一种高磁致伸缩高阻尼高强度的Fe-Ga基合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高磁致伸缩高阻尼高强度的Fe

【技术实现步骤摘要】
一种高磁致伸缩高阻尼高强度的Fe
‑
Ga基合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于铁磁性阻尼材料领域，特别涉及一种高磁致伸缩高阻尼高强度的Fe
‑
Ga基合金及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]伴随着科学技术的不断进步，工业、交通运输等领域的振动和噪声逐渐增多，振动噪声已经成为三大公害之一。振动噪声不仅会减损机械设备的使用寿命，而且还会损害人体健康。这就使得减少振动、降低噪声成为迫切需要解决的问题。通常来看，主要有主动减振和被动减振两大技术路线，主动减振通过主动输出与振动噪声相位相反、振幅相同的波形进而打破振动传播路径从而实现振动消除；被动减振则通过将振动能量转换为其他能量(如热能)耗散而实现振动消除。高阻尼合金是被动减振的重要材料，主要有复相型、位错型、孪晶型、铁磁型等，其基本原理是通过材料内部不同的阻尼机制吸收外部振动能量，进而转换为热能进行耗散，实现减振效果。其中，铁磁型阻尼合金的阻尼机制是基于合金中的磁畴壁在外界振动作用下发生不可逆位移，产生磁—机械滞后作用，从而实现能量耗散并形成对振动的阻尼衰减。
[0003]磁致伸缩材料作为重要的磁性功能材料，其典型功能特征是可以实现磁(电)能和机械(声)能的相互转换，可用于开发换能器、致动器、传感器等器件，满足航空、航天以及深海探测等高新
的应用需求。中国专利技术专利申请No.201410643718.2公开了
‘
一种谐振频率自跟踪的超磁致伸缩车辆悬架减振装置
’
，采用稀土超磁致伸缩材料(Tb
‑
Dy
‑
Fe合金)开发的车辆悬架减振装置，将稀土超磁致伸缩材料嵌入车辆悬架减振装置；该装置利用材料主动输出磁致伸缩应变实现振动的有效降低，采用的是主动减振方式；但稀土超磁致伸缩材料力学性能较差(抗拉强度低于30MPa)，难以作为结构件使用。Fe
‑
Ga合金是一种具有一定力学强度的磁致伸缩材料，在中国专利技术专利申请No.202110087311.6公开了
‘
一种兼具高阻尼和零磁致伸缩特性的Fe
‑
Ga基合金及其制备方法
’
，提出高磁致伸缩合金在磁场作用下具有形状变化大的缺点，进而结合多步热处理工艺调控Fe
‑
Ga合金中的BCC相和FCC相比例，从而获得兼具零磁致伸缩系数和高阻尼性能的减振合金，该减振合金采用的是被动减振方式；该技术方案所采用的Fe
‑
Ga合金制备方法难以输出大磁致伸缩应变因而不具备主动减振的功能。综上，在本
中，尚未有实现主动、被动减振一体化的兼具高阻尼、高强度、高磁致伸缩性能的减振合金的方案见诸报导。

