專利名稱：一種粘結(jié)Tb_0.2Pr_0.8(Fe_0.4Co_0.6)_1.93-xC_x合金及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及稀土磁性功能材料，具體是一種粘結(jié)Tba2Pra8(FeG.4C0a6)1.93-xCx合金及其制備 方法。
背景技術：
C15型立方Laves相化合物RFe2 (R為稀土元素)材料，如Tba27Dya73Fe2 (Terfenol-D) 合金，作為磁致伸縮材料在聲學變換器、傳感器、致動器等方面具有廣泛的應用前景。目前, 稀土超磁致伸縮材料已被廣泛應用于各種尖端技術和軍事技術中，對高新技術產(chǎn)業(yè)及傳統(tǒng)產(chǎn) 業(yè)的現(xiàn)代化產(chǎn)生了重要的作用。近年來，國外發(fā)達國家在這方面的工藝研究已基本完成，應用 開發(fā)趨于成熟，開始向商品化的階段過渡，現(xiàn)己開發(fā)出上千種應用器件，僅美國申請相關專利 就有一百多項。我國在稀土超磁致伸縮材料上的研究始于二十世紀90年代初，至今已取得一 定成果，理論研究己達到或接近國外先進水平，但在規(guī)?；a(chǎn)、產(chǎn)品應用與開發(fā)等方面與國 外仍有明顯差距。
單離子模型表明在0K時P,離子產(chǎn)生的磁致伸縮比TV+、DyS+離子產(chǎn)生的磁致伸縮要大。 由于Pr比Tb、 Dy便宜的多，故含Pr量高的磁致伸縮合金具有很廣泛的應用前景。所以許多 研究者都把目光聚集到制備(R， Pr) Fe2化合物和研究(R， Pr) Fe2化合物的磁致伸縮性能。 但是當Pr含量超過25 at.%，很難合成具有Laves相的單相的磁致伸縮合金。添加Co，有利 于l: 2相化合物形成，Tbo.2Pro.8(Feo.4Co().6;h.9合金的內(nèi)稟磁致伸縮、n高達2370 ppm，具有 潛在的應用價值。但是其中有少量的l: 3相存在，對磁致伸縮不利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有較高的磁致伸縮性能的粘結(jié)Tbo.2Pro.8(Feo.4Coo.6;h.93.xCx合金
及其制備方法。
本發(fā)明目的通過下述技術方案來實現(xiàn)
在Tba2Pro.8(FeQ.4Co。.6)L93.x合金中有少量的1 : 3相存在，對磁致伸縮不利，研究表明，添 加B可進一步抑制1 : 3相，同時含B合金具有較高的居里溫度、較低的磁晶各向異性和較 大的磁致伸縮性能。由于C和B有相似的化學特性，且C的原子半徑比B小，成本比B低。 所以本發(fā)明選用非金屬元素C添加到Tbo.2Pra8(Feo.4Coa6)193合金中，制備 Tbo.2Pro.8(Fea4Co().6)i.93-xCx合金，并采用粘結(jié)法制備粘結(jié)Tb().2Pra8(Fea4CoQ.6;h.93-xCx致伸縮材料。
本發(fā)明粘結(jié)Tbo.2Pra8(Feo.4Coo.6;h.93-xCx合金主要由下述重量配比的原料組成
Tb0.2Pr0.8(Fe0.4Co06)1 93-xCx (x50.30) 88 96% 環(huán)氧樹脂(不含固化劑) 4 12% 上述原料經(jīng)均勻混合后，再均勻混入占環(huán)氧樹脂總質(zhì)量的13 15%的固化劑，在模具中壓 制而成。
本發(fā)明粘結(jié)Tba2Pro.8(Feo.4Coo.6;h.93.xCx合金的制備方法包括如下步驟
