SmNdFe负超磁致伸缩材料研究

论文摘要

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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 超磁致伸缩材料概述
• 1.1.1 磁致伸缩效应及产生机理
• 1.1.2 超磁致伸缩材料
• 1.2 负磁致伸缩材料研究现状
• 2的晶体结构'>1.2.1 SmFe₂的晶体结构
• 1-xFe₂体系'>1.2.2 SmxR_1-xFe₂体系
• 1.2.3 SmNdFe合金
• 1.3 磁致伸缩复合材料
• 1.4 超磁致伸缩材料的应用
• 1.5 选题意义与研究内容
• 第二章 实验方法
• 2.1 整体研究方案
• 2.2 实验材料及制备方法
• 2.2.1 SmNdFe块体材料
• 2.2.2 SmNdFe复合材料
• 2.3 显微组织与晶体结构分析
• 2.3.1 金相组织观察
• 2.3.2 X射线衍射分析
• 2.4 性能测试
• 2.4.1 磁致伸缩性能测试
• 2.4.2 应力-应变曲线测量
• 2.4.3 电阻率测试
• 第三章 SmNdFe合金的结构与磁致伸缩
• 3.1 引言
• 3.2 实验
• 3.3 磁性能
• 3.4 相结构
• 3.5 磁致伸缩
• 3.6 应力-应变行为
• 3.6.1 磁场平行于轴向
• 3.6.2 磁场垂直于轴向
• 3.7 压磁特性
• 3.7.1 磁场平行于轴向
• 3.7.2 磁场垂直于轴向
• 3.8 本章小结
• 第四章 SmNdFe磁致伸缩复合材料
• 4.1 引言
• 4.2 实验
• 4.3 SmNdFe磁粉
• 4.4 复合材料的显微组织
• 4.5 复合材料的磁致伸缩
• 4.6 复合材料的电阻率
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读学位期间发表的学术论文与取得的其他研究成果