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fe-ga合金的多功能特性研究

Fe-Ga合金的多功能特性研究

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作者：胡姗姗浙江大学

学位级别：硕士

相对于脆性的稀土金属间化合物,新型磁致伸缩材料fe-ga固溶体具有更低的驱动场、更好的延展性、低廉的价格和很好的温度稳定性,因此引发了国内外研究者的广泛关注。fe-ga合金的结构和磁性对成分和热处理工艺都十分敏感,蕴含着丰富的固... 详细信息

相对于脆性的稀土金属间化合物,新型磁致伸缩材料fe-ga固溶体具有更低的驱动场、更好的延展性、低廉的价格和很好的温度稳定性,因此引发了国内外研究者的广泛关注。fe-ga合金的结构和磁性对成分和热处理工艺都十分敏感,蕴含着丰富的固态相变,从而可通过调控结构实现多功能特性。本文采用XRD、TEM、热分析和磁性测量研究了 fe-ga合金中的BCC→FCC扩散型相变;并通过调控热处理制度制备了 BCC/FCC复合结构材料,观察到了变号磁致伸缩、压磁补偿和阻尼增强等新现象,拓展了 fe-ga合金的功能特性。主要结果如下:研究揭示了 fe73ga27合金BCC→FCC扩散型固态相变过程,为制备复合结构材料奠定基础。根据贝恩关系,fe-ga合金体心立方(BCC)相向面心立方(FCC)L12相转变时不仅需要大的晶格应变,而且原子位置要进行交换(fe或ga的位置互换)。因此,该过程不仅需要克服两种结构间的巨大势垒,而且动力学非常缓慢。我们采用X射线衍射(XRD)及透射电子显微镜(TEM),发现亚稳条件下制备的fe73ga27合金为BCC平均结构,升温DSC和M-TG分析表明,亚稳的BCC-fe73ga27合金首先经历居里转变(Tc=698.6K),然后分别在720K、908.9 K 和 949 K 开始发生 D03para. (BCC) → L12ferro. (FCC)→D019para. (HCP) → B2para.(有序BCC)转变。由于BCC→FCC扩散型相变的大势垒、低动力学、成分变化等特征,即使在L12相区进行长时间热处理,fe73ga27中也不能得到单相L12结构,仍有剩余的BCC结构存在。在803K时效处理1个月形成以L12相为主、BCC相为辅的复合结构。振动样品磁强计(VSM)测量表明L12相的形成导致合金的磁化强度、磁晶各向异性和矫顽力提高,但磁致伸缩系数由正值变为负值。发现BCC/FCC复合结构的fe73ga27合金具有变号磁致伸缩、压磁补偿和阻尼增强等新效应。基于fe-ga中的BCC→FCC扩散型相变,通过改变时效时间,制备出不同BCC/FCC体积比的复合结构材料。由于正磁致伸缩BCC相与负磁致伸缩FCC相在压应力和外磁场中的畴变路径不同,发现1)弱磁晶各向异性的BCC相在磁场驱动下先于FCC相产生90°畴变,从而展现出低场正磁致伸缩、高场负磁致伸缩的变号现象;2)在压应力作用下,正磁致伸缩BCC相磁矩向垂直方向转动而负磁致伸缩FCC相磁矩向平行应力方向转动,从而实现压磁补偿效应;3)应力卸载过程中,两相畴变的竞争作用阻碍了 90°畴壁的不可逆移动,耗散大量的弹性能,从而显著提高了阻尼系数。因此,调控fe-ga合金的结构多样性为研制多功能特性材料提供了新途径。

关键词： fe-ga固溶体扩散型相变磁致伸缩压磁效应阻尼

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