Fe-Ga（Al）磁致伸缩“jump”效应能量转换问题

Fe-Ga(Al) alloys, as a new generation of magnetic functional materials, exhibit outstanding performance in magnetostrictive effect and the Wiedemann effect. This research based on the Fe-Ga(Al) alloys aims to investigate the magnetostrictive effect under the coupling of magnetic field and stress field, to discover the conversion rule between the magnetic energy and mechanical energy. The "jump" effect of magnetostriction and Wiedemann effect will be studied. We focus on the energy conversion mode and whether the storage and energy release is reversible. Our team will analyze whether the path caused by the rotation of the domain is reversible and how to characterize the energy conversion process and find the rule of the energy conversion. We will also investigate the effect of materials structure on magnetic - mechanical energy conversion through preparing single crystal, polycrystalline, orientation polycrystalline, textured Fe-Ga(Al) alloy and changing heat treatment conditions. Put forward a mode to simulate the rotation path of domain and plot the energy curve surface. In a word, this research will play a guiding role in making and designing magnetostrictive devices and provide the theoretic basis for the further application of the magnetostrictive devices.

Fe-Ga(Al)合金作为新一代磁性功能材料，已发现其在磁致伸缩效应和威德曼效应两方面表现出优异性能，本课题旨在探索在磁场和应力场的共同作用对磁致伸缩的影响，以及在磁场和应力场下的磁能和机械能的转换规律。将研究磁致伸缩和威德曼扭转的"jump"效应，分析在磁机械耦合过程中的能量转化方式，能量存储和能量释放是否可逆，引发磁畴的重新分布路经是否可重复，以及如何表征这种能量转化过程，找寻能量转化的规律。通过制备单晶、多晶、取向多晶、织构Fe-Ga (Al)合金以及改变热处理工艺条件，探索材料的组织结构对磁-机械能转换的影响。建立模型模拟磁畴的转动路径，绘制能量曲面，为进一步开拓磁致伸缩器件的应用提供理论基础，在Fe-Ga(Al)合金材料的利用和器件开发设计中起指导作用。

Fe-Ga(Al)合金由于具有较大的磁致伸缩系数、低饱和场、良好机械性能和抗腐蚀性能，在换能器和传感器等方面有重要的应用前景。Fe-Ga(Al)合金的磁机械耦合行为受加载环境和材料的自身性能影响，所以Fe-Ga(Al)合金材料的磁机械耦合行为与加载环境及材料微观组织结构的关系，以及相应的理论机制的研究，对进一步开发利用Fe-Ga(Al)合金材料非常重要。..通过构建各向异性磁畴旋转模型，模拟了力、磁场的加载路径对Fe-Ga单晶磁机械耦合行为的影响，在一定的加载区域内不同的加载顺序得到的磁致伸缩变形不同，说明磁机械耦合行为对加载路径的依赖。并从磁畴旋转角度探讨了磁机械耦合行为路径依赖的原因是90°畴的跳转模式与加载路径有关，影响路径效应的因素不仅与加载顺序和大小有关，还和加载历史有关。还模拟了Fe-Ga合金jump效应在施加预应力下的磁致伸缩曲线、磁化曲线、磁畴运动，探讨外部做功和材料自由能之间的转换过程，jump效应的产生是预应力加入后应力做功储存为弹性能并使磁畴的应力能改变。..用各向异性磁畴旋转模型模拟研究了Fe-Ga单晶不同晶体学方向的ΔE效应，不同的晶体学方向的ΔE效应差异很大，ΔE效应具有各向异性且有空间对称性：关于θ=π/2对称，关于ϕ呈周期性变化，周期为π/2。在一定的晶体学方向ΔE效应出现反常变化。在单晶模拟的基础上，还研究了织构类型、取向度对多晶合金ΔE效应的影响。不同类型的织构出现的模量软化过程有很大不同：高斯织构和旋转立方织构的模量软化过程相似，当偏置磁场较大时，呈现双峰软化过程，而丝织构只有单峰软化。高斯织构和旋转立方织构的模量软化应力范围比丝织构大很多。取向度的好坏对多晶的ΔE效应影响较大。改变力磁场加载角度，发现对ΔE效应的影响不明显。..研究了成分及热处理方式对Fe80Ga20-xAlx（x=0，6，9，14）合金磁致伸缩及磁机械耦合行为的影响规律，发现随着Al含量的增加，材料的磁致伸缩性能变差，热处理方式对合金的磁致伸缩也有影响。另外还拓展性的研究了合金在酸性、碱性和中性环境中的腐蚀情况。