(1) 采用真空電弧爐熔煉Tbo.2Pra8(Feo.4Coo.6;h.93-xCx合金，在真空電弧爐的銅鉗堝內(nèi)加入 Tb、 Pr、 Fe、 Co、 C，其原子比為Tb : Pr: (Fe : Co) : 0=0.2 : 0.8 : 1.93 : 0.05，其中， Fe:Co=0.4:0.6，先抽真空使爐體內(nèi)真空度達到3xlO—3Pa以上，之后充入高純氬氣，保持 爐體內(nèi)氬氣壓略低于外部，在銅鉗堝內(nèi)翻熔3 4遍，在水冷條件下冷卻凝固；
(2) 將熔煉好的(Pro.8Tbo.2)(Feo.4Coo.6)L88Cao5合金表面處理干凈，密封于石英管里，在高 純氬氣保護下進行600 90(TC、均勻化退火24 168小時，后用冰水淬火冷卻；
G)采用HDDR工藝制粉，將樣品室真空度抽至8xI0,a以上，O.lMPa的Ar和O.lMPa 的H2，然后升溫到700 80(TC;將Ar、H2混合氣壓降至O.OlMPa以下，然后再次充入O.l MPa 的H2，保溫2小時后，升溫至850 90(TC，保溫1/12 1/4小時后隨爐冷至750 800°C，再 保溫l/12 l/4小時后空冷至室溫。將制得的合金粉在甲苯保護下研磨后干燥、過篩，使粒度 在40 100/zw內(nèi)；
(4) 按配方及用料量稱取原料，將環(huán)氧樹脂與合金粉末在低沸點有機溶劑丙酮溶液中混 合均勻，攪拌加熱蒸發(fā)溶液，冷卻后，加入固化劑，混合均勻；
(5) 將混合好的原料轉(zhuǎn)移至模具裝置內(nèi)，在100-600MPa壓力下，在壓機上壓制成型， 適當保壓后，在室溫下靜置24小時后固化，脫模制得高性能的粘結(jié)Tba2Pra8(Fea4Coa6)1.93.xCx合金。
優(yōu)選的，上述步驟中，所用低沸點有機溶劑為石油醚，所用原料Tbo.2Pro.8(Feo.4COo.6;h.93-xCx
中，x-0.05;環(huán)氧樹脂(不含固化劑)質(zhì)量百分比為8%;所用環(huán)氧樹脂為E-44，成型壓力為 540MPa。
本發(fā)明的優(yōu)點在于在Tbo.2Pro.8(Feo.4Coo.6)i.93合金摻入一定量的C后，能夠有效抑制合金中 1 : 3相的出現(xiàn)，提高材料的磁致伸縮性能；低場磁致伸縮性能增大，與摻B相比，摻C成本較 低。粘結(jié)Tbo.2Pra8(Feo.4Coo.6;h.93-xCx合金具有較高的磁致伸縮性能。


圖1實施例1中所制備的(Pro.8Tba2XFe。.4Coo.6;h.88Co.o5合金的XRD圖譜；
圖2為實施例1中所制粘結(jié)材料的磁致伸縮與外磁場強度的關系曲線圖3為實施例4中所制粘結(jié)材料的磁致伸縮與外磁場強度的關系曲線圖。
具體實施例方式
實施例1:
(1 )采用真空電弧爐熔煉Tbo.2Pro.8(Feo.4Coo.6)L93-xCx合金，在真空電弧爐的銅鉗堝內(nèi)加入
Tb、 Pr、 Fe、 Co、 C，其原子比為Tb : Pr : (Fe : Co) : OO. 2 : 0. 8 : 1. 93 : 0. 05，其中， Fe:Co=0.4:0.6，先抽真空使爐體內(nèi)真空度達到3xlO—3Pa以上，之后充入高純氬氣，保持 爐體內(nèi)氬氣壓略低于外部，在銅鉗堝內(nèi)翻熔3 4遍，在水冷條件下冷卻凝固；
(2) 將熔煉好的(Pro.8Tbo.2)(Feo.4Coo.6;h.88C謹合金表面處理干凈，密封于石英管里，在高 純氬氣保護下進行700°C 、均勻化退火168小時，后用冰水淬火冷卻。對 (Pro.8Tba2)(Feo.4Coo.6;h.88Co.05合金進行X射線衍射分析表明，符合立方Laves相RFe2結(jié)構(gòu)，如 圖1所示；
