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一种含氮的 铁镓磁致伸缩材料及其制备方法

阅读：1021发布：2020-07-01

专利汇可以提供一种含氮的铁镓磁致伸缩材料及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种含氮的铁镓磁致伸缩材料及其制备方法。本发明的材料成分及含量表示为Fe100‑x‑y‑zGaxMyNz，其中M为Al、Si或B，x＝15～20at％，y＝0～1.5at％，z＝0.1～1.0at％。本发明的材料表面包括一定量的铁氮化合物，通过氮的进入，提高铁镓磁致伸缩材料的磁致伸缩性能，并且表面的铁氮化合物有利于材料耐腐蚀性的提高。，下面是一种含氮的铁镓磁致伸缩材料及其制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种含氮的FeGa磁致伸缩材料，其特征在于，所述材料的成分及含量表示为
Fe100-x-y-zGaxMyNz，其中M为Al、Si或B，x＝15～20at％，y＝0～1.5at％，z＝0.1～1.0at％；所述材料包括沿厚度方向的基体层与表面层；所述材料表面层包括铁氮化合物。
2.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述材料为板状，所述材料的厚度为0.1～
0.5mm。
3.根据权利要求1或2或所述的材料，其特征在于，所述材料表面层的厚度为5nm～5μm。
4.根据权利要求1所述的材料，其特征在于，所述铁氮化合物包括α″-Fe16N2、γ′-Fe4N、ε-FexN、ζ-Fe2N中的1种或2种以上的组合以及一定量的非晶和α-Fe，其中ε-FexN中的x为25.根据权利要求4所述的材料，其特征在于，所述铁氮化合物包括α″-Fe16N2。
6.一种权利要求1-5任一项所述的材料的制备方法，包括以下步骤：制备Fe100-x-yGaxMy基体材料，其中M为Al、Si、B，x＝15～20at％，y＝0～1.5at％，对制得的铁镓材料进行表面处理以形成铁氮化合物。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，表面处理后进行热处理；
所述热处理在含氮和氢的气氛中进行；
所述气氛为NH3、NH3+H2或N2+H2；
所述气氛中氢气的体积比例不低于5％。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述表面处理采用离子注入或直接热处理进行；
所述表面处理在含氮气氛中进行。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的离子注入处理步骤包括：采用含N的离子束对所述基体材料进行离子注入。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述离子注入时离子束的能量为
50keV以上；
所述离子注入时的气氛为NH3、NH3+H2、N2+H2或N2；
当气氛为NH3+H2或N2+H2时，NH3或N2与H2的比例大于1:3；
所述气氛中氮气分压大于40％。
11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的直接热处理的热处理温度
400-800℃，时间1-24h；
所述的直接热处理的气氛为NH3、NH3+H2或N2+H2，为NH3+H2或N2+H2时气氛中氢气的体积比例不低于20％，但是低于40％。

说明书全文

一种含氮的铁镓磁致伸缩材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于磁致伸缩材料领域，具体而言，涉及一种铁镓(FeGa)磁致伸缩材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 铁磁性材料在外加磁场作用下，其形状和体积均发生变化，称为磁致伸缩效应。通常实际应用的是材料线磁致伸缩效应，对应线磁致伸缩系数λ＝ΔL/L(L是材料原始长度，ΔL为外加磁场下材料的长度的变化量)。当λ>0，即外加磁场下，材料沿磁场方向伸长，称为正磁致伸缩效应；反之，λ<0，则称为负磁致伸缩效应。材料在在外加磁场下，所产生的最大应变量，称为饱和磁致伸缩系数(λs)，对应的磁场的大小，称为饱和磁化场(Hs)。

[0003] 磁致伸缩材料能实现电磁能和机械能的相互转换，具有输出功率大、能量密度高、可靠性好等优点，是重要的能量和信息转换材料，是高技术领域最重要的功能材料之一，在水声换能、超声换能器、电声转换、精密制动器、减震与防噪、智能机械、微位移控制等高技术领域有广泛的应用前景。目前开发的FeNi、FeAl、Ni等传统金属磁致伸缩材料，磁致伸缩系数较低，影响了其推广应用；而以TbDyFe为代表的稀土超磁致伸缩材料，虽然具有高的磁致伸缩性能，但是加工性能差，同时稀土原材料成本高也限制了其广泛推广。

