。

例如，中国专利申请CN103320682 A提出采用熔体快淬法制备Fe_100-x-yGa_xM_y材料，采用铜坩埚方法之别得到快淬薄带。中国专利申请CN103556045 A提出一张FeGa与TbDyFe赝二元系材料，采用各向异性补偿原理获得具有大磁致应变、低驱动场、高力学性能的快淬FeGa材料。中国专利申请CN105177227 A提出针对快淬FeGa材料。

然而，在实际应用中，如何应用薄带状的FeGa材料，充分利用其大的磁致伸缩特性，并且提高其高频下磁致伸缩特性与精密致动稳定性，仍然是人们面临的一个较大的技术问题。

发明内容

为了解决以上技术问题，发明人提出一种新型的磁致伸缩块体器件及其制备方法。该器件具有高磁致伸缩系数，低涡流损耗。

为实现上述目的，一方面，本发明拟采取以下技术方案：一种磁致伸缩器件，所述器件包括一磁致伸缩带芯，其特征在于，所述磁致伸缩带芯呈柱状结构，相对断面具有螺旋回路，带芯外圆周方向缠绕产生磁场的感应线圈；所述磁致伸缩带芯由扁平状带材卷绕而成，叠片系数N为75％～85％。

实际使用过程中，将感应线圈通电，产生磁场，线圈内部的磁致伸缩带芯在磁场作用下产生磁致伸缩。

传统的方法，为叠片法生产，即将快淬法或者轧制法制备的磁致伸缩薄片堆叠在一起，采用这些方法材料利用率低。更重要的是，施加磁场时，难以保证磁场均匀分布在材料上，因此导致各叠片受磁场不均匀，伸缩不一致，难以达到精确致动控制。

本发明中，由于线圈为环形，在环形内部磁场均匀分布，在此情况下，通过绕线法制备磁致伸缩带芯，可以达到磁场分布均匀，各螺旋回路伸缩均匀，从而可以实现更加精密的控制。

因此，磁致伸缩带芯为采用扁平状带材卷绕而成。本发明中，优选扁平状带材制备方式为快淬法，该方法通过将熔融的合金钢液铺展到旋转的辊轮上快速冷却而得到，通过该方法不仅可以有效抑制合金成分偏析，而且有利于磁致伸缩带材宽度与厚度的精确控制，从而达到卷绕后带芯的高一致性。