CN103556045B - 一种基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料及其制备方法，该磁致伸缩材料成分为（Fe100－XGaX）Y（RFe2）Z，其中10≤X≤40，Y与Z调节赝二元系中补偿成分的比例Y:Z=1～20，RFe2为TbFe2、SmFe2、DyFe2、HoFe2、ErFe2、TmFe2中的一种或者几种，X、Y、Z为摩尔百分比含量。本发明基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料通过在非稀土FeGa基磁致伸缩合金成分中，微量添加具有大磁致应变性能的稀土RFe2成分，同时对FeGa成分进行磁晶各向异性补偿，从而获得具有大磁致应变、低驱动场、高力学性能、低成本等优势性能的新型磁致伸缩材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁致伸缩材料，更特别地说，是指一种基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料及其制备方法。
背景技术
铁磁材料和亚铁磁材料由于磁化状态的改变，其长度和体积会随着发生微小的变化，这种现象称为磁致伸缩。磁致伸缩材料是一种重要的功能材料。它已经广泛的运用于机器人、计算机、汽车、致动器、控制器、换能器、传感器、微位移器，防震装置、超声波等领域。声纳是磁致伸缩材料最早和最主要的应用元件，其核心元件是压电材料和磁致伸缩材料，磁致伸缩材料无论在功率、响应频率、低压效果及可靠性方面都较压电材料性能优良。磁致伸缩材料的广泛应用将导致一系列控制及执行元件的革命。
目前已发现的具有大磁致伸缩性能的磁致伸缩材料主要有TbDyFe与FeGa两种合金体系。其中，TbDyFe合金系磁致伸缩性能很大，饱和磁致应变可达到1800～2000ppm，但磁性各向异性能经补偿后，仍具有稍大的驱动磁场；且稀土元素占60%以上，成本高，脆性大，不利于机械加工。FeGa合金系饱和磁致应变为300ppm，但驱动磁场低，成本低，材料韧性好，可机械加工。如何能够集两种材料体系的优势性能于一体呢？这将是一个新的材料体系才能呈现的。
中国专利申请号CN200710101498.0，申请日2007年4月24日，公开号CN101086912A，发明名称“一种FeGa－RE系磁致伸缩材料及其制造工艺”。该文献公开了在Fe－Ga合金中添加La、Ce等稀土元素细化晶粒来提高Fe－Ga合金的力学性能，同时获得的磁致伸缩值在300ppm左右，与FeGa合金相当。
为了获得磁致伸缩性能的大幅提高，同时具有低驱动磁场及低成本的优异特性，首先需要一个合适的成分设计，其次还要辅以合适的制备方法，才能制备得到一个具有优异特性的新材料。因此从材料设计出发，通过理论设计“定做”具有特定性能的新材料（参考张钧林等编著的《材料科学基础》，2006年7月第1版）是产生一个新的材料体系的重要途径。
磁晶各向异性描述磁性单晶体的磁各向异性，它反映出结晶磁体的磁化与结晶轴有关的特性（参考宛德福等编著的《磁性物理学》（修订本），1999年4月第1版）。磁各向异性在物理和材料的研究上是一个重要的问题，对于说明磁性材料的技术性质，如磁导率和矫顽力，是有头等重要性的。铁磁体的磁致伸缩同磁晶各向异性的来源一样，是由于原子或离子的自旋与轨道的耦合作用而产生的。磁致伸缩模型表明，各向异性能作用引起了磁致伸缩。
发明内容
为了实现磁致伸缩材料的大磁致应变、低驱动磁场、韧性好、低成本等优异性能，本发明设计了一种基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料，通过在非稀土FeGa基磁致伸缩合金成分中，微量添加具有大磁致应变性能的稀土RFe2成分，同时对FeGa成分进行磁晶各向异性补偿，从而获得大磁致应变、低驱动场、高力学性能、低成本等优势性能新型磁致伸缩材料。
