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Enhanced magnetostrictive properties of lightly Pr-doped fe83ga17 alloys

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Journal of Rare Earths 2020年第3期38卷 257-264页

作者： Lijuan Zhao Xiao Tian Zhanquan Yao Xuan Zhao Rui Wang Hamt O Liping Jiang Vincent G.Harris Inner Mongolia Key Laboratory for Physics and Chemistry of Functional Materials School of Physics and Electronic InformationInner Mongolia Normal UniversityHohhot 010022China School of Water Conservancy and Civil Engineering Inner Mongolia Agricultural UniversityHohhot 010018China Baotou Research Institute of Rare Earths Baotou 014030China Department of Electrical and Computer Engineering CM3ICNortheastern UniversityBostonMA 02115USA

fe83ga17Prx alloys,where x=0,0.2,0.4,0.6 and 1.0,were prepared by a non-consumable vacuum arc melting technique under an inert argon gas atmosphere.The crystal structure and surface morphologies of the alloys were studied by X-ray diffraction(XRD) and scanning electron microscopy(SEM),respectively.Local compositional variations were measured by energy dispersive X-ray spectroscopy(EDXS).The magnetostriction coefficients of the alloys were measured by means of a differential resistive strain sensor.The magnetism of the sample was measured by a vibrating sample magnetometer(VSM).The results show that the parent fe83ga17 alloy consists of a single A2 phase of bcc symmetry,whereas the Pr doped fe83ga17 alloys are composed of the A2 phase of bcc structure and a small volume fraction of Prga2 as a secondary phase.Most importantly,with increasing x,the magnetostriction coefficient of the fe83ga17Prx alloys first increases reaching a maximum saturation magnetostriction coefficient of192 ppm for x=0.6 at a magnetic field strength of 486 kA/m,then decreased.This maximum represents a 400% increase over the parent alloy with a mere 0.6 at% Pr doping.

关键词： Fe-Ga alloy Magnetostriction Praseodymium Rare earth element doping

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环形Fe-Ga合金动态磁导率和损耗分析

电工技术学报 2019年第3期34卷 459-465页

作者：翁玲李薇娜曹晓宁梁淑智王博文省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300130

Fe-Ga合金的动态磁导率和损耗是研究Fe-Ga合金器件设计和应用的基础。为了研究高频Fe-Ga合金传感器,首先需要分析Fe-Ga合金的动态磁导率和损耗。该文建立了环形Fe-Ga合金动态磁导率和损耗模型,并采用AMH-1M-S型动态磁特性测试系统测量... 详细信息

Fe-Ga合金的动态磁导率和损耗是研究Fe-Ga合金器件设计和应用的基础。为了研究高频Fe-Ga合金传感器,首先需要分析Fe-Ga合金的动态磁导率和损耗。该文建立了环形Fe-Ga合金动态磁导率和损耗模型,并采用AMH-1M-S型动态磁特性测试系统测量了不同磁场频率下Fe-Ga合金弹性磁导率、黏滞性磁导率和损耗因数曲线,利用阻抗分析仪测试环形Fe-Ga合金的电阻和电感,通过模型计算出不同频率下的环形Fe-Ga合金的弹性磁导率和黏滞性磁导率,分析了弹性磁导率和黏滞性磁导率随磁场频率的变化情况。结果表明,随着磁场频率增大,弹性磁导率先下降后升高,黏滞性磁导率不断升高,模型计算结果与实验结果一致。损耗因数随着磁场频率的增加先增加后降低最后趋于平稳。电磁损耗和介质储能随着磁场频率的增加逐渐增大。

关键词： Fe-Ga 合金动态磁导率弹性磁导率黏滞性磁导率损耗

扭转力作用下Fe-Ga磁致伸缩位移传感器的输出特性

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电工技术学报 2019年第21期34卷 4409-4418页