技术实现思路

[0004]针对上述技术问题，本专利技术的第一个目的是得到一种高磁致伸缩高阻尼高强度的Fe
‑
Ga基合金，兼具高磁致伸缩性能、高阻尼性能、高力学性能的组合，从而实现主被动减振一体化，为减振器件的开发提供全新的设计思路；
[0005]本专利技术的第二个目的是得到了上述合金的制备方法；
[0006]本专利技术的第三个目的是得到了上述合金用于主被动减振一体化材料的应用。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0008]一种高磁致伸缩高阻尼高强度的Fe
‑
Ga基合金，所述Fe
‑
Ga基合金的成分具有以下化学式：(Fe
x
Ga
100
‑
x
)
100
‑
y
M
y
，其中，M为Al、La、Mn、Mo、Ti、Tb元素的一种或多种，x、y为对应元素的原子百分比，65≤x≤85，0≤y≤10；
[0009]所述Fe
‑
Ga基合金通过以下工艺制备：配料
‑
定向凝固
‑
固溶处理
‑
时效处理；
[0010]经过以上工艺得到的Fe
‑
Ga基合金具有获得高磁致伸缩性能的<100>或<110>择优取向，微观组织以BCC相为主且含有纳米级D03相，从而具有主动减振和被动减振一体化性能。
[0011]所述Fe
‑
Ga基合金具有<100>晶向的最优取向。
[0012]所述Fe
‑
Ga基合金具有以下高阻尼性能、高力学性能和高磁致伸缩性能的综合：内耗Q
‑1大于20
×
10
‑3，抗拉强度大于300MPa，饱和磁致伸缩系数大于100
×
10
‑6。
[0013]所述Fe
‑
Ga基合金具有以下高阻尼性能、高力学性能和高磁致伸缩性能的综合：内耗Q
‑1为20
×
10
‑3～70
×
10
‑3，抗拉强度为300～420MPa，饱和磁致伸缩系数为100
×
10
‑6～280
×
10
‑6。
[0014]一种所述的Fe
‑
Ga基合金的制备方法，包括以下步骤：
[0015]S1、配料：采用纯度大于99.9wt.％的Fe、Ga和其它合金元素原料，按照用量比例称量后置于定向凝固炉中；
[0016]S2、定向凝固：调节真空度达5
×
10
‑3Pa后，通入适量惰性气体进行保护，待合金完全熔化后开始定向凝固，通过控制抽拉速率5mm/min～20mm/min和冷却速率40K/mm～200K/mm，获得取向Fe
‑
Ga基合金；
[0017]S3、固溶处理：将S2步骤得到的取向Fe
‑
Ga基合金置于真空热处理炉，真空度达5
×
10
‑3Pa后通入惰性气体保护，进行第一段高温固溶处理，控制温度范围900℃～1100℃，保温时间0.1h～10h，以获得均一化的初始相组织；
[0018]S4、时效处理：上述固溶处理后，合金随炉冷却到较低温度后进行第二段保温时效处理，控制温度范围680℃～850℃，保温时间0.1h～240h，出炉冷却后，即可得到兼具高磁致伸缩性能、高阻尼性能、高力学性能的Fe
‑
Ga基合金；
[0019]该合金具有主动减振和被动减振一体化性能。
[0020]在步骤S2中，定向凝固的抽拉速率为10
±
3mm/min。
[0021]在步骤S3中，固溶处理的温度范围1000℃～1100℃，保温时间1h～2h。
[0022]在步骤S4中，时效处理的温度范围730℃～850℃，保温时间2h～4h。
[0023]一种所述的Fe
‑
Ga基合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高磁致伸缩高阻尼高强度的Fe
‑
Ga基合金，其特征在于：所述Fe
‑
Ga基合金的成分具有以下化学式：(Fe
x
Ga
100
‑
x
)
100
‑
y
M
y
，其中，M为Al、La、Mn、Mo、Ti、Tb元素的一种或多种，x、y为对应元素的原子百分比，65≤x≤85，0≤y≤10；所述Fe
‑
Ga基合金通过以下工艺制备：配料
‑
定向凝固
‑
固溶处理
‑
时效处理；经过以上工艺得到的Fe
‑
Ga基合金具有获得高磁致伸缩性能的<100>或<110>择优取向，微观组织以BCC相为主，且含有纳米级D03相，从而具有主动减振和被动减振一体化性能。2.根据权利要求1所述的Fe
‑
Ga基合金，其特征在于：所述Fe
‑
Ga基合金具有<100>晶向的最优取向。3.根据权利要求1所述的Fe
‑
Ga基合金，其特征在于：所述Fe
‑
Ga基合金具有以下高阻尼性能、高力学性能和高磁致伸缩性能的综合：内耗Q
‑1大于20
×
10
‑3，抗拉强度大于300MPa，饱和磁致伸缩系数大于100
×
10
‑6。4.根据权利要求3所述的Fe
‑
Ga基合金，其特征在于：所述Fe
‑
Ga基合金具有以下高阻尼性能、高力学性能和高磁致伸缩性能的综合：内耗Q
‑1为20
×
10
‑3～70
×...

【专利技术属性】
技术研发人员：牟星，鄢邵文，张洪平，徐立红，郭世海，祁焱，赵栋梁，
申请(专利权)人：钢铁研究总院有限公司，
类型：发明
国别省市：