本发明的目的之二是提出一种制备基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料的方法。该多元合金成分通过普通的电弧熔炼混炼的方法难以获得单相材料，而获得单相材料是最终获得大磁致应变性能的保障。本发明的方法的步骤为设计材料体系－熔炼制锭－单辊制甩带。
本发明的一种基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料，该磁致伸缩材料成分为（Fe100－XGaX）Y（RFe2）Z，其中，X、Y、Z为摩尔百分比含量，10≤X≤40，Y与Z调节赝二元系中补偿成 分的比例Y:Z=1～20，RFe2为TbFe2、SmFe2、DyFe2、HoFe2、ErFe2、TmFe2中的一种或者几种。该磁致伸缩材料（Fe100－XGaX）Y（RFe2）Z的磁致伸缩系数高于400ppm，矫顽力普遍低于20Oe，磁晶各向异性常数低于4×104J/m3。
制备本发明的基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料的方法，其包括有下列步骤：
步骤一：按目标成分进行配料；
所述目标成分为（Fe100－XGaX）Y（RFe2）Z，其中，X、Y、Z为原子个数，10≤X≤40，Y与Z调节赝二元系中补偿成分的比例Y:Z=1～20，RFe2为TbFe2、SmFe2、DyFe2、HoFe2、ErFe2、TmFe2中的一种或者几种；
步骤二：用真空非自耗电弧熔炼炉冶炼母合金
将步骤一得到的配料放入真空非自耗电弧熔炼炉的炉内；
对真空非自耗电弧熔炼炉抽真空度至4.0×10－3～5.0×10－3Pa后，冲入氩气洗炉后，再抽真空度至2.0×10－3～3.0×10－3Pa；氩气的体积百分比纯度为99.99%；
然后充入氩气至真空度为2Pa～1×10－1Pa，在熔炼电流100A～150A下将配料进行熔化，熔炼时间为3～5min，反复熔炼4～5次，制得母合金铸锭；
步骤三：单辊制甩带
步骤301：将步骤二熔炼得到的母合金铸锭进行线切割，得到铸锭试样；
步骤302：将铸锭试样采用超声波进行清洗后干燥处理，得到干净试样；
利用工业用超声波清洗剂或丙酮在频率为30KHz～50KHz的条件下，超声清洗5min～10min，清洗后放于烘箱内于80℃～120℃条件下烘干10min～30min，得到干净试样；
步骤303：将干净试样置于真空甩带机的石英管中，先抽真空度至 4.0×10－3～5.0×10－3Pa后，冲入氩气洗炉，再抽真空度至2.0×10－3～3.0×10－3Pa，充入氩气至真空度为2Pa～1×10－1Pa，且使炉体与储气罐的压力差为0.04～0.08MPa；在熔炼温度1600～1800℃，熔炼时间5～30s下，待干净试样完全熔化后喷射到旋转的铜辊表面冷却，铜辊表面温度为20～50℃，制得RFe2和FeGa复合的磁致伸缩晶体薄带样品；
甩带过程中，石英管下端与铜辊表面相距1mm～2mm；铜辊线速度为10m/s～30m/s，熔体喷射压力为0.04Mpa～0.08Mpa。
本发明的基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料的优点在于：
①本发明基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料在成分设计上，综合考虑了FeGa合金与稀土RFe2合金磁晶各向异性与磁致伸缩的关系，同时进行了磁晶各向异性补偿，提高了本发明的磁致伸缩材料的磁致伸缩，如磁致伸缩系数高于400ppm，矫顽力普遍低于20Oe，磁晶各向异性常数低于4×104J/m3。
