铁基、镍基磁致伸缩材料的制备

磁致伸缩材料是指在磁场作用下可发生位移而做功或在交变磁场作用下可发生反复伸张与缩短从而产生振动或声波的材料，这种材料可将电磁能转换成机械能或声能，也可以将机械能转换成电磁能，是重要的能量与信息转换功能材料。磁致伸缩材料在声纳的水声换能器技术，电声换能器技术、自动化技术等许多高技术领域有广泛的应用前景。在诸多磁致伸缩材料中，镍基或铁基合金的饱和磁化强度较高，力学性能好，具有可变形的特点，能拉成细丝，可轧成薄带，故应用前景十分广阔。
目前，铁基、镍基磁致伸缩材料的制备方法主要是定向凝固法。应用定向凝固法可以得到单方向生长的柱状晶，甚至单晶，不产生横向晶界或横向晶界较少，较大地提高了材料的磁致伸缩性能。具体工艺主要包括提拉法，下拉法和浮区区熔法。
一，提拉法。其基本方法是将炉料放置于一个坩埚中，被加热到熔点以上，坩埚上方有一根同时能旋转和升降的提拉杆，杆的下端有一个夹头，上面装有籽晶，调整杆的高度，使籽晶和熔体接触，然后以适当的提拉速度向上提杆，以籽晶为晶核，慢慢生长。用这种方式生产的材料晶体取向与籽晶的晶体取向一致，因此通过控制籽晶的晶体取向可获得具有<100>或<110>取向的磁致伸缩材料。例如，采用提拉法制备Fe-Mn合金磁致伸缩波导丝，其磁致伸缩在外加磁场1.9T下可达87310-6。
二，下拉法。其基本方法是将母合金置于石英或氧化铝坩埚内整体加热熔化，然后向下抽拉熔化合金逐渐移出加热区，通过发生顺序凝固来形成定向凝固组织，可以制备单晶体或多晶体。主要控制参数是抽拉速率和固液界面温度梯度。如果感应线圈移动速度与临界凝固速度控制得当，可以生产出性能较高的磁致伸缩棒材。采用这种方法可以制备大直径材料。例如，用下拉法制备出了具有<110>取向的Fe83Ga17合金，其磁致伸缩系数可以达到24210-6。该方法的缺点是：由于外套坩埚，合金容易受到污染；由于整体加热，元素烧损较大，沿轴向成分波动较大。
三，区熔法。其基本方法是利用高频感应加热，由于表面张力和磁悬浮力的共同作用，使熔体不下塌。固定感应圈向一个方向移动，实现定向凝固。相比于下拉法，悬浮区熔法既避免了坩埚对材料的污染，又由于不需要一次性全部加热，元素烧损少，沿轴向成分和性能都很均匀，但是受到射频加热和材料表面张力的限制。主要用于制备小尺寸样品。例如，采用区熔法研制出FeCo磁致伸缩材料，达到饱和磁致伸缩系数67.510-6。
另外，研究还表明，铸态合金的磁致伸缩性能很低，锻造或热轧后合金的磁致伸缩性能有大幅提高。锻打或热轧可以细化晶粒，增加材料内晶粒的数目，磁场作用时，可转动的磁畴数目增多，进而可以提高材料的磁致伸缩性能。（钢研）