静磁场中Tb-Dy-Fe巨磁致伸缩合金的易轴取向凝固及其控制

Tb-Dy-Fe巨磁致伸缩材料不仅具有重要的应用价值而且是易轴取向与晶体择优生长方向不一致的典型代表，在单一温度场控制下不能获得凝固时的易轴取向生长。本项目在前期工作的基础上，借鉴国内外在磁场取向生长方面研究的理论和技术成果，研究较低静磁场中液固两相区内磁性功能材料晶体克服粘滞阻力和热扰动阻力的转动行为及其控制机制。揭示静磁场强度、冷却速度、温度梯度和冷却程序对Tb-Dy-Fe合金的易轴取向行为的影响；探明不同取向时的凝固组织特征和磁致伸缩性能；确定静磁场强度对热扰动的影响和确定液固两相区内施加静磁场的最有效作用时机和冷却速度；建立静磁场下凝固时晶体在熔体中转动的驱动力、热扰动和粘滞阻力的数学物理模型。为这一类材料磁场易轴取向凝固的控制提供理论和技术支撑。

从理论模型和试验两方面研究了Tb-Dy-Fe合金在磁场下的易轴取向凝固。理论模型考虑了磁各向异性能、热扰动、熔体粘滞阻力、洛仑兹力以及晶粒的的形状等因素对晶粒在磁场下取向的影响。计算的结果表明：热扰动、磁各向异性能和熔体的粘滞阻力是影响晶粒转动的主要因素。在B≥0.06T的磁场中，半径在259.1nm以上的晶粒即可克服热扰动，并在1s以内完成转动。随着磁场强度增大，完成转动的时间和晶粒的最小临界半径都显著减小。在普通强度的磁场 (B<1T) 中，洛仑兹力对转动时间的影响很小，这是因为磁场强度和晶粒的体积都相对较小，因此洛仑兹力的阻滞效应尚不明显，此时粘滞阻力占主导作用。试验上，我们通过在0.2T的磁场中冷却凝固Tb-Dy-Fe合金，获得了内部以<111>取向为主的块体棒状铸锭。在不同的试验参数下，分别研究了磁场强度、冷却速度、冷却程序和合金成分对取向的影响，分析了各种参数对合金最终取向的影响。