②本发明制得的基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料，稀土是以TbFe2、SmFe2、DyFe2、HoFe2、ErFe2、TmFe2的形式进行成分设计的。
③在本发明的设计材料体系－熔炼制锭－单辊制甩带制备方法中，因采用单辊甩带法，冷却速率能达到106K/s，所以样品中晶界处没有含稀土第二相析出，为单相柱状晶组织，所以磁致伸缩性能很高，饱和磁致伸缩值能达到1600ppm。
附图说明
图1是本发明采用实施例1方法制得的(Fe83Ga17)16(TbFe2)1磁致伸缩薄带的磁致伸缩曲线图。
图2是本发明采用实施例1方法制得的(Fe83Ga17)16(TbFe2)1磁致伸缩薄带的XRD图谱。
图3是本发明采用实施例1方法制得的(Fe83Ga17)16(TbFe2)1磁致伸缩薄带的扫描电镜照片。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明是一种基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料，该磁致伸缩材料成分为（Fe100－XGaX）Y（RFe2）Z，其中，X、Y、Z为摩尔百分比含量，10≤X≤40，Y与Z调节赝二元系中补偿成分的比例Y:Z=1～20，RFe2为TbFe2、SmFe2、DyFe2、HoFe2、ErFe2、TmFe2中的一种或者几种。本发明的（Fe100－XGaX）Y（RFe2）Z磁致伸缩材料成分设计充分考虑了用具有大磁致伸缩性能的RFe2和FeGa合金的磁晶各向异性补偿的设计思想，从而达到提高磁致伸缩性能的目的。
制备本发明的一种基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料的方法，采用了依据目标成分设计材料体系－熔炼制锭－单辊制甩带的工艺步骤。
制备本发明的一种基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料包括有以下步骤：
步骤一：按目标成分进行配料；
所述目标成分为（Fe100－XGaX）Y（RFe2）Z，其中，X、Y、Z为原子个数，10≤X≤40，Y与Z调节赝二元系中补偿成分的比例Y:Z=1～20，RFe2为TbFe2、SmFe2、DyFe2、HoFe2、ErFe2、TmFe2中的一种或者几种。
为了实现对FeGa合金的磁晶各向异性补偿，提高（Fe100－XGaX）Y（RFe2）Z的磁致伸缩性能，在添加稀土元素中，是以二价铁与稀土元素的材料体系进行成分设计的。
步骤二：用真空非自耗电弧熔炼炉冶炼母合金
将步骤一得到的配料放入真空非自耗电弧熔炼炉的炉内；
对真空非自耗电弧熔炼炉抽真空度至4.0×10－3～5.0×10－3Pa后，冲入氩气洗炉后，再抽真空度至2.0×10－3～3.0×10－3Pa；氩气的体积百分比纯度为99.99%；
然后充入氩气至真空度为2Pa～1×10－1Pa，在熔炼电流100A～ 150A下将配料进行熔化，熔炼时间为3～5min，反复熔炼4～5次，制得母合金铸锭；
在本发明中，熔炼4～5次是为了保证母合金成分的均匀性。
步骤三：单辊制甩带
步骤301：将步骤二熔炼得到的母合金铸锭进行线切割，得到铸锭试样；
步骤302：将铸锭试样采用超声波进行清洗后干燥处理，得到干净试样；
利用工业用超声波清洗剂或丙酮在频率为30KHz～50KHz的条件下，超声清洗5min～10min，清洗后放于烘箱内于80℃～120℃条件下烘干10min～30min，得到干净试样；
步骤303：将干净试样置于真空甩带机的石英管中，先抽真空度至4.0×10－3～5.0×10－3Pa后，冲入氩气洗炉，再抽真空度至2.0×10－3～3.0×10－3Pa，充入氩气至真空度为2Pa～1×10－1Pa，且使炉体与储气罐的压力差为0.04～0.08MPa；在熔炼温度1600～1800℃，熔炼时间5～30s下，待干净试样完全熔化后喷射到旋转的铜辊表面冷却，铜辊表面温度为20～50℃，制得RFe2和FeGa复合的磁致伸缩晶体薄带样品；
