【摘要】：磁致伸縮超聲導(dǎo)波無損檢測是基于磁致伸縮材料的魏德曼效應(yīng),在交變磁場下產(chǎn)生超聲導(dǎo)波,通過在待測件傳播前后信號波比來表征材料內(nèi)部損傷的技術(shù)。該技術(shù)出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代,具有易操作、靈敏度高、待測面要求低等優(yōu)點(diǎn)。無損檢測要求磁致伸縮材料具有一定彎曲柔性、高能量密度、大磁致伸縮應(yīng)變等特性,常用的材料有軋制FeCo帶、Ni帶等,但是傳統(tǒng)換能材料能量密度低,磁致伸縮應(yīng)變?nèi)?限制了其換能效率和檢測效果。TbDyFe稀土超磁致伸縮薄膜具有應(yīng)變大、易彎曲等特點(diǎn),為提高換能效率和優(yōu)化檢測效果提供了理論可能,在無損檢測領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景,倍受相關(guān)研究人員關(guān)注。本實(shí)驗(yàn)通過直流磁控濺射法制備TbDyFe薄膜,研究其穩(wěn)定性能制備工藝參數(shù),并進(jìn)行優(yōu)化。通過懸臂梁法表征薄膜的磁致伸縮性能,并借助AES、XRD、VSM、TEM等設(shè)備系統(tǒng)分析了磁致伸縮應(yīng)變影響機(jī)理。然后,將Tb0.3Dy0.7Fe1.95生長在傳統(tǒng)的FeCo換能帶材上,利用MSGW超聲導(dǎo)波檢測儀直接對復(fù)合材料的檢測效果進(jìn)行表征,研究復(fù)合后的換能材料對激發(fā)信號的增強(qiáng)效果。厚度為6mm的TbDyFe靶材在100W、1.OPa的沉積參數(shù)可以穩(wěn)定濺射,沉積率為100nm/mim。長時(shí)間沉積使得靶材表層達(dá)到一種新的成分平衡,使得沉積薄膜成分與靶材一致。室溫制備為非晶態(tài)Tb0.3Dy0.7Fe1.5薄膜磁致伸縮性能約為115ppm,加以Ta層可以有效的避免襯底的影響以及薄膜的氧化問題,有利于薄膜成分的均勻和穩(wěn)定。薄膜中RE含量偏高有利于REFe2相的析出,但成相不穩(wěn)定,較高溫度下易分解和氧化。薄膜磁致伸縮性能是由Keffect降低、易磁化方向偏轉(zhuǎn)、Laves相析出等因素共同作用的結(jié)果。Tbo.3Dy0.7Fe1.95薄膜非晶制備態(tài)伸縮性能約90ppm,表現(xiàn)為垂直于膜面的易磁化方向。通過退火處理可以使薄膜的易磁化方向從垂直轉(zhuǎn)向面內(nèi)。熱膨脹系數(shù)不同會引起退火后薄膜與襯底之間呈現(xiàn)拉應(yīng)力,降低有效磁各向異性常數(shù),進(jìn)而導(dǎo)致磁致伸縮應(yīng)變隨退火溫度升高而提高。在600℃退火1h析出REFe2相,微觀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出非晶基體斑點(diǎn)狀分布納米晶,磁致伸縮系數(shù)也達(dá)到最高的265ppm。溫度過高容易出現(xiàn)其他氧化物等雜相,650退火1h后磁致伸縮系數(shù)陡降至135ppm。Tb0.3Dy0.73Fe1.95/FeCo復(fù)合材料整體表現(xiàn)出面內(nèi)方向易磁化,低矯頑力的特性,其作為換能材料表征的信號幅值變化規(guī)律與Tb0.3Dy0.73Fe1.95薄膜磁致伸縮性能變化規(guī)律基本一致。原始的FeCo帶材在適配器頻率128kHz、激發(fā)功率100%P(P是300V激發(fā)電壓下的瞬時(shí)功率)測試環(huán)境下信號幅值為0.4V,復(fù)合Tb0.3Dy0.73Fe1.95薄膜后明顯增加,其中,在600℃退火1h的復(fù)合材料在相同的測試條件下信號幅值最高,達(dá)到2.5V的飽和值。復(fù)合材料相比原始FeCo薄帶在相同條件下反射的信號幅值明顯增強(qiáng),說明其換能效率和檢測效果也明顯得以優(yōu)化。這一研究結(jié)果為磁致伸縮式超聲導(dǎo)波無損檢測換能新材料的制備提供了一種新的思路和方法。
【圖文】：