(3) 采用HDDR工藝制粉，將樣品室真空度抽至8xl(T3Pa以上，再充入0.05MPa的Ar 和0.015MPa的H2，然后升溫到725°C;將Ar、 H2混合氣壓降至O.OlMPa，然后再次充入0.09 MPa的H2，保溫2小時后，升溫至875。C，保溫10分鐘后隨爐冷至775°C，再保溫10分鐘 后空冷至室溫。將制得的合金粉在甲苯保護下研磨，后干燥、過篩，使粒度在40 100/zm內(nèi)；
(4) 將占配料總量8%的環(huán)氧樹脂與92%的合金粉末配料，置于丙酮溶劑中充分攪拌混 料，同時加熱蒸發(fā)掉溶劑，冷卻后，加入占環(huán)氧樹脂總量的40%的固化劑多乙烯多胺，充分 攪拌后，轉(zhuǎn)移到模腔內(nèi)；
(5) 在420MPa壓力下，在壓機上壓制成型，適當保壓后，在室溫下靜置24小時固化， 脫模得柱形樣品。
本實施例所制備的粘結(jié)Tbo.2Pro.8(Feo.4COo.6;h.93-xCx棒狀合金，當未加預應力、外磁場強度
為9kOe時，磁致伸縮系數(shù);i。-(A-AJ為533ppm;本實例所制備的磁致伸縮材料的磁致伸 縮系數(shù)與外磁場強度的關系曲線如圖2所示。 實施例2:
如實施例l所示，所不同的是，步驟(4)中將占配料總量4%的環(huán)氧樹脂與96%的合金 粉末配料，當未加預應力、外磁場強度為9kOe時，磁致伸縮系數(shù)A。-(^-;iJ為428ppm。 實施例3:
如實施例l所示，所不同的是步驟(4)中將占配料總量12%的環(huán)氧樹脂與88%的合金粉 末配料，當未加預應力、外磁場強度為9kOe時，磁致伸縮系數(shù)A。-(;i,-AJ為469ppm。 實施例4:
如實施例l所示，所不同的是步驟(5)中，在540MPa壓力下，在壓機上壓制成型，當 未加預應力、外磁場強度為9kOe時，磁致伸縮系數(shù)義。^;i〃-々)為682ppm，如圖3所示。 實施例5:
如實施例l所示，所不同的是步驟(5)中，在壓機上壓制成型，得環(huán)狀樣品。當未加預 應力、外磁場強度為9kOe時，磁致伸縮系數(shù);i。=(義〃 -1)為491ppm。 實施例6:
如實施例l所示，所不同的是步驟(5)中，在300MPa壓力下，在壓機上壓制成型，脫 模得環(huán)形樣品。當未加預應力、外磁場強度為9kOe時，磁致伸縮系數(shù)4 =(A-;y為368ppm。
權利要求
1、一種采用真空電弧爐熔煉技術制備的粘結(jié)Tb0.2Pr0.8(Fe0.4Co0.6)1.93-xCx合金，其特征在于它主要由下述重量配比的原料組成Tb0.2Pr0.8(Fe0.4Co0.6)1.93-xCx(x≤0.30) 88～96％環(huán)氧樹脂(不含固化劑)4～12％上述原料經(jīng)均勻混合，再均勻混入占環(huán)氧樹脂總質(zhì)量的13～15％的固化劑，在模具壓制而成。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種粘結(jié)Tba2Pro.8(Fe。.4CO().6),.93-xCx合金，其特征在于所述Tbo,2Pra8(Feo.4Coo.6).93-xCx中x-0.05;環(huán)氧樹脂(不含固化劑)質(zhì)量百分比為8%。