甩带过程中，石英管下端与铜辊表面相距1mm～2mm；铜辊线速度为10m/s～30m/s，熔体喷射压力为0.04Mpa～0.08Mpa。
在本发明中，氩气的体积百分比纯度为99.99%。
实施例1
制备10g的目标成分(Fe83Ga17)16(TbFe2)1磁致伸缩合金，用量为Fe：7.953g，Ga：2.031g，Tb：0.016g。Fe、Ga和Tb的质量百分比纯度为99.99%。
用真空非自耗电弧熔炼炉冶炼，先抽真空至4.0×10－3Pa，冲入氩气洗炉后，再抽真空至2.0×10－3Pa，然后充入氩气至真空度为1×10－1Pa后再电弧熔炼，用140A电流把原材料熔化成合金后精炼5分钟，反复熔炼4次，得到(Fe83Ga17)16(TbFe2)1铸锭；
将(Fe83Ga17)16(TbFe2)1铸锭线切割大小相近的4份，并用丙酮在频率为40KHz的条件下，超声清洗8min，清洗后放于烘箱内于80℃条件下烘干15min，得到干净的(Fe83Ga17)16(TbFe2)1试样；
将干净的(Fe83Ga17)16(TbFe2)1试样置于真空甩带机的石英管中，石英管下端与铜辊表面相距1mm；抽真空度至4.0×10－3Pa后，冲入氩气洗炉后，再抽真空度至3.0×10－3Pa，充入氩气至真空度为1×10－1Pa，且使炉体与储气罐的压力差为0.07MPa；
在熔炼温度1600℃，熔炼时间10s下，待(Fe83Ga17)16(TbFe2)1完全熔化后，喷射到线速度为20m/s的铜辊表面进行冷却，铜辊表面温度为25℃，从而制得(Fe83Ga17)16(TbFe2)1磁致伸缩晶体薄带。经X射线衍射仪测量，(Fe83Ga17)16(TbFe2)1磁致伸缩样品为单相晶体，如图2所示。经扫描电镜得到的(Fe83Ga17)16(TbFe2)1磁致伸缩合金样品照片，从照片中可以看出晶粒沿薄带厚度方向生长，且为柱状晶。在实施例1中，因采用单辊甩带法，冷却速率能达到106K/s，所以(Fe83Ga17)16(TbFe2)1样品中晶界处没有含稀土第二相析出，为单相柱状晶组织，所以磁致伸缩性能很高，饱和磁致伸缩值能达到1900ppm。
对采用实施例1制备方法得到样品进行性能测试：
（1）磁晶各向异性常数K1为4×104J/m3。在本发明中，磁晶各向异性常数K1是通过测试磁化曲线计算得到的，计算方式请参考《磁性物理学》第336页至第342页。
（2）磁致伸缩系数λS为1900ppm，见图1所示。
（3）矫顽力Hci为11Oe。
通过磁晶各向异性常数K1、矫顽力Hci并结合图1，本发明考虑了FeGa合金与稀土RFe2合金磁晶各向异性与磁致伸缩的关系，同时进行了磁晶各向异性补偿，提高了本发明的磁致伸缩材料的磁致伸缩，如磁致伸缩系数达到4×104J/m3，矫顽力Hci为11Oe，磁致伸缩系数λS为1900ppm。
在实施例1中应用的真空非自耗电弧熔炼炉为北京物科光电技术有限公司生产的型号为WS-4。真空甩带机为北京物科光电技术有限公司生产的 型号为WK-2。测量磁致伸缩系数λS为北京物科光电技术有限公司生产的磁致伸缩测量***。测量矫顽力Hci为美国Quantum Design公司生产的型号为PPMS－9T。
采用与实施例1制备方法相同的工艺条件制备不同目标成分。
（A）制备10g的目标成分(Fe81Ga19)6(DyFe2)1磁致伸缩合金，用量为Fe：7.71g，Ga：2.25g，Dy：0.04g。磁晶各向异性常数K1为2.5×104J/m3，磁致伸缩系数λS为1100ppm，矫顽力Hci为10Oe。
（B）制备10g的目标成分(Fe85Ga15)20(HoFe2)3磁致伸缩合金，用量为Fe：8.16g，Ga：1.79g，Ho：0.05g。磁晶各向异性常数K1为3×104J/m3，磁致伸缩系数λS为1200ppm，矫顽力Hci为6Oe。