作者：李媛媛王博文黄文美李云开省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津300130

为提高磁致伸缩位移传感器的测量精度,需要从理论和实验上分析传感器的输出特性。针对扭转力作用下波导丝发生磁化状态的改变进而影响传感器的输出特性这一问题,基于材料力学求解扭转应力,并从磁畴角度分析扭转力对魏德曼效应的影响,结... 详细信息

为提高磁致伸缩位移传感器的测量精度,需要从理论和实验上分析传感器的输出特性。针对扭转力作用下波导丝发生磁化状态的改变进而影响传感器的输出特性这一问题,基于材料力学求解扭转应力,并从磁畴角度分析扭转力对魏德曼效应的影响,结合Fe-Ga合金的非线性本构模型和磁致伸缩逆效应等建立磁致伸缩位移传感器的输出电压模型,计算不同螺旋磁场和扭转力下的输出电压。搭建预加扭转应力下输出电压的测试平台,从理论和实验上确定输出电压随扭转应力的增大呈非线性减小的变化规律。研究还表明:在同一磁场下,正向扭转应力导致的电压降小于反向扭转应力导致的电压降,提高偏置磁场或激励磁场可以从一定程度上抵消扭转应力对电压的影响。研究可为设计大量程高精度的位移传感器提供理论依据与指导。

关键词：位移传感器 Fe-Ga 波导丝扭转应力螺旋磁场输出电压

Fe-Ga磁特性测试装置改进与动态磁致伸缩实验

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光学精密工程 2017年第9期25卷 2396-2404页

作者：王博文谢新良周露露王保发曹晓宁翁玲河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室天津300130

利用Fe-Ga磁特性测试装置进行动态磁致伸缩测量时,受激励线圈产生的磁场的影响,测试样品的应变通常偏大,本文对此做了分析并进行验证。通过分析Fe-Ga动态磁致伸缩测量过程,对原测试装置进行了改进。将样品的一端固定在极头上并调节激励... 详细信息

利用Fe-Ga磁特性测试装置进行动态磁致伸缩测量时,受激励线圈产生的磁场的影响,测试样品的应变通常偏大,本文对此做了分析并进行验证。通过分析Fe-Ga动态磁致伸缩测量过程,对原测试装置进行了改进。将样品的一端固定在极头上并调节激励磁场使其在样品饱和磁场附近,以消除机械振动对动态磁致伸缩测试产生的影响。采用多参数磁学测试系统和改进前后的Fe-Ga特性测试系统进行Fe-Ga静态和动态磁致伸缩特性测试实验。结果表明:采用改进的Fe-Ga磁特性测试装置可在低饱和场下精确测量动态应变。实验还测试了Fe-Ga在2.7kA/m偏置磁场作用下的动态磁致伸缩特性,结果表明:(1)偏置磁场作用下应变与磁场同频;(2)应变对磁场的滞后随磁场频率的增加而增大;(3)λ~H曲线为椭圆形且椭圆环的面积随频率的增大而增大。上述结果表明,本文提出的改进装置可有效消除振动产生的额外应变。

关键词：动态磁致伸缩磁特性测试 Fe-Ga 电磁力

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Fe-Ga的合成、表征及应用研究

江西化工 2015年第6期31卷 134-137页

作者：黄薇杨易彬江西省水利规划设计研究院江西南昌330029 江西省环境保护科学研究院江西南昌330029

我们在本研究中采用水/溶剂热法合成了以fe为金属,以没食子酸为配体的金属有机框架Fe-Ga,用一系列仪器对该结构进行表征,其中包括扫描电镜、透射电镜、X射线粉末衍射、傅立叶红外光谱仪及光电子能谱仪等。我们制备的Fe-Ga具有水稳定性好... 详细信息

