第31卷第7期 2012年7月
一特药专栏
中国材料进展 MATERIALSCHINA
Vol.31No.7 Jul.2012
稀土超磁致伸缩材料的磁场热处理研究
马天宇，张昌盛，潘杏雯，严密
（浙江大学材料科学与工程学系唐仲英传感材料及应用研究中心硅材料国家重点实验室，浙江杭州310027）要：超磁致伸缩材料是一种先进的能量转换材料，在高新技术和国防军工领域具有重要的应用价值。在概述TbDyFe超推
磁致伸缩材料的特点及发展现状基础上，重点介绍了<110>取向材料的磁场热处理研充。在实验方面，采用区熔定向凝固技术制备了<110>取向TbDyFe多晶材料，在略高于居里点温度退火时施加磁场，不改变晶体学择优取向和凝周组织，但能调控初始磁畴分布状态，改变服役时的磁矩运动过程，从需改善材料盈致伸缩和力学性能。在模拟研究方面，建立了基于能量最低原理的磁畴旋转模型，模拟了磁热感生各向异性诱导的初始磁矩再取向过程，得到了形成单轴各向异性的临界值；模拟
了感生各向异性强弱对磁致伸缩“Jump"效应的影响规律，探讨了磁场热处理对<110>取向品体磁致伸缩的作用机理。关键调：磁致伸缩；TbDyFe；磁场热处理；感生各向异性
中图分类号：0482.54；TB34
文献标识码：A
文章编号：16743962(2012)070026=11
MagneticAnnealingofGiantMagnetostrictiveMaterials
MA Tianyu, ZHANG Changsheng, PAN Xingwen, YAN Mi
(State Key Laboratory of Silicon Materials, Cyrus Tang Center for Sensor Materials and Applications, Department of
Materials Science and Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China)
AbstraCt: Giant magnetostrictive material ( CMM) is a kind of advanced energy transfer material, which is of impor tance for applications in high-technical devices. We firstly present in this work the characteristics and developments of Tb DyFe GMMs. A review is then given on our recent activities in magnetically annealed TbDyFe GMMs with <110 > crystal orientation. Both experimental and theoretical studies demonstrate that magnetic annealing is capable of tuning the initial magnetic moment orientation and hence improving the magnetomechanical performance through changing the moment move-ment processes. Evidences including magnetic force microseopy ( MFM) images, magnetostriction, magnetic induction, stress-strain curves and domain rotation simulation are provided.
Key WOrdS : magnetostriction; TbDyFe; magnetic annealing; induced anisotropy
1前言
TbDyFe合金是一种特种功能材料，在直流磁场作用下可伸长或缩短，交变磁场作用下可往复运动，具有磁致伸缩系数大，能量转换效率高和响应速度快等优点，在精密驱动、微定位、微位移等领域具有重要的应用前景，被视为21世纪的战略性功能材料[1-6]。其饱和磁致伸缩系数较传统的镍基磁致伸缩材料和铁基磁致伸缩材料高50倍以上，比压电陶瓷的电致伸缩应变大5 倍，因此被称为超磁致伸缩材料（GiantMagnetostrictive Material，简称GMM）。国外在TbDyFe超磁致伸缩材料诞生之初就开始从制备工艺、材料特性和器件设计等方
收稿日期：2012-0325
基金项目：全国优秀博士学位论文作者专项资金资助（201037）：
中央高校基本科研业务费专项资金资助（2012QNA4007）
第一作者及通讯作者：马天字，男，1978年生，副敏授
面进行研究，目前已有商晶化的Terfenol-D材料出现，并开发出了近千种应用产品["]。我国也已掌握TbDyFe 材料的主要制备技术，材料性能与国外产品相当，并尝试在多种应用领域进行开发。目前，TbDyFe材料正向大尺寸、宽溢域、宽频段、抗腐蚀和高性能等方向发展。
该材料的超磁致伸缩效应来源于MgCu,型Laves相。典型成分为Tba,Dyo，Fe,的Terfenol-D在常温的易磁化方向为<111>，单晶材料沿此方向的磁致伸缩理论值超过2400×10-6[8]。但是，受合金择优生长方向影响，难以制备大尺寸的<111>取向单晶材料(。我国研究单位用区熔定向凝固技术或“一步法"制备的多为<110> 取向多晶材料，不仅工艺易于控制，而且磁致伸缩性能优异(10-11]
从实用化角度，对TbDyFe材料的研究焦点之一是在较低的驱动磁场下产生高磁致伸缩系数。已经发现，通过在<112>或<110>取向圆棒材料轴向施加预压应