（C）制备10g的目标成分(Fe75Ga25)7(ErFe2)2磁致伸缩合金，用量为Fe：7.02g，Ga：2.90g，Er：0.08g。磁晶各向异性常数K1为1×104J/m3，磁致伸缩系数λS为900ppm，矫顽力Hci为11Oe。
（D）制备10g的目标成分(Fe70Ga30)10(TmFe2)1磁致伸缩合金，用量为Fe：6.50g，Ga：3.47g，Dy：0.07g。磁晶各向异性常数K1为2.4×104J/m3，磁致伸缩系数λS为400ppm，矫顽力Hci为15Oe。
（E）制备10g的目标成分(Fe80Ga20)4(TbDyFe4)1磁致伸缩合金，用量为Fe：7.54g，Ga：2.32g，Tb：0.07g，Dy：0.07g。磁晶各向异性常数K1为3.9×104J/m3，磁致伸缩系数λS为1000ppm，矫顽力Hci为11Oe。
（F）制备10g的目标成分(Fe68Ga32)12(SmHoFe4)1磁致伸缩合金，用量为Fe：6.28g，Ga：3.67g，Sm：0.025g，Ga：0.025g。磁晶各向异性常数K1为3.5×104J/m3，磁致伸缩系数λS为430ppm，矫顽力Hci为7.5Oe。
（G）制备10g的目标成分(Fe86Ga14)3(TmErFe4)2磁致伸缩合金，用量为Fe：8.05g，Ga：1.59g，Tm：0.18g，Er：0.18g。磁晶各 向异性常数K1为1.5×104J/m3，磁致伸缩系数λS为700ppm，矫顽力Hci为7Oe。
（H）制备10g的目标成分(Fe65Ga35)9(TbDyHoFe6)2磁致伸缩合金，用量为Fe：5.92g，Ga：3.90g，Tb：0.06g，Dy：0.06g，Ho：0.06g。磁晶各向异性常数K1为1.3×104J/m3，磁致伸缩系数λS为460ppm，矫顽力Hci为15Oe。
（I）制备10g的目标成分(Fe73Ga27)15(SmErTmFe6)4磁致伸缩合金，用量为Fe：6.74g，Ga：3.05g，Sm：0.065g，Er：0.072g，Tm：0.073g。磁晶各向异性常数K1为4×104J/m3，磁致伸缩系数λS为1200ppm，矫顽力Hci为11Oe。
（J）制备10g的目标成分(Fe83Ga17)4(TbDyHoErFe4)1磁致伸缩合金，用量为Fe：7.767g，Ga：1.963g，Tb：0.066g，Dy：0.067g，Ho：0.068g，Er：0.069g。磁晶各向异性常数K1为1.6×104J/m3，磁致伸缩系数λS为1700ppm，矫顽力Hci为9Oe。
实施例2
制备10g的目标成分(Fe83Ga17)4(DyFe2)1磁致伸缩合金，用量为Fe：7.918g，Ga：2.012g，Dy：0.070g。Fe、Ga和Dy的质量百分比纯度为99.99%。
用真空非自耗电弧熔炼炉冶炼，先抽真空至4.0×10－3Pa，冲入氩气洗炉后，再抽真空至2.0×10－3Pa，然后充入氩气至真空度为1×10－1Pa后再电弧熔炼，用125A电流把原材料熔化成合金后精炼5分钟，反复熔炼4次，得到(Fe83Ga17)4(DyFe2)1铸锭；
将(Fe83Ga17)4(DyFe2)1铸锭线切割大小相近的4份，并用丙酮在频率为30KHz的条件下，超声清洗5min，清洗后放于烘箱内于120℃条件下烘干10min，得到干净的(Fe83Ga17)4(DyFe2)1试样；
将干净的(Fe83Ga17)4(DyFe2)1试样置于真空甩带机的石英管中，石英管下端与铜辊表面相距2mm；抽真空度至4.0×10－3Pa后，冲入氩气洗 炉后，再抽真空度至3.0×10－3Pa，充入氩气至真空度为1×10－1Pa，且使炉体与储气罐的压力差为0.08MPa；
