[发明专利]一种定向晶区熔法制备磁致伸缩材料工艺

说明书

本发明公开了一种定向晶区熔法制备磁致伸缩材料工艺，属于磁致伸缩材料技术领域，一种定向晶区熔法制备磁致伸缩材料工艺，其组成成分包括：99％高纯稀土元素Tb和Dy材料、99％以上纯度的Fe、Co、Al、Mn元素材料和块状硅多晶料，制备过程包括以下步骤：合金原料预混合，感应炉熔炼，真空铸棒，定向生晶，分离定型，待区熔定向凝固完成后，对成型的定向晶体进行热处理，制得成品磁致伸缩材料，可以实现通过在感应炉内添加特殊的装置，从而对磁致伸缩材料进行分段加热，使炉内的磁致伸缩材料成梯度式受热，从而使磁致伸缩材料机械强度提高，增强磁致伸缩材料的稳定性和可靠性，使其磁致伸缩性能不随时间有较大变化。

技术领域

本发明涉及磁致伸缩材料技术领域，更具体地说，涉及一种定向晶区熔法制备磁致伸缩材料工艺。

背景技术

磁致伸缩材料是一类具有电磁能/机械能相互转换功能的材料。70 年代开始出现的室温下具有巨磁致伸缩性能的稀土-铁合金(RFe2)材料，由于它们能量密度高、耦合系数大，具有传感和驱动功能，因而作为智能材料或相应器件在智能材料领域得到了越来越广泛的应用和发展。工程上利用这一特性将电能转换成机械能或将机械能转换成电能。磁致伸缩是指在交变磁场的作用下，物体产生与交变磁场频率相同的机械振动；或者相反，在拉伸、压缩力作用下，由于材料的长度发生变化，使材料内部磁通密度相应地发生变化，在线圈中感应电流，机械能转换为电能。

磁致伸缩材料具有下列优点：磁致伸缩应变比纯Ni大5O倍，比PZT材料大5～25倍，比纯Ni和N卜Co合金高400800倍，比PZT材料高14～30倍；磁致伸缩应变时产生的推力很大，直径约为10mm的Tb-Dy-Fe的棒材，磁致伸缩时产生约200kg的推力：能量转换效率高达7O%，而Ni基合金仅有162／5，PZT材料仅有4O～6O；其弹性模量随磁场而变化，可调控；响应时间(由施加磁场到产生相应的应变所需的时间称为响应时间)仅为百万分之一秒，比人的思维还快；频率特性好，可在低频率(几十至1000Hz)下工作，工作频带宽。

现有的磁致伸缩材料的制备过程中，选用的制备方法包括区熔法、单晶拉制法、柱状晶凝固法等，区熔法由于制备过程中各工序较为简单，是最常选用的方式，但区熔法制备磁致伸缩材料过程中，长单晶工序中，由于感应炉内温度变化较快，且温度变化过程中，与感应炉内壁不直接接触段的原材料升温不均衡，易导致制成的磁致伸缩材料内部出现裂纹，使磁致伸缩材料机械强度降低，稳定性和可靠性无法保证，影响磁致伸缩材料的韧性和延展性，从而限制了磁致伸缩材料的适用范围。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种定向晶区熔法制备磁致伸缩材料工艺，它可以实现通过在感应炉内添加特殊的装置，从而对磁致伸缩材料进行分段加热，使炉内的磁致伸缩材料成梯度式受热，从而使磁致伸缩材料机械强度提高，增强磁致伸缩材料的稳定性和可靠性，使其磁致伸缩性能不随时间有较大变化。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种定向晶区熔法制备磁致伸缩材料工艺，其组成成分包括：99％高纯稀土元素Tb和Dy材料、99％以上纯度的Fe、Co、Al、Mn元素材料和块状硅多晶料，制备过程包括以下步骤：

步骤一、合金原料预混合，将高纯稀土元素Tb和Dy材料和Fe、Co、Al、Mn元素材料，按2：3：20比例配置，在预混机内混合，制备合金原料；

步骤二、感应炉熔炼，将合金原料通入真空感应炉内熔炼，缓慢加热升温, 感应炉熔炼过程中，将合金原料通入真空感应炉后，向合金原料内添加块状硅多晶料；

步骤三、真空铸棒，将真空感应炉内空气抽离，注入保护性气体，在密闭环境下铸得母合金棒材；

步骤四、定向生晶，分段加热，使用区熔定向凝固法，在母合金棒材上制备定向晶体，控制熔区长度；