[0004] Fe-Ga 合金是继传统磁致伸缩材料和TbDyFe稀土超磁致伸缩材料之后出现的一种新型磁致伸缩材料，是人们在新型高性能磁致伸缩材料探索中的一个重要发现，具有高应力灵敏度、良好的热-机械性能和磁致伸缩性能，填补了传统磁致伸缩材料和稀土超磁致伸缩材料之间的空白，在超声领域和微位移器等方面有较大的潜在应用价值。FeGa磁致伸缩材料的制备方法除了传统的定向凝固法以外，根据应用领域的不同，还发展出轧制法、熔体快淬法等，通过制备不同维度的材料如粉末、薄膜、丝材、板材等，以满足不同领域应用的需求。特别是在大功率磁致伸缩超声换能器领域，由于FeGa的电阻率低(～9×10-7Ω·m)，在较高频率使用时，会产生严重涡流损耗，不仅降低能量效率，而且会因发热导致材料失效，同时，为了避免发热情况下造成材料失效，会采用水等介质冷却，从而容易导致FeGa的腐蚀。

[0005] FeGa板材的出现，为高频大功率超声换能器的发展带来了希望，目前换能器的声功率已相对主流压电超声换能器获得成倍乃至数量级的提高。但同时，随着应用领域的扩展和应用环境的多样，对材料也提出了更高的要求，需要进一步提高FeGa的磁致伸缩性能，改善环境耐受性，优化力学性能，以适应日益严苛的应用需求。

[0006] 在提高FeGa磁致伸缩材料性能方面，US 20090039714A1在FeGa合金中添加Al或Be，添加超过1mol.％NbC作为晶粒生长抑制剂，通过热轧、两步温轧及后续热处理，获得沿轧向具有[001]织构的FeGa磁致伸缩合金薄片材料。CN 101465406A通过添加原子比大于0.5％的B、Cr、Nb、VC、TiC、MnS、AlN合金元素，和少量S、Sn、Sb不利于磁性能的合金元素，借助低含量(体积比0.001-0.008％)的H2S或氧气在高于900℃长时间热处理，获得了较好取向的高斯或立方多晶取向织构FeGa薄板。CN 101086912A提出在FeGa中添加稀土材料，同时掺杂C＝200-600ppm，N＝200-600ppm，O＝200-700ppm，以提高磁致伸缩性能。CN
103014594A提出在FeGa二元合金中添加少量元素Al、Nb、C、B作为抑制剂或抑制剂形成元素，采用元素S作为二次再结晶诱导元素，最终获得具有强烈高斯织构的二次再结晶磁致伸缩板带，磁致伸缩性能可达300ppm以上。

[0007] 以上制备FeGa磁致伸缩材料的方法，只从成分与制备工艺等方面来改进材料的磁致伸缩性能，目前还没有公开通过表面处理来提高材料整体性能的技术。

发明内容

[0008] 为此，本发明的目的之一在于提供一种含氮的FeGa磁致伸缩材料。本发明提供的材料不仅磁致伸缩性能得到显著增强，而且耐腐蚀性能得到明显改善，从而提高材料的整体性能。

[0009] 为达上述目的，本发明采用如下技术手段：

[0010] 一种含氮的FeGa磁致伸缩材料，所述材料的成分及含量表示为Fe100-x-y-zGaxMyNz，其中M为Al、Si或B，x＝15～20at％，例如为16at％、16.5at％、17at％、17.4at％、18at％、18.5at％、19.1at％、19.7at％等，y＝0～1.5at％，例如为0.2at％、0.4at％、0.6at％、
0.8at％、1.0at％、1.2at％、1.4at％等，z＝0.1～1.0at％，例如为0.2at％、0.35at％、
0.5at％、0.7at％、0.85at％、0.96at％等。at％为原子百分含量。

[0011] 作为优选，所述材料为板状，优选为薄板状。

[0012] 作为优选，所述材料的厚度为0.1～0.5mm，例如为0.15mm、0.2mm、0.25mm、0.32mm、0.38mm、0.42mm、0.46mm等。

[0013] 作为优选，所述材料包括沿厚度方向的基体层与表面层。

[0014] 作为优选，所述材料表面层的厚度为5nm～5μm，例如为8nm、10nm、15nm、30nm、50nm、100nm、300nm、500nm、800nm、1μm、3μm、3.5μm、4μm、4.5μm等。

[0015] 作为优选，所述材料表面层包括铁氮化合物，优选包括α″-Fe16N2、γ′-Fe4N、ε-FexN(2

[0016] 本发明的目的之一还在于提供一种本发明所述的铁镓材料的制备方法，包括以下步骤：制备Fe100-x-yGaxMy基体材料，其中M为Al、Si、B，x＝15～20at％，y＝0～1.5at％，对制得的铁镓材料进行表面处理以形成铁氮化合物。

