鐵基、鎳基磁致伸縮材料的制備

磁致伸縮材料是指在磁場作用下可發生位移而做功或在交變磁場作用下可發生反復伸張與縮短從而產生振動或聲波的材料，這種材料可將電磁能轉換成機械能或聲能，也可以將機械能轉換成電磁能，是重要的能量與信息轉換功能材料。磁致伸縮材料在聲納的水聲換能器技術，電聲換能器技術、自動化技術等許多高技術領域有廣泛的應用前景。在諸多磁致伸縮材料中，鎳基或鐵基合金的飽和磁化強度較高，力學性能好，具有可變形的特點，能拉成細絲，可軋成薄帶，故應用前景十分廣闊。 

　　目前，鐵基、鎳基磁致伸縮材料的制備方法主要是定向凝固法。應用定向凝固法可以得到單方向生長的柱狀晶，甚至單晶，不產生橫向晶界或橫向晶界較少，較大地提高了材料的磁致伸縮性能。具體工藝主要包括提拉法，下拉法和浮區區熔法。 

　　一，提拉法。其基本方法是將爐料放置于一個坩堝中，被加熱到熔點以上，坩堝上方有一根同時能旋轉和升降的提拉桿，桿的下端有一個夾頭，上面裝有籽晶，調整桿的高度，使籽晶和熔體接觸，然后以適當的提拉速度向上提桿，以籽晶為晶核，慢慢生長。用這種方式生產的材料晶體取向與籽晶的晶體取向一致，因此通過控制籽晶的晶體取向可獲得具有<100>或<110>取向的磁致伸縮材料。例如，采用提拉法制備Fe-Mn合金磁致伸縮波導絲，其磁致伸縮在外加磁場1.9T下可達873?10-6。 

　　二，下拉法。其基本方法是將母合金置于石英或氧化鋁坩堝內整體加熱熔化，然后向下抽拉熔化合金逐漸移出加熱區，通過發生順序凝固來形成定向凝固組織，可以制備單晶體或多晶體。主要控制參數是抽拉速率和固液界面溫度梯度。如果感應線圈移動速度與臨界凝固速度控制得當，可以生產出性能較高的磁致伸縮棒材。采用這種方法可以制備大直徑材料。例如，用下拉法制備出了具有<110>取向的Fe83Ga17合金，其磁致伸縮系數可以達到242?10-6。該方法的缺點是：由于外套坩堝，合金容易受到污染；由于整體加熱，元素燒損較大，沿軸向成分波動較大。 

　　三，區熔法。其基本方法是利用高頻感應加熱，由于表面張力和磁懸浮力的共同作用，使熔體不下塌。固定感應圈向一個方向移動，實現定向凝固。相比于下拉法，懸浮區熔法既避免了坩堝對材料的污染，又由于不需要一次性全部加熱，元素燒損少，沿軸向成分和性能都很均勻，但是受到射頻加熱和材料表面張力的限制。主要用于制備小尺寸樣品。例如，采用區熔法研制出FeCo磁致伸縮材料，達到飽和磁致伸縮系數67.5?10-6。 

　　另外，研究還表明，鑄態合金的磁致伸縮性能很低，鍛造或熱軋后合金的磁致伸縮性能有大幅提高。鍛打或熱軋可以細化晶粒，增加材料內晶粒的數目，磁場作用時，可轉動的磁疇數目增多，進而可以提高材料的磁致伸縮性能。