3、 權利要求1所述的一種粘結(jié)Tba2Pra8(Fea4Coo.6:h.93.xCx合金的制備方法，包括如下步驟(1) 采用真空電弧爐熔煉Tbo.2Pro.8(Fea4Coo.6:h.93-xCx合金，在真空電弧爐的銅鉗堝內(nèi)加入 Tb、 Pr、 Fe、 Co、 C,先抽真空使爐體內(nèi)真空度達到3xlO—3Pa以上，之后充入高純氬氣，保 持爐體內(nèi)氬氣壓略低于外部，在銅鉗堝內(nèi)翻熔3 4遍，在水冷條件下冷卻凝固；(2) 將熔煉好的(PrQ.8Tb(u)(Feo.4Coo.6;h.88Co.o5合金表面處理干凈，密封于石英管里，在高 純氬氣保護下進行600 90(TC、均勻化退火24 168小時，后用冰水淬火冷卻；(3) 采用HDDR工藝制粉，將樣品室真空度抽至8xl0,a以上，再充入O.lMPa的Ar 和0.1MPa的H2，然后升溫到700 80(TC;將Ar、 H2混合氣壓降至O.OlMPa以下，然后再 次充入0.1MPa的H2，保溫2小時后，升溫至850 900。C，保溫1/12 1/4小時后隨爐冷至 750 800°C，再保溫l/12 l/4小時后空冷至室溫，將制得的合金粉在甲苯保護下研磨，后用 低沸點有機溶劑萃取甲苯，再自然晾干、過篩，使粒度在40 100/^內(nèi)；(4) 按配方及用料量稱取原料，將環(huán)氧樹脂與合金粉末在丙酮溶液中混合均勻，攪拌加 熱蒸發(fā)溶液，冷卻后，加入固化劑，混合均勻；(5) 將混合好的原料轉(zhuǎn)移至模具裝置內(nèi)，在100-600MPa壓力下，在壓機上壓制成型， 適當保壓后，在室溫下靜置24小時后固化，脫模制得高性能的粘結(jié)稀土超磁致伸縮材料。
4、 根據(jù)權利要求3所述的一種粘結(jié)Tbo.2Pro.8(Feo.4Coa6;h.93.xCx合金的制備方法，其特征是 步驟(3)中，所用低沸點有機溶劑為石油醚。
5、 根據(jù)權利要求3所述的一種粘結(jié)Tbo.2Pro.8(Feo.4COo.6:h.93.xCx合金的制備方法，其特征是所用的環(huán)氧樹脂為E-44。
6、 根據(jù)權利要求3所述的一種粘結(jié)Tbo.2Pra8(Feo.4Co().6:h.93-xCx合金的制備方法，其特征是 步驟(1)中所述加入Tb、 Pr、 Fe、 Co、 C的原子比為Tb : Pr : (Fe : Co) : C=0. 2 : 0.8:1. 93 : 0. 05，其中，F(xiàn)e : Co=0.4 : 0. 6。
7、 根據(jù)權利要求3所述的一種粘結(jié)Tbo.2Pro.8(Feo.4Coa6;h.93.xCx合金的制備方法，其特征是 步驟(5)所述的成型壓力為540Mpa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用真空電弧爐熔煉技術制備的粘結(jié)Tb_0.2Pr_0.8(Fe_0.4Co_0.6)_1.93-xC_x合金，該合金由Tb_0.2Pr_0.8(Fe_0.4Co_0.6)_1.93-xC_x(x≤0.30)88～96％、環(huán)氧樹脂(不含固化劑)4～12％組成，上述原料經(jīng)均勻混合，再均勻混入占環(huán)氧樹脂總質(zhì)量的13～15％的固化劑，在模具中壓制而成。這種粘結(jié)合金具有較高的磁致伸縮性能，與摻B相比，摻C成本較低。
文檔編號B22F3/12GK101348877SQ20081007376
公開日2009年1月21日 申請日期2008年8月30日 優(yōu)先權日2008年8月30日
發(fā)明者周懷營, 鋼 成, 江民紅, 趙家成, 顧正飛 申請人:桂林電子科技大學