我们在本研究中采用水/溶剂热法合成了以fe为金属,以没食子酸为配体的金属有机框架Fe-Ga,用一系列仪器对该结构进行表征,其中包括扫描电镜、透射电镜、X射线粉末衍射、傅立叶红外光谱仪及光电子能谱仪等。我们制备的Fe-Ga具有水稳定性好,制备过程简单等优点,用于吸附去除水中TCP污染物。吸附结果表明,TCP在Fe-Ga上的吸附符合Freundlich模型。TCP初始浓度为20 mg L-1时,平衡吸附量为133.1 mg g-1,该吸附剂的吸附效果和水稳定性得到了我们的关注。

关键词：吸附剂 Fe-Ga 水/溶剂热法 TCP 有机金属框架

fe72.5ga27.5磁致伸缩合金的深过冷定向凝固

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Fe72.5Ga27.5磁致伸缩合金的深过冷定向凝固

作者：高翔上海交通大学

学位级别：硕士

磁致伸缩材料是一种新型功能材料,在外磁场作用下会发生长度或者体积的宏观变化,是重要的传感和微驱动材料。目前磁致伸缩材料的研究和工程应用,主要以Tefenol-D和新型Fe-Ga合金为主。而Tefenol-D尽管磁致应变巨大,但由于脆性大和成本... 详细信息

磁致伸缩材料是一种新型功能材料,在外磁场作用下会发生长度或者体积的宏观变化,是重要的传感和微驱动材料。目前磁致伸缩材料的研究和工程应用,主要以Tefenol-D和新型Fe-Ga合金为主。而Tefenol-D尽管磁致应变巨大,但由于脆性大和成本高的原因限制了其应用范围。而新型Fe-Ga合金具有优异力学性能和成本低廉等优点,同时实验获得了最高达1300ppm的大磁致伸缩性能,使其具有较高的工程应用价值。本文采用熔融玻璃结合循环过热的方法,使fe-27.5 at.% ga合金获得了070 K的过冷度,并通过激发过冷合金熔体获得了80 K过冷度下的定向凝固棒材。文章系统地研究了不同过冷度下的相结构和凝固组织演化,并开展了对定向凝固试样的凝固组织和磁致伸缩性能的研究。首先通过熔融玻璃结合循环过热的方法,对NaBO,90% Na-Si-Ca+10% BO(记作Na-Si-Ca-B玻璃)和9.4% SiO+84.6% NaBO+6% CaO(记作Na-B-Si玻璃)对fega合金的过冷效果分别做了分析。发现经过Na-Si-Ca-B玻璃净化后,fega合金出现了严重的ga元素损耗,而NaBO的过冷效果十分不稳定。采用Na-B-Si玻璃作为净化剂,fega合金获得了最高达300 K以上的深过冷,并可有效避免ga元素损失的发生。此外,还讨论了其他实验因素对于获得过冷度的影响,然后研究了过冷fega合金的相结构特征与凝固组织的演化。低过冷度下(ΔT≤200K ),合金组织以亚稳相D0为主,L1、B2和A2等相同时存在;中等过冷度下( 200K≤ΔT≤300K ),相结构完全是亚稳相D0,而L12,A2等相结构在此过冷度范围内急剧减少;大过冷度下( 300K≤ΔT ),相结构仍是以亚稳相D0为主,同时出现了新相。由XRD图谱和DSC曲线判断,有可能是在之前报道中提到的变形D0相( Modified-D0 )。fega合金的凝固组织演化随合金过冷度呈现出一定的规律性。在低过冷度下(ΔT≤200K ),凝固组织为破碎的树枝晶和少量的粒状晶;在中等过冷度下( 200K≤ΔT≤300K ),凝固组织呈现为等轴晶和残余的细小破碎枝晶;当合金在350 K过冷度以上凝固时,凝固组织则转变为一种非正常的粗大晶粒最后,还对深过冷快速定向凝固试样的凝固组织和磁致伸缩性能进行了研究。发现沿定向凝固生长方向微观组织依次呈现细等轴晶区—柱状晶区—粗等轴晶区的演化规律。沿合金棒生长方向XRD的(200)晶面衍射峰逐渐增强,并在棒材顶部位置强度超过[110]衍射峰,这一现象与凝固过冷度随凝固界面位置推进而下降有关。在柱状晶去区磁致伸缩应变达到最大值296ppm。根据之前的分析,我们认为凝固组织沿轴向方向高度的[100]织构以及快速凝固过程中出现的变形D0结构是磁致伸缩性能大大提高的主要因素。