在熔炼温度1600℃，熔炼时间10s下，待的(Fe83Ga17)4(DyFe2)1完全熔化后熔体喷射到线速度为25m/s的铜辊表面进行冷却，铜辊表面温度为25℃，从而制得(Fe83Ga17)4(DyFe2)1磁致伸缩晶体薄带。
经实施例2的制备方法得到的(Fe83Ga17)4(DyFe2)1磁致伸缩晶体薄带的性能参数有：
（1）磁晶各向异性常数K1为3.8×104J/m3，
（2）磁致伸缩系数λS为1200ppm，
（3）矫顽力Hci为5Oe。
实施例3
制备10g的目标成分(Fe83Ga17)6(HoFe2)1磁致伸缩合金，用量为Fe：7.934g，Ga：2.021g，Ho：0.045g。Fe、Ga和Ho的质量百分比纯度为99.99%。
用真空非自耗电弧熔炼炉冶炼，先抽真空至4.0×10－3Pa，冲入氩气洗炉后，再抽真空至2.0×10－3Pa，然后充入氩气至真空度为1×10－1Pa后再电弧熔炼，用120A电流把原材料熔化成合金后精炼5分钟，反复熔炼4次，得到(Fe83Ga17)6(HoFe2)1铸锭；
将(Fe83Ga17)6(HoFe2)1铸锭线切割大小相近的4份，并用丙酮在频率为40KHz的条件下，超声清洗8min，清洗后放于烘箱内于100℃条件下烘干10min，得到干净的(Fe83Ga17)6(HoFe2)1试样；
将干净的(Fe83Ga17)6(HoFe2)1试样置于真空甩带机的石英管中，石英管下端与铜辊表面相距1mm；抽真空度至4.0×10－3Pa后，冲入氩气洗炉后，再抽真空度至3.0×10－3Pa，充入氩气至真空度为1×10－1Pa，且使炉体与储气罐的压力差为0.07MPa；
在熔炼温度1600℃，熔炼时间10s下，待的(Fe83Ga17)6(HoFe2)1完全熔化后喷射到线速度为17m/s的铜辊表面进行冷却，铜辊表面温度为 25℃，制得(Fe83Ga17)6(HoFe2)1磁致伸缩晶体薄带。
经实施例3的制备方法得到的(Fe83Ga17)6(HoFe2)1磁致伸缩晶体薄带的性能参数有：
（1）磁晶各向异性常数K1为3.5×104J/m3，
（2）磁致伸缩系数λS为1000ppm，
（3）矫顽力Hci为6.5Oe。
实施例4
制备10g的目标成分为(Fe83Ga17)5(SmFe2)1磁致伸缩合金，用量为Fe：7.930g，Ga：2.018g，Sm：0.052g。Fe、Ga和Sm的质量百分比纯度为99.99%。
用真空非自耗电弧熔炼炉冶炼，先抽真空至5.0×10－3Pa，冲入氩气洗炉后，再抽真空至3.0×10－3Pa，然后充入氩气至真空度为1×10－1Pa后再电弧熔炼，用135A电流把原材料熔化成合金后精炼5分钟，反复熔炼4次，得到(Fe83Ga17)5(SmFe2)1铸锭；
将(Fe83Ga17)5(SmFe2)1铸锭线切割大小相近的4份，并用丙酮在频率为40KHz的条件下，超声清洗8min，清洗后放于烘箱内于80℃条件下烘干15min，得到干净的(Fe83Ga17)5(SmFe2)1试样；
将干净的(Fe83Ga17)5(SmFe2)1试样置于真空甩带机的石英管中，石英管下端与铜辊表面相距1mm；抽真空度至4.0×10－3Pa后，冲入氩气洗炉后，再抽真空度至3.0×10－3Pa，充入氩气至真空度为1×10－1Pa，且使炉体与储气罐的压力差为0.08MPa；
在熔炼温度1600℃，熔炼时间10s下，待(Fe83Ga17)5(SmFe2)1完全熔化后熔体喷射到线速度为28m/s的铜辊表面进行冷却，铜辊表面温度为25℃，制得(Fe83Ga17)5(SmFe2)1磁致伸缩晶体薄带。
经实施例4的制备方法得到的(Fe83Ga17)5(SmFe2)1磁致伸缩晶体薄带的性能参数有：
（1）磁晶各向异性常数K1为2×104J/m3，
（2）磁致伸缩系数λS为500ppm，
（3）矫顽力Hci为15Oe。
实施例5
