【摘要】：作為全新的磁致伸縮材料,Fe-Ga合金與傳統(tǒng)稀土超磁致伸縮合金Terfenol-D等材料而言,具有較大的優(yōu)勢(shì),其飽和磁場(chǎng)低,加工性能好,適用溫度范圍寬,且價(jià)格低廉,僅為Terfenol-D的1/3。為了深入了解Fe-Ga合金的性能,找出合金的物理特性、形成機(jī)制及其他屬性,同時(shí)嘗試對(duì)其他應(yīng)用性能進(jìn)行改變,我們做了以下研究工作,文章首先對(duì)Fe-Ga合金的發(fā)展?fàn)顩r、應(yīng)用狀況及磁致伸縮等基礎(chǔ)原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要概述,重點(diǎn)闡述并分析了二元Fe100-xGax(x=16、17、18、19、20)合金和三元Fe(82-x)Ga18Mx(M=Nd、Tb,x=2、4、6)合金的磁致伸縮系數(shù)以及飽和磁化強(qiáng)度,維氏硬度等。通過對(duì)合金樣品的檢測(cè)和分析,我們發(fā)現(xiàn)Fe-Ga合金的結(jié)構(gòu)指的是無序BCC架構(gòu),當(dāng)摻雜了 Ga原子后,會(huì)先填充Ga原子110方向,Ga的含量達(dá)到18at%時(shí)(110),飽和度會(huì)不斷提高,隨著Ga原子含量的增加開始在(200)方向進(jìn)行填充。添加了 Ga元素后,會(huì)改變晶格的內(nèi)部架構(gòu),合金內(nèi)部的缺陷問題會(huì)先縮小再擴(kuò)大。在合金中,有很多空位型缺陷存在,而開空間的缺陷體積通常會(huì)高于單空位的缺陷,并且當(dāng)Ga含量不斷增加時(shí),開空間缺陷會(huì)不斷減小。各類樣品中,空位缺陷數(shù)要比開空間缺陷數(shù)多,樣品缺陷的主要表現(xiàn)。隨Ga含量的不斷增加,Fe-Ga合金磁致伸縮系數(shù)會(huì)呈現(xiàn)出先增加后減小的狀態(tài),飽和磁化的強(qiáng)度會(huì)呈現(xiàn)出先減小再增加的狀態(tài),而當(dāng)Ga含量達(dá)到18%時(shí),就會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)。當(dāng)合金飽和磁化強(qiáng)度不斷降低,磁致伸縮系數(shù)就會(huì)不斷增大。隨著Ga含量的不斷增加,合金硬度并不會(huì)發(fā)生太大改變,而且總體趨勢(shì)將呈現(xiàn)出不斷增大的狀態(tài)。當(dāng)Ga含量達(dá)到20at%時(shí),合金維氏的硬度前后并不會(huì)有太大區(qū)別,如果Ga濃度達(dá)到20at%后,那么維氏硬度就會(huì)得到顯著提升。通過相關(guān)研究可以得知,添加了第三種元素后,可以有效提高樣品磁致伸縮性,本論文選擇了添加稀土元素Tb和Nd對(duì)Fe-Ga合金的相結(jié)構(gòu)、磁致伸縮性能和維氏硬度的影響。元素Nd的添加,并沒有改變基體的相結(jié)構(gòu),Fe(82-x)Ga18Ndx(x=2、4、6)合金是無序BCC結(jié)構(gòu),但是可以使合金的磁致伸縮性得到顯著提升,其磁致伸縮系數(shù)總體大于Fe82Ga18合金。而隨著Nd元素的增加,Fe(82-x)Ga18Ndx合金的磁致伸縮系數(shù)整體呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。添加元素Nd后,合金飽和磁化強(qiáng)度有所下降,Fe80Ga18Nd2合金的飽和磁化強(qiáng)度要明顯低于Fe82Ga18。合金的維氏硬度在添加元素Nd后有所改變,Fe78Ga18Nd4合金的硬度大于Fe82Ga18合金。元素Tb的添加是本文選擇摻雜的第二種稀土元素,同樣的Tb的添加,也沒有改變基體的相結(jié)構(gòu),樣品還是無序BCC結(jié)構(gòu),研究過程中發(fā)現(xiàn)添加稀土元素Tb后樣品的磁致伸縮系數(shù)并沒有增加,不過呈現(xiàn)了先增大后減小的趨勢(shì)。Fe76Ga18Tb6合金的飽和磁化強(qiáng)度有較為明顯的下降。添加元素Tb后整體上擴(kuò)大了硬度,Fe78Ga18Tb4合金的硬度為最大。
