D01:10.13374j.isml00103x2006.06.007 第28卷第6期 北京科技大学学报 Vol.28 Na 6 2006年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jum.2006 Fe83Ga17合金热处理过程中的 磁致伸缩性能和结构分析 韩志勇)马芳)张茂才召 周寿增) 1)中国民用航空学院，天津3003002)北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要实验研究了热处理对110)取向多晶FeGa17合金磁致伸缩性能的影响.发现Fes3Gan经 过淬火处理后，饱和磁致伸缩应变明显增大.在25MPa预压力作用下，饱和磁致伸缩应变超过了 300X10一6.中子衍射和差热分析实验表明，Fs3G7合金在炉冷过程中存在相结构变化，结构变化 导致合金磁致伸缩应变的改变，淬火处理能够抑制合金中DO,相的形成，从而使F83Ga1,合金的 磁致伸缩应变增大 关键词FGa合金：磁致伸缩：中子衍射：差热分析 分类号TG132:TG146 由Fe和Ga组成的二元合金具有较大的磁 和差热分析.结果表明，700℃C附近的相结构变化 致伸缩应变，人们对该类合金的结构和磁致伸缩 可以导致合金磁致伸缩应变的改变 性能有大量的研究1.Fe一Ga合金经淬火处理 1 后，其磁致伸缩性能有明显的变化，合金成分不 实验方法 同，磁致伸缩应变值改变的幅度和方向也随之变 选用高纯度金属Fe和Ga为原材料，采用晶 化.取向多晶F83G7合金经淬火处理后，其磁 体生长速度V=l2 mm'min1和温度梯度G= 致伸缩应变明显增大.Clak等人5-对单晶Fe一 478Kcm的凝固工艺，使样品沿轴向定向生长， Ga材料的研究表明，FeGa合金Ga含量较高时， 制备出110)轴向取向多晶Fs3Ga17合金样品. 合金中出现非对称的Ga原子团簇(cluster)现象， Fs3Ga7合金样品在Ar气保护下，经过1100℃ 导致较高含Ga量合金的磁致伸缩性能降低.对 1h的热处理，炉冷至730℃热处理3h,分别采用 于取向多晶FeGa合金磁致伸缩性能方面的研 炉冷和水中淬火方式冷却至室温，使用JD一30 究，Guruswamy等人只是研究了不同的处理温 型磁致伸缩参数自动测量仪测量合金的饱和磁致 度和处理时间对Fe1o0-xGar(x=15,20,27.5) 伸缩应变，采用STA449C热分析仪对炉冷和淬火 3种成分合金磁致伸缩应变的影响，给出了一些 处理后的样品进行差热分析.判断热处理过程中 实验现象和数据，对现象的产生并未给出合理的 的结构变化.为了进一步确认有序相，对合金进 解释.Fe中掺入Ga原子后形成替代式固溶体， 行了中子衍射分析.中子衍射实验是在中国原子 Ga原子在固溶体中的占位，直接影响着合金有 能科学研究院的重水反应堆旁的二轴粉末衍射仪 序、无序的程度.在Fe一Ga合金中存在B2.DO3 上进行的，所用的中子波长为01159nm,在室温 和L12等相.当FeGa合金从高温以不同速度冷 条件下，测量了散射角30~100范围内衍射曲 却至室温时，合金中可以出现不同的亚稳相，不同 线.步进宽度0.15°. 的相结构直接影响着材料的磁致伸缩性能. 为了进一步探明热处理过程中Fes3Ga17合金 2实验结果与分析 的相结构变化对磁致伸缩应变的影响，本文对炉 冷和淬火处理后的FesGan合金进行了中子衍射 表1为制备的取向多晶Fes3Ga1n样品和炉 冷、淬火处理后的不同预压力作用下的饱和磁致 收稿日期：2005-06-13修回日期：2005-09-27 伸缩应变值.结果表明，与炉冷处理的样品相比， 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。.10274005) 材料经过淬火处理后，磁致伸缩应变明显增大，并 作者简介：韩志勇(1970一)，男，讲狮，博士 且随着压力的增加而增大.在25MPa的预压力Fe83Ga17合金热处理过程中的 磁致伸缩性能和结构分析 韩志勇1) 马 芳1) 张茂才2) 周寿增2) 1) 中国民用航空学院, 天津 300300 2) 北京科技大学新金属材料国家重点实验室, 北京 100083 摘 要 实验研究了热处理对〈110〉取向多晶 Fe83Ga17合金磁致伸缩性能的影响.