一种高磁机械滞后阻尼性能的铁磁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及高阻尼合金的制备工艺技术领域，具体涉及一种高磁机械滞后阻尼性能的铁磁合金及其制备方法。

背景技术

铁基磁机械滞后型高阻尼合金由于具有价格低廉、微振动抑制敏感、高阻尼平台温域宽被广泛应用在消声、减振等领域。然而，至二十世纪六十年代铁磁合金被作为高阻尼材料使用以来，其阻尼性能并没有得到本质性大幅度的提高。相比孪晶型高阻尼合金，如：MnCu合金、TiNi合金、NiMnGa合金等，铁基合金尽管具有温域宽、微振动抑制敏感等特点，但较低的阻尼值使机械滞后型高阻尼合金的优势削弱，故如何提高材料的阻尼性能一直是铁磁高阻尼领域中相关学者的追求目标。传统上，人们为了提高铁磁合金的阻尼性能主要是通过高温退火处理，不仅阻尼性能提升有限，且高温热处理还严重降低了材料的力学性能，此外热处理工艺不稳定，例如：不同研究人员对“相同”材料进行“同样的”热处理可能得到的阻尼性能结果并不一致。因此，从全新的角度设计和制备铁基磁机械滞后型高阻尼合金对铁磁合金的阻尼性能研究及应用至关重要。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种高磁机械滞后阻尼性能的铁磁合金及其制备方法，以解决现有制备工艺无法使铁磁合金阻尼性能显著提升的技术问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种高磁机械滞后阻尼性能的铁磁合金的制备方法，包括：

(1)将铁磁合金制备成具有BCC结构相的单晶、双晶或具有晶体学取向性的多晶母体的材料；

(2)根据使用工况的单个或多个受力方向，对步骤(1)得到的材料进行特定取向切割，使受力方向与材料的高指数方向保持平行，制备得到具有特定取向的金属；

(3)在至少一个受力方向上对步骤(2)得到的金属施加外应力，使得所述金属内部具有大量的不可逆磁畴运动，从而获得具有优异微振动抑制性能的铁磁合金。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤(1)中采用提拉法、区熔法或者布里奇曼法中的一种方法将铁磁合金制备成单晶、双晶或具有晶体学取向性的多晶母体。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤(1)中，将铁磁合金制备成单晶母体，晶体质量越高、缺陷、杂质、偏析物越少，阻尼性能越好，因此，优选为单晶体，但不限于单晶体，还包括双晶体、以及具有明显取向性或者晶粒取向相近的多晶体。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤(2)中，所述步骤(2)中，高指数方向为与合金的<100>或<110>方位大于3°角的取向。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤(2)中，高指数方向优选合金的<111>或<112>取向。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤(3)中，制备的金属在垂直外加微应力的晶面上具有众多90°畴界，以发生大量的不可逆运动，从而获得优异微振动抑制性能。

所述步骤(3)中，微振动抑制性能特指环境振幅低于10

作为本发明的进一步优化方案，所述铁磁合金为Fe-Ga/Al基合金，Fe-Ga/Al基合金为BCC结构，材料内部线缺陷和面缺陷较少，例如：位错和晶界等。

作为本发明的进一步优化方案，所述步骤(1)中Fe-Ga/Al基合金中Ga+Al含量为(10-19)at.％，但不限于合金内部存在少量的碳化物、金属间化合物、其他夹杂物，以及经过热处理使合金内部析出的第二相等。

