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(hf,Ta)Fe2基复合材料热膨胀性能的调控

(Hf,Ta)Fe2基复合材料热膨胀性能的调控

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作者：岑冬煜南京理工大学

学位级别：硕士

六角Mg Zn型hfTaFe((hf,Ta)Fe)合金是一类典型的磁相变合金,其在冷却过程中发生具有成份依赖性的反铁/顺磁-铁磁相变。这种磁性相变伴随了明显的体积膨胀,表明这类合金是负热膨胀材料。它可以与正热膨胀材料复合,构建零热膨胀复合材料... 详细信息

六角Mg Zn型hfTaFe((hf,Ta)Fe)合金是一类典型的磁相变合金,其在冷却过程中发生具有成份依赖性的反铁/顺磁-铁磁相变。这种磁性相变伴随了明显的体积膨胀,表明这类合金是负热膨胀材料。它可以与正热膨胀材料复合,构建零热膨胀复合材料。后者在精密仪器制造领域具有重要的应用价值。然而,基于(hf,Ta)Fe的零热膨胀复合材料及其制备方法却鲜有报道。本论文通过在(hf,Ta)Fe基体中内生正热膨胀相,补偿基体磁相变伴随的负热膨胀效应,进而设计并制备出具有室温零热膨胀效应的(hf,Ta)Fe基复合材料。本文具体研究成果如下:(1)对铸态(hf,Ta)Fe合金的微结构进行了研究,发现铸态(hf,Ta)Fe具有富Fe晶界;经过退火处理后,富Fe晶界消失。这种现象激发本研究在不退火的情况下,通过加入额外的Fe元素在(hf,Ta)Fe基体中内生大量的富Fe相。富Fe相作为正热膨胀相,可以补偿基体的负热膨胀效应,从而实现零热膨胀。在合理调整hf/Ta比例和Fe元素含量后,本文在hfTaFe合金中实现了宽温区(265K-350K((35)T=85K))室温零热膨胀效应(热膨胀系数为0.352ppm/K)。(2)选取hfTaFe合金作为研究对象,通过减少基体中的Fe元素含量,促进了富hf相的形成;利用富hf相的正热膨胀效应补偿了(hf,Ta)Fe基体的负热膨胀效应,进而实现了零热膨胀。当样品组分为hfTaFe时,在255K-345K((35)T=90K)的宽温区范围内,合金的热膨胀系数达到了0.97ppm/K,达到了室温零热膨胀的效果。(3)首先选取hfTaFeNi合金作为研究对象,利用Ni元素取代Fe元素促进了C15相的形成。C15相作为正热膨胀相,补偿了(hf,Ta)Fe基体C14相的负热膨胀,实现了负膨胀度的降低。但Ni的引入大幅度降低了磁相变温度,以至于hfTaFeNi合金不展现室温零热膨胀效应。为了达到室温零热膨胀,本研究将hf/Ta比例调节至9:1,以减小基体的负热膨胀程度。在hfTaFeNi合金中,x=0.12的样品在225K-294K((35)T=69K,包含室温)的较宽温区范围内展现了零热膨胀(系数为0.353ppm/K)。

关键词：零热膨胀效应负热膨胀效应磁性相变 hf1-xtaxfe2化合物

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