发现 Fe83Ga17经 过淬火处理后, 饱和磁致伸缩应变明显增大.在 25 MPa 预压力作用下, 饱和磁致伸缩应变超过了 300 ×10 -6.中子衍射和差热分析实验表明, Fe83Ga17合金在炉冷过程中存在相结构变化, 结构变化 导致合金磁致伸缩应变的改变, 淬火处理能够抑制合金中 DO3 相的形成, 从而使 Fe83Ga17合金的 磁致伸缩应变增大. 关键词 Fe-Ga 合金;磁致伸缩;中子衍射;差热分析 分类号 TG 132 ;TG 146 收稿日期:2005 06 13 修回日期:2005 09 27 基金项目:国家自然科学基金资助项目( No .10274005) 作者简介:韩志勇( 1970—) , 男, 讲师, 博士 由 Fe 和 Ga 组成的二元合金具有较大的磁 致伸缩应变, 人们对该类合金的结构和磁致伸缩 性能有大量的研究 [ 1 4] .Fe-Ga 合金经淬火处理 后, 其磁致伸缩性能有明显的变化, 合金成分不 同, 磁致伸缩应变值改变的幅度和方向也随之变 化.取向多晶 Fe83Ga17合金经淬火处理后, 其磁 致伸缩应变明显增大 .Clark 等人 [ 5 7] 对单晶 Fe￾Ga 材料的研究表明, Fe-Ga 合金Ga 含量较高时, 合金中出现非对称的 Ga 原子团簇( cluster) 现象, 导致较高含 Ga 量合金的磁致伸缩性能降低 .对 于取向多晶 Fe-Ga 合金磁致伸缩性能方面的研 究, Guruswamy 等人[ 8] 只是研究了不同的处理温 度和处理时间对 Fe100-x Ga x ( x =15, 20, 27.5) 3 种成分合金磁致伸缩应变的影响, 给出了一些 实验现象和数据, 对现象的产生并未给出合理的 解释.Fe 中掺入 Ga 原子后形成替代式固溶体, Ga原子在固溶体中的占位, 直接影响着合金有 序、无序的程度.在 Fe-Ga 合金中存在 B2, DO3 和 L12 等相, 当 Fe-Ga 合金从高温以不同速度冷 却至室温时, 合金中可以出现不同的亚稳相, 不同 的相结构直接影响着材料的磁致伸缩性能. 为了进一步探明热处理过程中 Fe83Ga17合金 的相结构变化对磁致伸缩应变的影响, 本文对炉 冷和淬火处理后的 Fe83Ga17合金进行了中子衍射 和差热分析.结果表明, 700 ℃附近的相结构变化 可以导致合金磁致伸缩应变的改变 . 1 实验方法 选用高纯度金属 Fe 和 Ga 为原材料, 采用晶 体生长速度 V =12 mm·min -1和温度梯度 GL = 478K·cm -1的凝固工艺, 使样品沿轴向定向生长, 制备出〈110〉轴向取向多晶 Fe83Ga17合金样品. Fe83Ga17合金样品在 Ar 气保护下, 经过 1 100 ℃, 1 h 的热处理, 炉冷至 730 ℃热处理 3 h, 分别采用 炉冷和水中淬火方式冷却至室温, 使用 JDM-30 型磁致伸缩参数自动测量仪测量合金的饱和磁致 伸缩应变, 采用 STA449C 热分析仪对炉冷和淬火 处理后的样品进行差热分析, 判断热处理过程中 的结构变化.为了进一步确认有序相, 对合金进 行了中子衍射分析.中子衍射实验是在中国原子 能科学研究院的重水反应堆旁的二轴粉末衍射仪 上进行的, 所用的中子波长为 0.115 9 nm, 在室温 条件下, 测量了散射角 30 ～ 100°范围内衍射曲 线, 步进宽度 0.15°. 2 实验结果与分析 表1 为制备的取向多晶 Fe83Ga17样品和炉 冷、淬火处理后的不同预压力作用下的饱和磁致 伸缩应变值.结果表明, 与炉冷处理的样品相比, 材料经过淬火处理后, 磁致伸缩应变明显增大, 并 且随着压力的增加而增大.在 25 MPa 的预压力 第 28 卷 第 6 期 2006 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .28 No.6 Jun.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.06.007