稀土-铁基材料晶体取向及其磁致伸缩性能的强磁场调控
批准号:
51774086
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
刘铁
依托单位:
学科分类:
E0414.材料冶金加工
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
董书琳、董蒙、肖玉宝、孙金妹、李梦晗、苗玲
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中文摘要
稀土-铁基磁致伸缩材料具有应变大、能量密度高、换能效率高等优点,是实现电-磁-机械能量转换的理想材料。该类材料中的磁性相(RFe2)具有极强的磁晶各向异性,易磁化方向为<111>,而易生长方向为<100>,因此制备<111>取向的材料是提高磁致伸缩性能的有效途径,同时也是材料制备的难点所在。本课题将强磁场同定向凝固技术相结合,以典型Tb-Fe和Tb-Dy-Fe合金为研究对象,研究初生相(RFe3)和包晶相(RFe2)在强磁场下的取向行为及二者之间的位向关系,建立包晶反应过程中的磁取向理论;考察在强磁场下定向凝固过程中RFe2相的取向行为、材料的组织形貌和性能的演变规律;研究热流方向、磁取向方向和晶体易生长方向对材料组织形貌的影响及其相互关系;在揭示强磁场对材料组织和性能作用机制的基础上,探索利用强磁场制备具有高<111>取向度、磁致伸缩性能显著提高的稀土-铁基材料的方法。
英文摘要
RFe2 (R=rare earth)-based magnetostrictive materials have advantages of large magnetostriction strain, high energy conversion efficiency, and rapid response rate. They can potentially be used as materials of conversion between electromagnetic and mechanical energy. Because the magnetostrictive phase RFe2 in the materials has an easy magnetization axis along its <111> direction, and shows a huge magnetostrictive anisotropy, extensive efforts have been made to achieve sharp and uniform texture along the <111> direction throughout the materials. However, it is difficult to grow RFe2 along the <111> direction, because the RFe2 crystals have a <100> preferred crystallographic direction. Combining high magnetic fields and directional solidification process, aiming on the typical Tb-Fe and Tb-Dy-Fe alloys, the orientation behavior of both RFe3 and RFe2 phase and their relation in high magnetic fields will be studied. The theory of the.magnetic crystal orientation during peritectic reaction process will be proposed. The evolution of the orientation behavior of the RFe2 phase, the microstructure and properties of the materials in high magnetic fields will be studied. The effects of the heat flow direction, magnetic orientation direction, and preferred crystallographic direction on the microstructure and their relation will be investigated. The mechanism of the effects of high magnetic fields on the microstructure and properties of the materials will be studied. A novel method for fabricating the RFe2-based materials with strong <111>-orientation and high magnetostrictive properties will be proposed.
稀土-铁基磁致伸缩材料具有应变大、能量密度高、换能效率高等优点,是实现电-磁-机械能量转换的理想材料,在高新技术领域的精密驱动器、智能传感器、高效换能器等器件上有着重要应用前景。该类材料中的磁性相(RFe2)具有极强的磁晶各向异性,易磁化方向为<111>,而易生长方向为<100>,因此制备<111>取向的材料是提高磁致伸缩性能的有效途径,同时也是材料制备的难点所在。本项目将强磁场同定向凝固技术相结合,以典型Tb-Fe和Tb-Dy-Fe合金为研究对象,研究初生相(RFe3)和包晶相(RFe2)在强磁场下的取向行为及二者之间的位向关系,探究包晶反应过程中的晶体取向机制;考察在强磁场下定向凝固过程中RFe2相的取向行为、材料的组织形貌、材料的磁性能、磁致伸缩性能和力学性能的演变规律;研究热流方向、磁取向方向和晶体易生长方向对材料组织形貌的影响及其相互关系;研究强磁场对材料组织和性能的作用机制。项目揭示了强磁场对定向凝固过程中稀土-铁基磁致伸缩材料的组织形貌、Laves相的取向行为、材料磁致伸缩性能和力学性能的影响规律;阐明了强磁场对Laves相的取向行为、材料的微观组织及磁致伸缩性能产生影响的物理机制;建立了适用于强磁场条件下包晶反应过程中的晶体取向理论;实现了稀土-铁基磁致伸缩材料的<111>取向,提出利用强磁场作用下的凝固方法制备高<111>取向度、磁致伸缩性能显著提高的稀土-铁基材料的技术思路。项目的研究成果丰富了强磁场下金属凝固理论,拓展了强磁场材料科学的内涵并将为相关研究提供借鉴和指导。项目提出的新型强磁场定向凝固技术可用于制备高性能稀土超磁致伸缩材料,并在大功率磁能-机械能转换的传感器、驱动器、换能器等高端功能器件上实现应用,进而推动我国在该领域的快速发展。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
DOI:https://doi.org/10.1016/j.jmst.2020.11.004
发表时间:2020
期刊:Journal of Materials Science & Technology
影响因子:10.9
作者:Yubao Xiao;Tie Liu;Yuxin Tong;Meng Dong;Jinshan Li;Jun Wang;Qiang Wang
通讯作者:Qiang Wang
Crystal orientation induced by high magnetic fields during peritectic reaction of alloys
合金包晶反应过程中强磁场诱导的晶体取向
DOI:10.1016/j.matchar.2021.111608
发表时间:2021-11
期刊:Materials Characterization
影响因子:4.7
作者:Meng Dong;Tie Liu;Xiaoyu Guo;Shulin Dong;Lei Li;Jun Wang;Jinshan Li;Lijia Zhao;Qiang Wang
通讯作者:Qiang Wang
Microstructural evolution and solute migration in the mushy zone of peritectic Al-18At. % Ni alloy in high magnetic fields
显微组织%20演化%20和%20溶质%20迁移%20in%20the%20糊状%20zone%20of%20包晶%20Al-18At.%20%%20Ni%20合金%20in%20high%20磁%20场
DOI:10.1007/s11661-020-06116-1
发表时间:2021
期刊:Metallurgical and Materials Transactions A: Physical Metallurgy and Materials Science
影响因子:--
作者:Jinge Yan;Tie Liu;Jing Liao;Jinmei Sun;Xiaoyu Guo;Zhongming Ren;Wang Qiang
通讯作者:Wang Qiang
Effects of a high-voltage pulsed magnetic field on the solidification structures of biodegradable Zn-Ag alloys
高压脉冲磁场对可生物降解Zn-Ag合金凝固结构的影响
DOI:10.1016/j.matchar.2020.110274
发表时间:2020-05
期刊:Materials Characterization
影响因子:4.7
作者:Lei Li;Wenlei Liang;Chunyan Ban;Yusong Suo;Guanchen Lv;Tie Liu;Xiangjie Wang;Hui Zhang;Jianzhong Cui
通讯作者:Jianzhong Cui
DOI:10.1016/j.jmst.2019.08.037
发表时间:2020-04
期刊:Journal of Materials Science & Technology
影响因子:10.9
作者:Tie Liu;Yubao Xiao;Zheng Lu;N. Hirota;Guojian Li;Shuang Yuan;Qiang Wang
通讯作者:Tie Liu;Yubao Xiao;Zheng Lu;N. Hirota;Guojian Li;Shuang Yuan;Qiang Wang
强磁场作用下二元合金凝固过程中初晶相生长方式的转变机制
- 批准号:51574073
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:63.0万元
- 批准年份:2015
- 负责人:刘铁
- 依托单位:
梯度强磁场下的流体流动行为及其控制机制
- 批准号:51006020
- 项目类别:青年科学基金项目
- 资助金额:20.0万元
- 批准年份:2010
- 负责人:刘铁
- 依托单位:
国内基金
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