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1、磁致伸縮材料大體可分為3大類：

1.1 金屬磁致伸縮材料。已開發(fā)的主要有3個(gè)系列合金為FeNi系、 FeAl系及FeCo系。金屬磁致伸縮材料具有可變形的特點(diǎn)，能拉成細(xì)絲、可軋成薄帶。

1.2 鐵氧體磁致伸縮材料。典型代表材料為NiZn鐵氧體。這類材料價(jià)格低廉、電阻率高、高頻特性好。

1.3 稀土鐵磁致伸縮材料。它具有很大的飽和磁致伸縮系數(shù) ,亦稱巨磁致伸縮材料。典型商品牌號為Terfenol2D，成分為Tb0.3Dy0.7Fe2，λs達(dá)1.6×10-3。這類材料廣泛用于各類傳感器 ,是目前磁致伸縮材料研究開發(fā)的重點(diǎn)。但其價(jià)格昂貴、磁化磁場高、性脆 。

金屬磁致伸縮材料由于其飽和磁致伸縮系數(shù)λs較低(2.00×10-5～1.00×10-4)，應(yīng)用受到限制，多年來很少研究。近年來 ,由于磁致伸縮液位傳感器的研究和發(fā)展，帶動(dòng)了金屬磁致伸縮材料的研究和發(fā)展。液位的測量和監(jiān)控要求液位傳感器有很大的量程(幾米到幾十米)，也就是說要求磁致伸縮材料細(xì)長。鐵氧體和稀土鐵類磁致伸縮材料不可能制成細(xì)長的產(chǎn)品，只有金屬磁致伸縮材料可加工成細(xì)長的產(chǎn)品，本研究就是為適應(yīng)液位傳感器要求，研制開發(fā)了FeCo合金磁致伸縮材料。

2、試驗(yàn)研究

FeCo合金的Co含量在很寬的范圍內(nèi)形成具有體心立方結(jié)構(gòu)的單相固溶體[5]。隨著Co含量的增加，其飽和磁致伸縮系數(shù)λs隨之增加，在50%～70%Co含量時(shí)，F(xiàn)eCo合金具有較高的飽和磁致伸縮系數(shù)(λs為6.0×10-5～9.0×10-5)，是目前已知的金屬磁致伸縮材料中最高的。因此我們選用60%～65%Co含量的FeCo合金進(jìn)行了研究。

合金經(jīng)真空感應(yīng)爐冶煉成電渣棒 ,砂磨后進(jìn)行電渣，電渣錠在柴油爐中加熱致(1200±30)℃，熱鍛成60mm×60mm方坯，砂磨后的方坯熱軋成 8mm的盤條，再經(jīng)(1100±30)℃固溶處理、酸洗后冷拉成成品絲材，經(jīng)最終熱處理后，進(jìn)行性能檢測。工藝流程如下：配料 →真空冶煉→化學(xué)分析→電渣→熱鍛→熱軋→固溶熱處理→酸洗→拉絲→成品→熱處理→性能檢測試樣經(jīng)最終熱處理后，測量其飽和磁致伸縮性能，采用靜態(tài)應(yīng)變法測量磁致伸縮。居里溫度用STA449C 熱分析儀進(jìn)行熱分析得出。

3、試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 成分、夾雜及組織研究

合金的化學(xué)成分經(jīng)電子探針分析，合金經(jīng)過電渣重熔后極大地提高了收得率 ,同時(shí)也降低了合金中夾雜物的含量 ,真空冶煉后夾雜物級別為2.5～3級，電渣后夾雜物級別為2級。為了獲得冷加工前良好的組織狀態(tài)，即獲得過冷的奧氏體γ相，減少α相，得到良好的冷加工性能，對固溶處理溫度和冷卻速度進(jìn)行了試驗(yàn)。固溶處理溫度選在1050～1260℃范圍內(nèi)，冷卻速度選擇了空冷、水冷和冰鹽水冷卻3種介質(zhì)中進(jìn)行淬火。在1100℃以下淬火，合金的硬度只有微小的波動(dòng)，基本不變，繼續(xù)增加淬火溫度，硬度隨之增加，1100℃是較為適宜的固溶溫度。固溶冷卻速度對合金硬度有較大影響，慢冷合金硬度顯著增加，快冷合金硬度顯著降低，水冷和冰鹽水冷，合金硬度基本相近。

根據(jù)以上試驗(yàn) ,固溶工藝選用1100℃固溶溫度 ,冷卻介質(zhì)為水。隨后冷加工拉絲試驗(yàn)也證明固溶工藝的合理性 ,合金從8mm 盤園條直接冷拉到0.5mm絲材 ,冷形變量為 99.6% ,也表明合金具有良好的塑性。γ+α兩相組織中 ,α相粗大且多 ,所以高溫固溶的試樣硬度要高于低溫固溶的試樣。γ+α兩組織中α相的形貌和分布基本相同 ,其硬度也基本相當(dāng)。說明水冷和冰鹽水冷對α相析出影響不大。比較表明 ,α相數(shù)量多且粗大。這就是空冷比水冷硬度高的原因。

3.2 最終熱處理對磁致伸縮性能的影響

FeCo合金中有CsCe型有序結(jié)構(gòu) ,資料介紹有序化轉(zhuǎn)變溫度約730 ℃,有序化使λ100降低，使λ111升高 ,為了探討有序化對λs的影響，首先用熱分析測定合金的有序化轉(zhuǎn)變溫度 ,熱分析清楚地看出，63 %Co2Fe 合金的有序化溫度為653.8℃。在高于有序化溫度附近和不同的冷卻速度進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果可看出，在高于有序化轉(zhuǎn)變溫度850℃,以緩慢冷卻50℃/h速度冷卻的試樣，其λs最高，λs為6.75×10-5 ,說明合金有序化程度最高，所以λs值也最好。在700℃的溫度 ,以不同冷卻速度冷卻 ,慢冷比快冷的λs 稍高 ,從6.5×10-5～6.3×10-5 ,差別不很大 ,都能保證獲得>6.0×10-5技術(shù)要求值。FeCo合金即使是采用淬火冷卻也不能完全阻止其有序化轉(zhuǎn)變的發(fā)生。這也是從700℃空冷到室溫也能獲得λs為6.3×10-5值的原因。表明研制的FeCo 磁致伸縮材料的磁致伸縮性能對最終熱處理工藝不像高導(dǎo)磁材料對熱處理工藝極其敏感 ,這就給用戶使用材料帶來了方便。

合金的居里溫度Tc為943℃合金的居里溫度由成份所確定，合金Co含量為63% ,保證了合金高居里點(diǎn)，也保證了合金在600℃以下使用，性能不會(huì)發(fā)生大的變化。

4、結(jié) 論

① 本文所研制的是為應(yīng)用威德曼(Wiedeman)效應(yīng)而制造的液位傳感器用磁致伸縮材料，其名義成分為Mn≤0.5%、Ni≤0.5 %、Cr≤0.2%、Co為60%～65%、Fe為余量。

② 試驗(yàn)表明 ,所研制的FeCo磁致伸縮材料的磁致伸縮性能對最終熱處理工藝不敏感 ,有利于合金材料的使用。

③ 合金獲得的最好飽和磁致伸縮λs達(dá)6.75×10-5，其居里溫度為 943℃,該合金具有良好的塑性及較強(qiáng)的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度。