一種利用柱狀晶板坯制備取向磁致伸縮薄板的方法
【專利摘要】一種利用柱狀晶板坯制備取向磁致伸縮薄板的方法，屬于磁性材料領域。材料成分為：(Fe100-x-yGaxAly)100-zMz，其中x=10～25，y=0～9；M為B，Nb，Cr，Sn，MnS，NbC，VC，TiC中的一種或多種，z=0～1.0；余量為鐵。采用定向澆注或普通澆注與定向凝固相結合，獲得具有預取向<001>取向的柱狀晶板坯，采用熱軋、溫軋和冷軋相結合的工藝，通過嚴格控制熱軋開軋溫度和終軋溫度，控制軋制變形過程中的各階段的變形溫度和壓下量，避免變形過程中再結晶溫度以上的熱處理，保留柱狀晶形變組織，利于最終冷軋板熱處理過程中的沿軋向的強烈<001>取向織構的形成，同時工藝流程簡化，應用前景廣闊。
【專利說明】一種利用柱狀晶板坯制備取向磁致伸縮薄板的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于磁性材料領域，涉及利用柱狀晶板坯制備具有高擇優〈001〉取向的磁致伸縮薄板制備方法。
【背景技術】
[0002]鐵磁性及亞鐵磁性材料在磁化狀態發生改變時，其自身的長度或體積會發生微小變化，這種現象稱為磁致伸縮。體積的變化稱為體積磁致伸縮，長度的變化稱為線磁致伸縮。由于體積磁致伸縮變化非常小，實用價值不高，通常所說的磁致伸縮主要是指線磁致伸縮。
[0003]磁致伸縮材料作為智能材料的一種，廣泛應用在換能、驅動及傳感【技術領域】。大功率磁致伸縮換能器在國防及民用的現代工業領域都有廣泛的應用前景，其核心部分就是大磁致伸縮系數材料。由于金屬材料低電阻率，在交變磁場作用下，會因渦流損耗而發熱，不僅降低器件的能量效率，還有可能因為發熱而導致材料失效。因此，大功率磁致伸縮換能器，需要具有良好力學性能，同時又可加工成薄片的高磁致伸縮性能材料。稀土超磁致伸縮材料Tb-Dy-Fe雖然具有大磁致伸縮性能，但脆性大，難以加工成薄片；傳統磁致伸縮合金Fe-N1、N1、Fe-Al等盡管力學性能好，但磁致伸縮系數低，難以滿足大功率要求。
[0004]2000 年，美國 S.Guruswamy 等人(S.Guruswamy, N.Srisukhumbowornchai, A.E.Clark, J.B.Restorffj M.Wun-Fogle.Srongj Ductile, and Low-Field-MagnetostrictiveAlloys Based on Fe-Gaj Scripta mater.43 (2000) 239 - 244)報道了 Ga 替代 Fe-Al 合金中的Al，獲得了 Fe-Ga或Fe-Ga-Al合金，不僅具有高的磁致伸縮性能，同時具有良好的機械性能，能夠滿足大功率磁致伸縮換能器對材料的要求。但是，Fe-Ga或Fe-Ga-Al合金，也由于其低電阻率，也需要加工成薄片，才能有效避免材料在交變磁場下的渦流損耗。同時，由于磁致伸縮的各向異性，需要沿板帶軋制方向具有〈001〉取向，才能保證最大的磁致伸縮性能，即通常要求軋制板帶具有高斯或立方織構。