[0017] 作为优选，表面处理后进行热处理。

[0018] 优选地，所述热处理在含氮和氢的气氛中进行。

[0019] 优选地，所述气氛为NH3、NH3+H2或N2+H2。

[0020] 优选地，所述气氛中氢气的体积比例不低于5％，优选为不低于10％。

[0021] 作为优选，所述表面处理采用离子注入或直接热处理进行。

[0022] 优选地，所述表面处理在含氮气氛中进行。

[0023] 作为优选，所述的离子注入处理步骤包括：采用含N的离子束对所述基体材料进行离子注入。

[0024] 优选地，所述离子注入时离子束的能量为50keV以上，优选为100～800keV。

[0025] 优选地，所述离子注入时的含氮气氛为NH3、NH3+H2、N2+H2或N2。

[0026] 优选地，当气氛为NH3+H2或N2+H2时，NH3或N2与H2的比例大于1:3。

[0027] 优选地，所述气氛中氮气分压大于40％。

[0028] 作为优选，所述的直接热处理的热处理温度400-800℃，时间为1-24h。

[0029] 优选地，所述的直接热处理的气氛为NH3、NH3+H2或N2+H2，为NH3+H2或N2+H2时气氛中氢气的体积比例不低于20％，但是低于40％，例如为23％、26％、31％、36％等。

[0030] 本发明提供的铁镓材料包括含氮的表面层，通过表面层性能的辅助协同，不仅可以使铁镓材料的磁致伸缩性能得到显著增强，而且可以明显改善该材料的耐腐蚀性能。

具体实施方式

[0031] 为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

[0032] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合实施例来详细说明本申请。

[0033] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0034] 由背景技术可知，提高铁镓材料的耐腐蚀性和磁致伸缩性能，是扩展铁镓材料应用领域的关键。本发明针对该技术问题，提出一种新的含氮的铁镓磁致伸缩材料。该材料的成分为Fe100-x-y-zGaxMyNz，M为Al、Si、B，x＝15～20at％，y＝0～1.5at％，z＝0.1～1.0at％。该方面中，通过在材料中引入氮，形成氮的间隙原子效应，并且部分与Fe反应形成铁氮化合物，最终影响铁镓材料的磁致伸缩特性和耐腐蚀性。

[0035] 下面将更详细地描述根据本发明提供的铁基非晶材料的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员。

[0036] 本发明的含氮的铁镓材料以FeGa为基础成分，在此基础上添加一定量的M来改善铁镓材料的加工性能，同时，重要的是，该成分中含有一定量的N，N的引入是改善铁镓材料相关性能的关键。其中在添加元素M中，M为Al、Si、B，这些材料主要来提高FeGa在轧制过程中的延展性，提高取向度；同时对于快淬等方法制备过程来说，可以用以提高材料的非晶形成能力，提高材料中DO3等相的比例，对于本发明来说，也可以改善N在FeGa材料中的固溶度。N是本发明的基础，通过引入氮原子，可在FeGa材料中产生间隙原子效应，同时可以形成一定的铁氮化合物，整体提高材料的磁致伸缩性能与表面防腐性能。

[0037] 本发明中还有一定的比例关系，即x＝15～20at％，y＝0～1.5at％，z＝0.1～1.0at％。其中x的成分为保证FeGa结构的形成与高磁致伸缩性能的必须，y的引入主要为改善材料的相关加工性能，同时提高N在FeGa中的固溶度，因此y的含量需得在0～1.5at％，太多则会降低材料的磁致伸缩性能；对于N来说，由于Fe中对氮的固溶度有限，本发明中，N含量在0.1～1.0at％，以保证本发明的效果。

[0038] 上述发明中，优选FeGa材料为板状，板材由于具有二维特性，由于具有较大的接触面积，更容易让氮进入到铁镓板材内部。同时，由于氮在注入过程及后续热处理过程中，并不能完全保证N在铁镓基体中均匀分布，故N更多在铁镓材料从表面到内部形成一个氮的浓度梯度。当板材太厚时，N不能完全进入材料芯部，从而不利于本发明中性能的提高，优选铁镓材料的厚度为0.1～0.5mm。作为优选，所述材料包括沿厚度方向的基体层与表面层。同时，如前面所述，氮进入后，一部分进入到基体层的晶格间隙，从而改变材料的整体晶体结构，另一部分会在表面层中形成铁氮化合物，本发明中，铁氮化合物包括α″-Fe16N2，γ′-Fe4N，ε-FexN(2

[0039] 同时，本发明提供的铁镓材料有很多种制备方法。具体地，技术人员可以采用离子注入等方式对不含氮的铁镓基体材料进行表面处理以形成包括高氮含量的铁镓磁致伸缩材料。

