鐵基、鎳基磁致伸縮材料的制備

磁致伸縮材料是指在磁場作用下可發(fā)生位移而做功或在交變磁場作用下可發(fā)生反復伸張與縮短從而產生振動或聲波的材料，這種材料可將電磁能轉換成機械能或聲能，也可以將機械能轉換成電磁能，是重要的能量與信息轉換功能材料。磁致伸縮材料在聲納的水聲換能器技術，電聲換能器技術、自動化技術等許多高技術領域有廣泛的應用前景。在諸多磁致伸縮材料中，鎳基或鐵基合金的飽和磁化強度較高，力學性能好，具有可變形的特點，能拉成細絲，可軋成薄帶，故應用前景十分廣闊。 

　　目前，鐵基、鎳基磁致伸縮材料的制備方法主要是定向凝固法。應用定向凝固法可以得到單方向生長的柱狀晶，甚至單晶，不產生橫向晶界或橫向晶界較少，較大地提高了材料的磁致伸縮性能。具體工藝主要包括提拉法，下拉法和浮區(qū)區(qū)熔法。 

　　一，提拉法。其基本方法是將爐料放置于一個坩堝中，被加熱到熔點以上，坩堝上方有一根同時能旋轉和升降的提拉桿，桿的下端有一個夾頭，上面裝有籽晶，調整桿的高度，使籽晶和熔體接觸，然后以適當?shù)奶崂俣认蛏咸釛U，以籽晶為晶核，慢慢生長。用這種方式生產的材料晶體取向與籽晶的晶體取向一致，因此通過控制籽晶的晶體取向可獲得具有<100>或<110>取向的磁致伸縮材料。例如，采用提拉法制備Fe-Mn合金磁致伸縮波導絲，其磁致伸縮在外加磁場1.9T下可達873?10-6。 

　　二，下拉法。其基本方法是將母合金置于石英或氧化鋁坩堝內整體加熱熔化，然后向下抽拉熔化合金逐漸移出加熱區(qū)，通過發(fā)生順序凝固來形成定向凝固組織，可以制備單晶體或多晶體。主要控制參數(shù)是抽拉速率和固液界面溫度梯度。如果感應線圈移動速度與臨界凝固速度控制得當，可以生產出性能較高的磁致伸縮棒材。采用這種方法可以制備大直徑材料。例如，用下拉法制備出了具有<110>取向的Fe83Ga17合金，其磁致伸縮系數(shù)可以達到242?10-6。該方法的缺點是：由于外套坩堝，合金容易受到污染；由于整體加熱，元素燒損較大，沿軸向成分波動較大。 

　　三，區(qū)熔法。其基本方法是利用高頻感應加熱，由于表面張力和磁懸浮力的共同作用，使熔體不下塌。固定感應圈向一個方向移動，實現(xiàn)定向凝固。相比于下拉法，懸浮區(qū)熔法既避免了坩堝對材料的污染，又由于不需要一次性全部加熱，元素燒損少，沿軸向成分和性能都很均勻，但是受到射頻加熱和材料表面張力的限制。主要用于制備小尺寸樣品。例如，采用區(qū)熔法研制出FeCo磁致伸縮材料，達到飽和磁致伸縮系數(shù)67.5?10-6。 

　　另外，研究還表明，鑄態(tài)合金的磁致伸縮性能很低，鍛造或熱軋后合金的磁致伸縮性能有大幅提高。鍛打或熱軋可以細化晶粒，增加材料內晶粒的數(shù)目，磁場作用時，可轉動的磁疇數(shù)目增多，進而可以提高材料的磁致伸縮性能。