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根據(jù)具體熔煉階段進(jìn)行適度調(diào)整。熔煉樣品時(shí)，需從樣品的正反兩面進(jìn)行三次熔煉操作，逡逑從而讓樣品中的原子能均勻擴(kuò)散。熔煉完成后，因腔體溫度過高，不易馬上取出樣品，逡逑待非自耗電弧爐儀器及實(shí)驗(yàn)樣品均冷卻后，方可將實(shí)驗(yàn)樣品倒出爐外。下圖２－２即為真逡逑空非自耗電弧爐的結(jié)構(gòu)圖。逡逑．．．逡逑Ｉ，逡逑—？＜一ａ卻水逡逑圖２－２真空非自耗型電弧爐結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｔｈｅ邋ｃｈａｒｔ邋ｏｆ邋Ｎｏｎ－ｃｏｎｓｕｍａｂｌｅ邋ｖａｃｕｕｍ邋ａｒｃ邋ｆｕｒｎａｃｅ逡逑（３）退火：退火將金屬緩慢加熱到一定程度，保持足夠時(shí)間，，然后以適宜速度冷卻逡逑的一種金屬熱處理工藝。是將金屬樣品退火處理采用的是ＧＳＬ－１７００Ｘ真空管式高溫退火逡逑爐，對(duì)退火爐進(jìn)行抽真空后，通氬氣進(jìn)去，在氬氣的保護(hù)下對(duì)金屬樣品進(jìn)行退火，從而逡逑擴(kuò)散金屬內(nèi)的原子，并使得原子能均勻分布。退火時(shí)，金屬樣品保持７００°Ｃ的溫度，同逡逑時(shí)該過程需持續(xù)五天時(shí)間。逡逑１５逡逑

自然界的能量和動(dòng)力均保持守恒，因此不難理解，如果湮沒現(xiàn)象出現(xiàn)之前，ｅ＋處于靜止逡逑的話，湮沒現(xiàn)象發(fā)生后，單個(gè)Ｙ光子便具有５１邋ＩｋｅＶ能量。這一湮沒現(xiàn)象的雙光子數(shù)值逡逑變化參見下圖２－５。逡逑表２－２正電子與電子的基本屬性逡逑Ｔａｂｌｅ邋２－２邋Ｔｈｅ邋Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ邋ｏｆ邋Ｐｏｓｉｔｒｏｎ邋ａｎｄ邋Ｅｌｅｃｔｒｏｎ逡逑粒子類型邐靜止質(zhì)量ｋｇ邐自旋ｆｔ邐電荷ｅ逡逑正電子邐９．１１邋１０＇２５邐＇Ａ邐１邐１逡逑奸邐９．１１邋ＩＱ２５邐＾＾＾邐逡逑由圖２－６可知，當(dāng)這個(gè)湮沒現(xiàn)象產(chǎn)生的時(shí)候，２２Ｎａ衰變其實(shí)是產(chǎn)生了兩個(gè)分支的，逡逑但鑒于該數(shù)據(jù)比較偏理論層面，所以在實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，我們一般不采用該分支（注明：分支逡逑占比為８９％的能量為０．５４５ＭｅＶ，占比１１％的能量為１．８３ＭｅＶ）。同時(shí)需要注意的是此次逡逑試驗(yàn)選用的正電子ｅ＋是由放射性同位素衰變而來，本次實(shí)驗(yàn)中，涉及到的放射性同位素逡逑ｅ＋？－＾邐ｅ＇邐，２邐肩逡逑０．５４Ｍｅｖ邋８９％邐／逡逑（Ｄ邐＾丨逡逑Ｎｃ激發(fā)態(tài)邐／邐／逡逑ｒ邐ｖ邐ｙ邐１．８３Ｍｅｖ邐１１％逡逑，ｒ邋＇，邋！８ＭｃＶ邋N逡逑＾邐ａ邐Ｎｅ邋基態(tài)逡逑為，ａ源。逡逑圖２－６雙光子湮沒示意圖邐圖２－７邋２２邋Ｎａ的衰變圖逡逑Ｆｉｇ．２－６邋Ｔｗｏ－ｐｈｏｔｏｎ邋ｆｌｏｏｄｅｄ邋ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邐Ｆｉｇ．２－７邋Ｔｈｅ邋ｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋２２Ｎａ逡逑那我們是如何來標(biāo)志正電子的產(chǎn)生的呢？我們知道一個(gè)正電子從原子中放出O喓

本文編號(hào)：2636698