[发明专利]一种具有高磁致扭转性能的Co-Fe合金丝及其制备方法

说明书

本发明属于磁性材料领域，涉及到一种具有高磁致扭转性能的Co‑Fe合金丝及其制备方法。其特征在于：该合金丝成分组成为Co_100‑x‑yFe_xM_y，其中M为B、Cr、Ni、V、Ti、Ga、Mn、MnS、NbC中的一种或多种，按原子比计算，其中x＝15.5～40，y＝0.1～15，且x+y＝15～45，余量为钴。本发明通过热旋锻、热拉拔、冷拉拔、通电流热处理和恒温热处理最终获得具有<110>丝织构的合金丝，该合金丝的磁致扭转系数可达700″·cm^‑1以上，磁致伸缩系数达120ppm以上。

技术领域

本发明属于磁性材料领域，涉及一种具有高磁致扭转性能的Co-Fe合金丝及其制备方法。

背景技术

铁磁性及亚铁磁性物质在磁化状态发生改变时，其自身的长度及体积发生微小的变化，这种现象称为磁致伸缩现象。铁磁性材料同时受到轴向磁场Ha和周向磁场Hc作用时，会引起材料产生一个扭转，扭转角为Φ，这种磁致扭转现象称为威德曼效应(Wiedemanneffect)。威德曼效应和磁致伸缩效应都是铁磁性材料的一种磁机械效应。自从被发现以来，人们一直认为它们之间是紧密相连的，或者说威德曼效应就是磁致伸缩效应的一种特殊情况，拥有大磁致伸缩的材料通常也具备大的磁致扭转。

传统铁磁性材料指的是纯Ni、Ni基合金、Fe基合金以及铁氧体材料。具有磁致伸缩及磁致扭转性能的丝材在液位传感器和位移传感器等领域有广泛的应用。目前，公开报道的磁致伸缩位移传感器(MDS)的波导丝大多由饱和磁致伸缩系数不足30ppm的Fe-Ni合金丝，此类的MDS位移检测量不超过5m(LuYun,Shen Rong,Feng Zhesheng,et al.Researchon properties ofmagnetostriction Ni-Fe alloy for dis placement sensor[J].Journal of Functional Materials,2009.40(11):1791-1793)；而以Tb-Dy-Fe为代表的超磁致伸缩材料虽然理论上应具备较大的磁致扭转系数，但具有抗拉强度低、质地较脆不容易制备成磁致扭转应用时所需要的丝材。所以，一种具有优异力学性能易于制备成丝材，同时又具备较大大的磁致伸缩及磁致扭转性能的材料是极有应用前景的。人们发现Fe-Ga合金具有高的机械强度和较好的塑性具有加工成为丝材的可能性，2010年，我国的李纪恒等对Fe₈₃Ga₁₇合金进行了定向凝固、热旋锻、热拉拔、回复再结晶热处理，得到具有良好织构的Fe-Ga合金丝，合金丝饱和磁致扭转系数约为245″·cm^-1。(J.H.Li,X.X.Gao,T.Xia,L.Cheng,X.Q.Bao and J.Zhu.Texture Fe-Ga magnetostrictive wireswith largeWiedemann twist.J.Scripta Materialia.,2000,63:28-31.)。研究发现，Co-Fe合金具有较高的磁致伸缩系数(Dwight Hunter,Will Osborn,Ke Wang,Nataliya Kazantseva,Jason Hattrick-Simpers,Richard Suchoski,Ryota Takahashi,Marcus L.Young,ApurvaMehta,Leonid A.Bendersky,Sam E.Lofland,Manfred Wuttig&Ichiro Takeuchi.Giantmagnetostriction in annealed Co_1-xFe_x thin-films.Nature Communications,2010,2:518)，这为Co-Fe合金制备高性能磁至扭转及磁致伸缩丝材奠定了理论基础。相比于Fe-Ga合金首先，Co-Fe合金成本较降低；其次，Co-Fe合金具有更加良好的塑性、延展性使其在丝材制备工艺方法上更加简便、高效、节能，可以大大降低生产成本；最后，较高居里温度使Co-Fe合金丝可以应用在可能出现的高温环境中。

发明内容