关键词：磁致伸缩 Fe-Ga 深过冷净化剂亚稳相定向凝固

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Fe-Ga二元系平衡图

物理学报 1966年第4期 429-439页

作者：陆学善梁敬魁王晓堂中国科学院

本文主要从X射线的研究,并配合差热分析,测定了1000℃以下的Fe-Ga二元系平衡图。这一系统在室温存在着三个居间相ε,χ和Ψ。ε相是有序面心立方结构,相当于理想化合式fe3ga,相区范围很窄。在550℃上下,这个相转变为另一相ξ,这是在高... 详细信息

本文主要从X射线的研究,并配合差热分析,测定了1000℃以下的Fe-Ga二元系平衡图。这一系统在室温存在着三个居间相ε,χ和Ψ。ε相是有序面心立方结构,相当于理想化合式fe3ga,相区范围很窄。在550℃上下,这个相转变为另一相ξ,这是在高温从ga在fe中的固溶体直接分出来的,这个高温相的结构尚未测定。χ相的均匀范围较大,在室温从55at.％ga延伸到60at.％ga,结构似乎非常复杂,可能的化合式是fe4ga5,fe3ga4或fe2ga3,这是在960℃上下由包晶反应形成的。Ψ相由另一包晶反应形成,反应温度为820℃,Ψ相属四方晶系,在20℃,α=6.2628A,c=6.5559A,空间群为D4h14-P42/mnm,晶包内含四个化合式量fega3。没有观察到fe在ga中有任何固溶度。从fega3到ga,存在着一条共晶等温线,共晶点非常接近纯ga,在约590℃,存在着一条共析等温线,共析点在50at.％ga左右,在这里ga在fe中的固溶体同时分解成ξ和χ。这个系统中最值得注意的是ga在fe中的原生固溶体。在室温的固溶度是15.2at.％,它随温度而逐渐递增,在700℃以上,则突增到约50at.％,在625℃以下的结构是体心立方体,在相图中用α代表。但在625℃以上,这个相又转变为两个不同的结构,并且各占据着一定的相域,在相图中各用α1和α2代表。α1和α2的结构尚未?

关键词： Fe-Ga 平衡图原子间距 ga 面心立方结构二元系衍射线

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Fe-Ga基低场磁致伸缩合金

金属功能材料 2000年第6期7卷 39-39页

作者：国文

磁致伸缩材料具有在外加磁场存在时可回复变形和在施加应力时会改变磁性能的特性。可是所有铁磁性材料，只有在低场下具有大磁致伸缩的材料才适合于象致动器和传感器之类的用途。TbxDyl－x合金表面出现很大的基面磁致伸缩（约为0.1％）... 详细信息

磁致伸缩材料具有在外加磁场存在时可回复变形和在施加应力时会改变磁性能的特性。可是所有铁磁性材料，只有在低场下具有大磁致伸缩的材料才适合于象致动器和传感器之类的用途。TbxDyl－x合金表面出现很大的基面磁致伸缩（约为0.1％），但因其有序化温度低以致限制了它在低温下的应用。Rfe2（R是稀土元素）金属间化合物，如Terfenol合金（DyxTbl－x）fe2具有很大的磁致伸缩和较高的居里温度（在室温以上具有大约为0.1％的磁致伸缩），目前广为应用的是Terfenol-D成分为(Dy0.7Tb0.3fe2）。但Terfenol合金要求很大的饱和磁场，而且性质很脆，价格昂贵。因此，人们一直在寻求力学强度高、塑性好而且在低饱和磁场下磁致伸缩大的廉价材料。

关键词：磁致伸缩 Joule效应 Fe-Ga