Fe-Ga磁致伸缩合金轧制板带的织构与磁畴研究

Fe-Ga rolled sheets with high magnetostriction can greatly reduce the eddy current, and make the ultrasonic transducer with high power capicity, high reliability and long life possible at a much lower cost compared with rare-earth magnetostrictive materials. However, compared with single crystals and textured poly-crystals, much investigation is needed to increase the magnetostriction. Research of magnetic domains and the evolution of textures in rolled Fe-Ga sheets is still insufficient. Our research group have made great progress in the plastic deformation of Fe-Ga alloys, and successfully made rolled Fe-Ga sheets. Now we intend to explore the role of textures and magnetic domains in the magnetostriction of rolled Fe-Ga sheets,explore the role of precipitation as inhibitors to facilitate the Goss or cubic textures,investigate the mechanism of nucleation and grain growth of Goss or cubic grains,investigate the action of textures and magnetic domains by use of magnetic field,stress field and annealing atmosphere.Then, we try to build a model of oriented grain growth, and understand the relationship between magnetic domains and magnetostriction in rolled Fe-Ga sheets. Finally, we hope our research results will give the theoretical and experimental basis to improve the magnetostrcition of Fe-Ga rolled sheets.

高磁致伸缩性能的Fe-Ga合金轧制薄带能有效降低材料较高频率使用下的涡流损耗，实现高功率、高可靠、长寿命的低成本超声换能技术。然而与单晶、取向多晶相比，Fe-Ga轧制薄带磁致伸缩性能仍有很大的提升空间，这与Fe-Ga轧制板带的织构和磁畴结构研究不足，对它们与磁致伸缩性能间的制约关系认识不足有关。本课题组在Fe-Ga轧制薄带的成形技术上取得了重要研究进展，今欲在前期研究工作基础上，开展Fe-Ga合金轧制板带材料织构、磁畴结构相关研究，探索织构和磁畴结构与磁致伸缩性能的关系，研究第二相粒子作为抑制剂促进高斯或立方织构形成的作用机理，研究高斯或立方二次晶粒形核和长大机制，研究磁场、应力场及退火气氛对织构和磁畴结构的影响规律和和作用机制，建立Fe-Ga轧制板带控制取向生长模型，建立板带磁畴与磁致伸缩相互关系模型，为提高Fe-Ga合金轧制板带材料磁致伸缩性能提供理论和实验依据。

高磁致伸缩性能的Fe-Ga 合金轧制薄带能有效降低材料较高频率使用下的涡流损耗。然而与单晶、取向多晶相比，Fe-Ga 轧制薄带磁致伸缩性能仍有很大的提升空间，这与Fe-Ga 轧制板带的织构和磁畴结构研究不足，对它们与磁致伸缩性能间的制约关系认识不足有关。本项目通过研究第二相粒子在Fe-Ga轧制板带中的析出特性，初始组织取向，不同热处理制度等对板带织构演化的影响规律，以及Fe-Ga 轧制板带的磁畴结构及运动与磁致伸缩的相互关系规律，阐明了外部因素促进二次再结晶的作用原理，明确了Fe-Ga 轧制板带的磁畴结构及运动与磁致伸缩的相互关系。项目得出以下重要结论：①利用定向凝固柱状晶板坯沿柱状晶生长方向进行轧制，同时改善了合金的加工性能和薄板热处理织构，制备出了类似单晶生长的Goss织构Fe-Ga轧制薄板，轧向磁致伸缩λ//不加压条件下超过280 ppm；②利用微量添加NbC（0.1 at%）促进二次再结晶，通过控制连续升温热处理工艺实现了准确位向的Goss晶粒二次再结晶，利用高温Ar/H2热处理工艺消除了第二相析出并进一步促进二次再结晶晶粒的生长；③发现Goss织构薄板表面的“柳叶刀”磁畴形貌及其“梳状”排列结构，“柳叶刀”磁畴在磁场下的运动和磁致伸缩呈现强烈对应关系。本工作从Fe-Ga合金成分优化与设计、组织取向控制两方面着手，探索出利用初始取向柱晶的组织各向异性的Fe-Ga合金高效成形制备技术，探索出利用初始取向柱晶的织构遗传性，结合低抑制相添加的强Goss织构获取技术，为脆性难加工材料的高效成形制备与各向异性材料的织构控制提供了新的思路。本工作所研发的强织构、高性能Fe-Ga磁致伸缩轧制带材，在换能、致动以及传感等技术领域有重要应用前景。