制备10g的目标成分(Fe83Ga17)7(ErFe2)1磁致伸缩合金，用量为Fe：7.937g，Ga：2.023g，Er：0.040g。Fe、Ga和Er的质量百分比纯度为99.99%。
用真空非自耗电弧熔炼炉冶炼，先抽真空至4.5×10－3Pa，冲入氩气洗炉后，再抽真空至2.5×10－3Pa，然后充入氩气至真空度为1×10－1Pa后再电弧熔炼，用140A电流把原材料熔化成合金后精炼5分钟，反复熔炼4次，得到(Fe83Ga17)7(ErFe2)1铸锭；
将(Fe83Ga17)7(ErFe2)1铸锭线切割大小相近的4份，并用丙酮在频率为40KHz的条件下，超声清洗8min，清洗后放于烘箱内于80℃条件下烘干15min，得到干净的(Fe83Ga17)7(ErFe2)1试样；
将干净的(Fe83Ga17)7(ErFe2)1试样置于真空甩带机的石英管中，石英管下端与铜辊表面相距1.5mm；抽真空度至4.0×10－3Pa后，冲入氩气洗炉后，再抽真空度至3.0×10－3Pa，充入氩气至真空度为1×10－1Pa，且使炉体与储气罐的压力差为0.04MPa；
在熔炼温度1800℃，熔炼时间10s下，待(Fe83Ga17)7(ErFe2)1完全熔化后熔体喷射到线速度为30m/s的铜辊表面进行冷却，铜辊表面温度为25℃，制得(Fe83Ga17)7(ErFe2)1磁致伸缩晶体薄带。
经实施例5的制备方法得到的(Fe83Ga17)7(ErFe2)1磁致伸缩晶体薄带的性能参数有：
（1）磁晶各向异性常数K1为3×104J/m3，
（2）磁致伸缩系数λS为400ppm，
（3）矫顽力Hci为10Oe。
实施例6
制备10g的目标成分(Fe83Ga17)12(TmFe2)1磁致伸缩合金，用量为Fe：7.948g，Ga：2.029g，Tm：0.023g。Fe、Ga和Tm的质量百分比纯度为99.99%。
用真空非自耗电弧熔炼炉冶炼，先抽真空至4.0×10－3Pa，冲入氩气洗炉后，再抽真空至3.0×10－3Pa，然后充入氩气至真空度为2Pa后再电弧熔炼，用140A电流把原材料熔化成合金后精炼5分钟，反复熔炼4次，得到(Fe83Ga17)12(TmFe2)1铸锭；
将(Fe83Ga17)12(TmFe2)1铸锭线切割大小相近的4份，并用丙酮在频率为50kHz的条件下，超声清洗5min，清洗后放于烘箱内于80℃条件下烘干30min，得到干净的(Fe83Ga17)12(TmFe2)1试样；
将干净的(Fe83Ga17)12(TmFe2)1试样置于真空甩带机的石英管中，石英管下端与铜辊表面相距1.5mm；抽真空度至4.0×10－3Pa后，冲入氩气洗炉后，再抽真空度至2.0×10－3Pa，充入氩气至真空度为1×10－1Pa，且使炉体与储气罐的压力差为0.05MPa；
在熔炼温度1750℃，熔炼时间30s下，待(Fe83Ga17)12(TmFe2)1完全熔化后喷射到线速度为19m/s的铜辊表面进行冷却，铜辊表面温度为25℃，制得(Fe83Ga17)12(TmFe2)1磁致伸缩晶体薄带。
经实施例6的制备方法得到的(Fe83Ga17)12(TmFe2)1磁致伸缩晶体薄带的性能参数有：
（1）磁晶各向异性常数K1为2×104J/m3，
（2）磁致伸缩系数λS为450ppm，
（3）矫顽力Hci为4Oe。
Claims (7)
1.制备一种基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料的方法，包括有下列步骤：
步骤一：按目标成分进行配料；
步骤二：用真空非自耗电弧熔炼炉冶炼母合金；
步骤三：单辊制甩带；
其特征在于：
在按目标成分进行配料的步骤中，所述目标成分为(Fe83Ga17)4(DyFe2)1、(Fe83Ga17)6(HoFe2)1、(Fe83Ga17)16(TbFe2)1、(Fe85Ga15)20(HoFe2)3、(Fe80Ga20)4(TbDyFe4)1或(Fe83Ga17)4(TbDyHoErFe4)1；
