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SmNdFe负超磁致伸缩材料研究

窦青青  
【摘要】:Laves相伪二元RR'Fe2 (R. R'为稀土元素,群R≠R')合金具有室温大磁应变、低磁晶各向异性等特点,可广泛应用于传感器和驱动器等领域。其中,SmNdFe系具有最大的负磁应变系数,且不含重稀土元素,材料成本低,最有希望发展成为新型负磁致伸缩材料。本文研究了SmNdFe合金的结构、磁致伸缩和力磁复合场下的应力-应变行为;并以环氧树脂粘结合金颗粒,在外磁场中固化成型制备了磁致伸缩复合材料,系统研究了显微组织、磁致伸缩和电阻率与关键制备工艺的关系。主要结果如下: 采用区熔定向凝固技术制备了负磁致伸缩SmNdFe合金,提高了磁致伸缩性能,并掌握了不同偏置磁场中弹性模量及压磁特性的变化规律。Smo.9Nd0.1Fe1.8合金主相为立方Laves相,室温时的饱和磁化强度Ms为52.077 Am2/kg,磁晶各向异性常数K1为-5.78×105erg/cm3,易磁化方向为111。以600 mm/h生长速度定向凝固制备的Smo.9Nd0.1Fe18合金,1.0 T磁化场中的室温磁致伸缩系数(?)为-1462×10-6铸态无取向样品的磁致伸缩系数(?)=-1208×10-6)提高21%。对于SmNdFe圆棒样品,在平行于轴向的偏置磁场中加载时,压缩应力-应变曲线呈线性,杨氏模量随偏置磁场增大而减小,即材料表现出磁致“软化”现象。在垂直于轴向的偏置磁场中加载时,压缩应力-应变曲线显示出非线性滞后特征,杨氏模量随磁场增大而增大,表现出磁致“硬化”现象。压磁曲线随偏置磁场的方向改变而不同。 揭示了颗粒体积分数和成型磁场等关键制备工艺参数对SmNdFe复合材料显微组织、磁致伸缩和电阻率的影响规律,并制备出高磁致伸缩性能的树脂粘结复合材料。当成型磁场为0T时,SmNdFe合金颗粒在树脂基体中无序分布,复合材料为0-3型构型;施加0.6 T的固化磁场,获得伪1-3型构型复合材料,合金颗粒趋于定向排列。Smo.88Nd012Fe1.93合金颗粒体积分数为30%、固化磁场为0.6 T条件下制备的复合材料,1.3 T磁场中的磁致伸缩系数(?)可达-1088×10-6,达到铸态合金的86.6%。相同合金颗粒体积分数的粘结Smo 88Nd0.12Fe1.93复合材料,固化磁场为0.6 T较不加固化磁场,复合材料的电阻率平均降低85%,主要是与颗粒的定向排列有关。与定向凝固材料相比,粘结SmNdFe复合材料塑韧性更好,而且电阻率更高,更适合在高频磁场条件下应用。


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