本发明还提供了一种高磁机械滞后阻尼性能的铁磁合金，由上述方法处理后获得。

本发明的有益效果在于：

1、阻尼高：通过该方法处理的合金试样，在低振幅范围内(20-120)×10

2、宽温域：阻尼值在-100℃–150℃保持稳定，基本不随温度而改变；相比其他非Fe基高阻尼材料具有更宽的应用范围；

3、对于<112>方向的Fe-18at.％Ga单晶，其阻尼值

附图说明

图1是基于本发明的实施例1高阻尼单晶示意图；

图2是基于本发明的实施例2高阻尼单晶示意图；

图3是基于本发明的实施例3高阻尼单晶示意图；

图4是通过本发明方法得到的FeGaAl单晶<112>面上的磁畴形貌；

图5是通过本发明方法得到的FeGa单晶在振幅尺度上的阻尼曲线；

图6是通过本发明方法得到的FeGa单晶在温度尺度上的阻尼曲线。

图7是通过本发明方法得到的FeGaAl双晶和大尺寸FeAl多晶在这幅尺度上的阻尼曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

本实施例提供了一种高磁机械滞后阻尼性能的铁磁Fe-Ga合金的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：

(1)母合金样品制备：通过布里奇曼法制备大尺寸的Fe-10at.％Ga单晶，然后在湿氢氛围中进行900℃5h退火处理，确保成分均匀，减少碳、氧化合物杂质；

(2)样品切割：根据使用工况单一振动方向的环境，将Fe-10at.％Ga单晶三个方向分别沿着<110>、<111>、<112>切割，制备具有特定取向的金属；

(3)样品安装：微振动主要来自于一个方向时，使其沿着<112>方向。

实施例2

本实施例提供了一种高磁机械滞后阻尼性能的铁磁合金Fe-Ga-Al的制备方法，如图2所示，包括以下步骤：

(1)母合金样品制备：通过提拉法制备大尺寸的Fe-10at.％Ga-8at.％Al单晶，然后在湿氢氛围中进行900℃5h退火处理，确保成分均匀，减少碳、氧化合物杂质；

(2)样品切割：根据使用工况两个垂直振动方向的环境，将Fe-10at.％Ga-8at.％Al单晶三个方向分别沿着<110>、<131>、<323>切割，制备具有特定取向的金属；

(3)样品安装：微振动主要来自于两个方向时，使其分别沿着与<100>或<110>方位角大于3°的高指数<131>、<323>方向。

实施例3

本实施例提供了一种高磁机械滞后阻尼性能的铁磁合金Fe-Al的制备方法，如图3所示，包括以下步骤：

(1)母合金样品制备：通过区熔法制备Fe-19at.％Al单晶，然后在湿氢氛围中进行900℃5h退火处理，确保成分均匀，减少碳、氧化合物杂质；

(2)样品切割：根据使用工况三个互相垂直振动方向的受力环境，将Fe-19at.％Al单晶三个方向分别沿着<111>、<123>、<145>切割，制备具有特定取向的金属。

(3)样品安装：微振动主要来自于三个方向时，使其分别沿着<111>、以及与<100>或<110>方位角大于3°的高指数<123>和<145>方向。

为了验证本发明达到的技术效果，对本发明处理的材料进行磁畴观测及阻尼性能的评估，其中：采用微分干涉结合贝特粉末法观测磁畴；采用多功能倒扭摆内耗仪对不同取向Fe-Ga/Cr/Al基合金试样阻尼性能表征进行测量；采用强迫振动模式对不同处理方法下Fe-Ga/Cr/Al基合金试样进行扭转变形；采用应力和应变传感器实时采集材料的加力和振动曲线；通过计算应力应变的振幅比值以及两者滞后角获得内耗值；通过内耗值的大小(Q

结果如图4–6所示，其中：

图4为Fe-Ga单晶体<112>面上的磁畴形貌，可见上面密布着90°的磁畴界面，这显著增加了外应力下畴界面不可逆运动的密度。

图5为FeGa单晶体<111>方向上的阻尼性能，图中可看出，在低振幅下(<10

图6为经本发明得到的FeGa合金在-100–150℃内耗-温度曲线，图中可以看出，本发明处理的试样阻尼值在-100℃–150℃保持稳定，基本不随温度而改变，具有优异的阻尼热稳定性。

图7为经本发明得到的FeGaAl和FeAl合金高指数双晶和多晶(三晶)的内耗-振幅曲线，图中可以看出，本发明处理的试样具有高的阻尼能力。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。