在步骤二中先将步骤一得到的配料放入真空非自耗电弧熔炼炉的炉内；
对真空非自耗电弧熔炼炉抽真空度至4.0×10－3～5.0×10－3Pa后，冲入氩气洗炉后，再抽真空度至2.0×10－3～3.0×10－3Pa；氩气的体积百分比纯度为99.99％；
然后充入氩气至真空度为2Pa～1×10－1Pa，在熔炼电流100A～150A下将配料进行熔化，熔炼时间为3～5min，反复熔炼4～5次，制得母合金铸锭；
在单辊制甩带步骤中，具体步骤有：
步骤301：将步骤二熔炼得到的母合金铸锭进行线切割，得到铸锭试样；
步骤302：将铸锭试样采用超声波进行清洗后干燥处理，得到干净试样；
利用工业用超声波清洗剂或丙酮在频率为30KHz～50KHz的条件下，超声清洗5min～10min，清洗后放于烘箱内于80℃～120℃条件下烘干10min～30min，得到干净试样；
步骤303：将干净试样置于真空甩带机的石英管中，先抽真空度至4.0×10－3～5.0×10－3Pa后，冲入氩气洗炉，再抽真空度至2.0×10－ 3～3.0×10－3Pa，充入氩气至真空度为2Pa～1×10－1Pa，且使炉体与储气罐的压力差为0.04～0.08MPa；在熔炼温度1600～1800℃，熔炼时间5～30s下，待干净试样完全熔化后喷射到旋转的铜辊表面冷却，铜辊表面温度为20～50℃，制得RFe2和FeGa复合的磁致伸缩晶体薄带样品；
甩带过程中，石英管下端与铜辊表面相距1mm～2mm；铜辊线速度为10m/s～30m/s，熔体喷射压力为0.04Mpa～0.08Mpa。
2.根据权利要求1所述的制备基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料的方法，其特征在于：
制得的(Fe83Ga17)4(DyFe2)1磁致伸缩材料的磁致伸缩系数为1200ppm，矫顽力为5Oe，磁晶各向异性常数K1为3.8×104J/m3。
3.根据权利要求1所述的制备基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料的方法，其特征在于：
制得的(Fe83Ga17)6(HoFe2)1磁致伸缩材料的磁致伸缩系数为1000ppm，矫顽力为6.5Oe，磁晶各向异性常数K1为3.5×104J/m3。
4.根据权利要求1所述的制备基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料的方法，其特征在于：
制得的(Fe83Ga17)16(TbFe2)1磁致伸缩材料的磁致伸缩系数为1900ppm，矫顽力为11Oe，磁晶各向异性常数K1为4×104J/m3。
5.根据权利要求1所述的制备基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料的方法，其特征在于：制得的(Fe85Ga15)20(HoFe2)3磁致伸缩材料的磁致伸缩系数为1200ppm，矫顽力为6Oe，磁晶各向异性常数K1为3×104J/m3。
6.根据权利要求1所述的制备基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料的方法，其特征在于：制得的(Fe80Ga20)4(TbDyFe4)1磁致伸缩材料的磁致伸缩系数为1000ppm，矫顽力为11Oe，磁晶各向异性常数K1为3.9×104J/m3。
7.根据权利要求1所述的制备基于FeGa-RFe2磁晶各向异性补偿原理设计的新型磁致伸缩材料的方法，其特征在于：制得的(Fe83Ga17)4(TbDyHoErFe4)1磁致伸缩材料的磁致伸缩系数为1700ppm，矫顽力为9Oe，磁晶各向异性常数K1为1.6×104J/m3。
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