[0005]文 獻(N Srisukhumbowornchai, S Guruswamy.Crystallographic texturesin rolled and annealed Fe-Ga and Fe-Al alloys.Metal 1.Mater.Trans.A，2004，35A:2963)報道了在Fe-Ga或Fe-Al合金中添加NbC，通過熱乳、溫乳和冷軋的方法制備出了磁致伸縮薄板，經高溫處理后獲得了高斯或立方織構。文獻(S M Na, A B Flatau, Surface-energy-1nduced selective growth of (001)grains in magnetostrictive ternary Fe - Ga-based alloys, Smart Mater.Struct.21(2012)055024)報道了利用表面能誘導的方法獲得具有強烈高斯取向的Fe-Ga薄板，具有較高磁致伸縮性能。中國專利(CN101465406B)公布了通過添加B、Nb、Cr、TiC、VC、MnS、AlN中的一種或多種，以及S、Sb、Sn中的一種或多種，通過軋制及熱處理工藝的控制，獲得了具有明顯立方或高斯織構，同時具有大磁致伸縮性能的Fe-Ga合金薄板。
[0006]上述關于磁致伸縮薄板的制備方法，都存在材料軋制加工工藝復雜，磁致伸縮薄板帶取向不穩定，導致磁性能不高等問題。
【發明內容】

[0007]本發明的目的是提供了一種利用具有〈001〉取向的柱狀晶鑄坯，通過軋制及后續熱處理，獲得具有明顯擇優〈001〉取向的磁致伸縮薄板加工技術。
[0008]本發明從鑄坯組織開始控制，通過定向澆注工藝或普通澆注與定向凝固結合的工藝，獲得具有擇優取向的熱軋板坯，然后通過熱軋、溫軋和冷軋，控制軋制溫度和壓下量，避免或減少軋制變形過程中的再結晶，保留原擇優取向柱狀晶的形變組織，最后通過熱處理獲得具有擇優取向的軋制板帶，使軋制工藝流程簡化，具有工業應用前景。
[0009]一種利用柱狀晶板坯制備取向磁致伸縮薄板的方法，合金成分(按原子百分比計)，表示為:
【權利要求】
1.一種利用柱狀晶板坯制備取向磁致伸縮薄板的方法，其特征在于:熱軋開軋前，板坯具有〈001〉擇優取向的柱狀晶組織，板坯厚度5~IOOmm ;軋制沿柱狀晶生長方向進行；嚴格控制熱軋開軋和終軋溫度，開軋溫度950~120(TC，壓下量60~97%，終軋溫度低于850°C，熱軋完成后快速冷卻至室溫；溫軋溫度在350~600°C，溫軋壓下量40~90% ;溫軋板酸洗后，進行冷軋，至需要的厚度，最終厚度0.05~0.5mm之間。
2.如權利要求1所述的利用柱狀晶板坯制備取向磁致伸縮薄板的方法，其特征在于:取向磁致伸縮薄板合金成分，按原子百分比計，表示為:(
3.如權利要求1所述的利用柱狀晶板坯制備取向磁致伸縮薄板的方法，其特征在于:具有預取向〈001〉取向的柱狀晶板坯，選取下列兩種方法中的一種實現: 方法一:按照合金成分配比，并加入適量燒損，在氬氣保護下感應熔煉至完全均勻后，澆注到合適模具中，模具底部急冷，使底部合金液體快速凝固，其余部分高溫加熱，合金液體保持熔化狀態，向下抽拉促進柱狀晶生長，獲得〈001〉擇優取向，抽拉速度大小I~20mm/min ； 方法二:按照合金成分配比，并加入適量燒損，在氬氣保護下感應熔煉至完全均勻后，澆注到普通模具，形成合金錠；利用定向凝固設備，進行合金錠重熔，通過抽拉速率的大小控制柱狀晶生長方向，獲得〈001〉擇優取向，抽拉速率在0.05~15mm/min。
4.如權利要求1所述的利用柱狀晶板坯制備取向磁致伸縮薄板的方法，其特征在于:軋制變形過程中，不經過任何再結晶溫度以上的熱處理過程，采用低于600°C的低溫回復熱處理，或不進行任何形變過 程中的熱處理。
【文檔編號】C22C38/06GK103551381SQ201310533010
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月31日 優先權日:2013年10月31日
【發明者】高學緒, 袁超, 李紀恒, 張文蘭, 包小倩 申請人:北京科技大學