圖１．２邋２０１４年全球無損檢測設(shè)備市場占有率［２１逡逑

蝕、裂紋等損傷位置時(shí)，，會出現(xiàn)截面積異常變化而產(chǎn)生回波，根據(jù)導(dǎo)波在介質(zhì)中的傳逡逑播速度等參數(shù)，通過波的產(chǎn)生波和回波來判斷缺陷和位置。超聲導(dǎo)波具有檢測距離遠(yuǎn)、逡逑檢測效率好、效率高等優(yōu)勢。超聲導(dǎo)波的傳播以及損傷檢測信號如下圖１．３所示。逡逑ｆ邋： —逡逑１）１逡逑邐邐邐＇邋Ｉ邋＼ｌ逡逑Ｓ．邋＊邋＊？邋？邋？邐＂邐？邋－邋？邋■邋＊邐．邋．邐？邐＜邐？邋－邋？邐■邐＊邋－邋■邋＇９＇邋＇邋＇邐？邐？？？？？邐＊邋－邐．邋．邋■邋．邋．邐＇邐．邋ｃ邋．邋．邋．邐？＊．＇＞？？邐－邋＊邐■逡逑圖１．３超聲導(dǎo)波傳導(dǎo)及缺陷檢測信號逡逑超聲導(dǎo)波根據(jù)其激發(fā)用換能器原理可以分為壓電式、磁致伸縮式和電磁聲式三種，逡逑其中壓電式和磁致伸縮式兩種換能器應(yīng)用最廣泛。壓電式主要是利用壓電材料如壓電逡逑陶瓷（ＰＺＴ）等的正逆壓電效應(yīng)，是一種電能與機(jī)械能直接轉(zhuǎn)變的過程，效率較高，逡逑３逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.2;TB381

【參考文獻(xiàn)】

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1 徐江;程丞;武新軍;沈功田;;磁致伸縮導(dǎo)波激勵(lì)端偏置磁場的等效方法[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2012年11期

2 楊長勝;裴晉澤;賈廣生;;柔性基底薄膜在磁控濺射鍍膜領(lǐng)域的應(yīng)用研究[J];新技術(shù)新工藝;2010年03期

3 賈振元;劉巍;張永順;王福吉;郭東明;;超磁致伸縮薄膜懸臂梁的非線性變形分析及試驗(yàn)[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2007年12期

4 ;Effects of substrate temperature and annealing treatment on the microstructure and magnetic characteristics of TbDyFe films[J];Rare Metals;2007年05期

5 王悅民,康宜華,武新軍;磁致伸縮效應(yīng)及其在無損檢測中的應(yīng)用研究[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2005年01期

6 萬紅,李再軻,邱軼,斯永敏;TbDyFe超磁致伸縮薄膜的低場磁敏特性[J];中國有色金屬學(xué)報(bào);2004年01期

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1 萬紅;TbDyFe薄膜的磁致伸縮性能及其與彈性、壓電襯底復(fù)合效應(yīng)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2005年

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1 田少華;磁致伸縮式導(dǎo)波檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];中北大學(xué);2016年

2 劉偉;接地網(wǎng)圓鋼磁致伸縮導(dǎo)波檢測技術(shù)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2013年

3 駱蘇軍;基于磁致伸縮超聲導(dǎo)波的無損檢測系統(tǒng)研究[D];浙江大學(xué);2013年

4 竺冉;磁致伸縮縱向?qū)Р▊鞲衅髟O(shè)計(jì)和應(yīng)用研究[D];浙江大學(xué);2011年

5 劉洋;磁致伸縮導(dǎo)波錨桿無損檢測實(shí)驗(yàn)研究[D];浙江大學(xué);2010年

6 李秀;超磁致伸縮薄膜的力學(xué)特性以及實(shí)驗(yàn)研究[D];大連理工大學(xué);2009年

7 魏玉鵬;超磁致伸縮TbDyFe薄膜的制備、結(jié)構(gòu)及性能研究[D];蘭州大學(xué);2008年

8 林黎蔚;納米交換耦合高靈敏度磁致伸縮薄膜材料的研究[D];電子科技大學(xué);2005年

9 呂鳳軍;TbDyFe-FeNi多層膜及其與光纖復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備和磁敏性能研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2004年

10 張金平;TbFe磁致伸縮薄膜制備及性能研究[D];電子科技大學(xué);2004年

本文編號：2592992