Fe-Ga-Al磁致伸縮材料及其在致動(dòng)器中的應(yīng)用研究.pdf

1、以Ga、A1等無(wú)磁性原子替代Fe后形成的Fe基合金具有較大的磁致伸縮和飽和磁化強(qiáng)度以及較低的飽和磁場(chǎng)和磁晶各向異性，并且具有較高的硬度和良好的機(jī)械加工性能，同時(shí)由于不含有稀土元素，因而價(jià)格相對(duì)較低，因此，F(xiàn)e基新型磁致伸縮材料在致動(dòng)器和換能器等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本文選擇了“Fe-Ga-A1磁致伸縮材料及其在致動(dòng)器中的應(yīng)用研究”這一既具有科學(xué)價(jià)值又具有工程實(shí)際意義的課題，以期對(duì)新型磁致伸致動(dòng)器的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用提供技術(shù)指導(dǎo)。本文的主要工作

2、如下： 采用合金熔煉方法制備Fe98-xGAaxA12、Fe96-xGaxA14、Fe94-xGaxAl6、Fe100-y(Ga0.75A10.25)x和Fe98-zGa2A12五個(gè)系列共21個(gè)合金樣品，研究了合金樣品的顯微結(jié)構(gòu)和磁性，確定合金的成分、結(jié)構(gòu)與熱處理工藝之間的變化關(guān)系。在研究合金樣品的成分和顯微結(jié)構(gòu)的關(guān)系基礎(chǔ)上，建立了Fe-Ga_A1三元系富Fe區(qū)合金的650℃等溫截面和Fe-(Ga0.75A10.25)垂直截面，

3、發(fā)現(xiàn)當(dāng)少量A1替代Fe-Ga合金中Ga時(shí)，D019單相區(qū)快速減小，與Fe-Ga二元系相圖相比A2和L12單相區(qū)右移，D019單相區(qū)消失。根據(jù)相圖研究結(jié)果和磁致伸縮理論，預(yù)測(cè)了磁致伸縮性能最優(yōu)化成分區(qū)域。 采用磁致伸縮測(cè)試儀器，研究了Fe82Ga18-xA1x(3≤x≤13.5)合金的磁致伸縮性能，確定磁致伸縮性能最佳成分的合金。發(fā)現(xiàn)Fe82Ga9A19合金磁致伸縮系數(shù)最大，達(dá)到88ppm；經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)熱處理后，磁致伸縮系數(shù)達(dá)114p

4、pm，為目前電弧爐熔煉Fe基合金中磁致伸縮系數(shù)最大值。采用定向凝固方法制各取向Fe82Ga9A19磁致伸縮棒狀樣品，研究了取向磁致伸縮棒狀樣品的結(jié)構(gòu)、磁致伸縮等性能，發(fā)現(xiàn)Fe82Ga9A19磁致伸縮棒狀樣品在不加壓力條件下磁致伸縮為135ppm，在53MPa預(yù)應(yīng)力條件下磁致伸縮為221ppm，高于美國(guó)猶他大學(xué)N snsukhlllIlbowomchal的磁致伸縮數(shù)值。 應(yīng)用研制的Fe82Ga9A19磁致伸縮棒設(shè)計(jì)、制作了新型的磁

5、致伸縮致動(dòng)器。在對(duì)磁致伸縮致動(dòng)器的磁路、水冷系統(tǒng)、預(yù)壓機(jī)構(gòu)等方面的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，制作了Fe-Ga-A1新型磁致伸縮致動(dòng)器。測(cè)試了致動(dòng)器的位移輸出特性，結(jié)果表明驅(qū)動(dòng)電流較小時(shí)，F(xiàn)e-Ga-A1材料新型磁致伸縮致動(dòng)器的輸出位移具有較好線性度。與稀土超磁致伸縮致動(dòng)器相比，F(xiàn)e-Ga-A1材料磁致伸縮縮致動(dòng)器具有更高的精度。 設(shè)計(jì)并制作了高真空磁場(chǎng)熱處理裝置。該裝置由直流磁場(chǎng)發(fā)生裝置、真空系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)三部分組成。測(cè)試表明研制的高真空磁場(chǎng)