[发明专利]一种111取向稀土-铁基磁致伸缩材料的制备方法

说明书

本发明提供一种111取向稀土‑铁基磁致伸缩材料的制备方法，属于磁性材料技术领域。采用感应熔炼(Tbsubgt;1‑x/subgt;Msubgt;x/subgt;)Fesubgt;y/subgt;合金，制备111取向(Tbsubgt;1‑x/subgt;Msubgt;x/subgt;)Fesubgt;y/subgt;籽晶，借助111取向籽晶外延生长及强磁场诱发的磁化能调控磁功能相沿111方向高度取向；利用定向凝固和强磁场引起的单一热流传递、洛伦兹力和磁偶极子相互作用促进磁功能相沿轴向规则排列；制备了磁功能相沿111方向择优取向且样品沿轴向排列的高磁致伸缩性能稀土‑铁基磁致伸缩材料。制备工艺简单、控制精准、产品纯度高，可用于批量制备高性能稀土‑铁基磁致伸缩材料，将实现工业化生产。

技术领域

本发明属于磁性材料技术领域，特别涉及一种＜111＞取向稀土-铁基磁致伸缩材料的制备方法。

背景技术

稀土-铁基磁致伸缩材料在室温下具有较高的磁致伸缩系数、能量转换效率大、响应速度快、能量密度高等特点，在航空航天、智能制造和精密加工等国防和民用领域得到广泛应用，已成为高新技术产业的重要战略性材料。该类材料中，磁功能相为Laves相化合物，具有MgCu₂型晶体结构，其易磁化方向为＜111＞方向，沿＜111＞方向的饱和磁致伸缩系数远大于其他方向。目前，稀土-铁基磁致伸缩材料的制备与改性方法主要有定向凝固法、粉末冶金法以及热处理等。通过以上方法，获得了＜110＞或＜113＞或＜112＞取向的多晶材料。但其磁功能相难以沿＜111＞方向择优取向，导致材料磁致伸缩系数不高。因此，制备出沿易磁化轴(＜111＞)择优取向的稀土-铁基磁致伸缩材料成为充分发挥其磁致伸缩性能的必然选择。

籽晶法定向凝固将晶体沿籽晶取向外延生长的优势与定向凝固控制金属熔体流动和热流方向的作用相结合，有助于调控金属材料的晶体择优取向及相排列。但由于定向凝固过程中存在杂晶与外延生长晶体的竞争生长，导致金属材料的目标取向度不高且成品率较低。

强磁场作为一种非接触性的物理场，通过洛伦兹力、磁化力、磁力矩、磁极间相互作用等影响金属材料制备过程中的溶质扩散、相分布和晶体取向等，进而调控材料的结构。研究学者开展了大量强磁场下凝固过程中材料的晶体取向研究，证实了强磁场可以诱导晶体发生晶体学取向，特别是强磁场下磁化能会使得具有磁晶各向异性的晶体的易磁化轴平行于强磁场方向。但由于晶体易生长方向与易磁化方向不同，强磁场和凝固条件对晶体取向生长具有竞争作用，导致难以制备高＜111＞取向度的稀土-铁基磁致伸缩材料。因此，在籽晶法定向凝固过程中引入强磁场，利用晶体沿籽晶取向的外延生长和强磁场诱发的磁晶各向异性能调控磁功能相沿＜111＞方向取向以及定向凝固和强磁场引起的单一热流传递、洛伦兹力和磁偶极子相互作用促进磁功能相沿轴向规则排列，制备具有＜111＞择优取向且晶粒沿着轴向规则排列的高性能稀土-铁基磁致伸缩材料具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种＜111＞取向稀土-铁基磁致伸缩材料的制备方法。在籽晶法定向凝固过程中施加强磁场，将＜111＞取向籽晶置于母合金底部，通过加热使母合金完全处于熔融态且籽晶的上部呈现熔融态、下部处于凝固态，利用籽晶外延生长和强磁场调控磁功能相沿＜111＞方向取向以及强磁场对定向凝固过程中促进晶粒定向生长的作用，形成具有＜111＞取向且晶粒沿着轴向排列的高性能稀土-铁基磁致伸缩材料。

本发明提供一种＜111＞取向稀土-铁基磁致伸缩材料的制备方法，具体步骤如下：

(1)熔炼制备(Tb_1-xM_x)Fe_y母合金，其中M代表Dy、Sm、Ce、Pr、Nd、Ho和Er中的一种或几种，x＝0～0.75，y＝1.75～2.05。

(2)制备＜111＞取向(Tb_1-xM_x)Fe_y籽晶。