[0040] 下面将具体阐述上述铁镓材料的制备方法的实施方式。该制备方法包括以下步骤：制备Fe100-x-yGaxMy，其中M为Al、Si、B，x＝15～20at％，y＝0～1.5at％；对所述铁镓材料进行表面处理。

[0041] 在本发明一种优选实施方式中，采用离子注入工艺制备铁基磁致伸缩材料。离子注入的基本原理是在一定气氛下用能量为100keV量级的离子束入射到材料中去，离子束与材料中的原子或分子将发生一系列物理的和化学的相互作用，入射离子逐渐损失能量，最后停留在材料中，并引起材料成分、结构和性能发生变化，从而优化材料性能。本发明中，优选采用铁镓板材，采用含氮的离子对材料进行离子注入，在注入的能量中，离子束的能量为100～800keV。

[0042] 具体地，在离子注入过程中，将FeGa磁致伸缩材料放入离子注入设备中，气氛为含氮的气氛，如优选为NH3，NH3+H2，N2+H2，N2。当气氛为NH3(N2)+H2时，NH3(N2)与H2的比例小于1:3。本发明中，主要是使氮进入到FeGa基的材料中，对材料基体温度等不做要求。为了达到本发明的氮注入剂量，需要氮气分压大于40％。

[0043] 在对FeGa进行表面处理之后，还有一个在气氛中热处理的步骤，热处理的作用为使注入后的氮在FeGa基体中的均匀分布，同时使铁氮化合物形成稳定的结构，最终有利于整体磁致伸缩性能的提高。作为本发明的优选，热处理步骤优选在含氮和氢的气氛中进行，氮的存在有利于促进氮在材料中的均匀扩散和反应，氢的存在主要提供一种还原气氛，该还原气氛至关重要，直接影响氮扩散的速率等动力学条件，同时降低表面的氧存在，给氮的进入和扩散提供更多通道。更优选的，本发明中气氛热处理中，气氛为NH3，NH3+H2，N2+H2，气氛中氢气的体积比例不低于10％。

[0044] 在本发明另一种优选实施方式中，也可直接采用热处理工艺制备该磁致伸缩材料，热处理温度400-800℃，时间1-24h。同样的，该步骤中优选在含氮和氢的气氛中进行，氮的存在有利于促进氮在材料中的均匀扩散和反应，氢的存在主要提供一种还原气氛，该还原气氛至关重要，直接影响氮扩散的速率等动力学条件，同时降低表面的氧存在，给氮的进入和扩散提供更多通道。更优选的，本发明中气氛热处理中，气氛为NH3，NH3+H2，N2+H2，气氛中氢气的体积比例不低于20％，但是低于40％，以提供更多的氮来加速热处理渗氮的效率。

[0045] 下面将结合实施例进一步说明本发明提供的材料及其制备方法。

[0046] 实施例1

[0047] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe82.2Ga17.3N0.5，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括α″-Fe16N2和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.35mm。

[0048] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为500keV，热处理过程的气氛为NH3。

[0049] 实施例2

[0050] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe80.5Ga17.9Al0.8N0.8，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括ε-FexN+ζ-Fe2N和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.35mm。

[0051] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为600keV，热处理过程的气氛为NH3。

[0052] 实施例3

[0053] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe80.9Ga18.0B0.3N0.8，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括γ′-Fe4N、ζ-Fe2N和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.3mm。

[0054] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为500keV，热处理过程的气氛为NH3。

[0055] 实施例4

[0056] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe81.2Ga18.0N0.8，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括α″-Fe16N2和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.35mm。

[0057] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为600keV，热处理过程的气氛为NH3+H2，其中气氛中氢的比例为30％。

[0058] 实施例5

[0059] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe83.1Ga16.1N0.8，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括ε-FexN、ζ-Fe2N和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.2mm。

[0060] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为500keV，热处理过程的气氛为N2+H2，其中气氛中氢的比例为30％。

[0061] 实施例6

[0062] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe80.9Ga18.0Si0.3N0.8，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括α″-Fe16N2+ζ-Fe2N和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.35mm。

[0063] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为500keV，热处理过程的气氛为N2+H2，其中气氛中氢的比例为20％。

[0064] 实施例7

[0065] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe82.9Ga16.3N0.8，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括γ′-Fe4N、ζ-Fe2N和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.3mm。

[0066] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为400keV，热处理过程的气氛为N2+H2，其中气氛中氢的比例为10％。

[0067] 实施例8

[0068] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe81.2Ga18.0N0.8，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括ζ-Fe2N和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.35mm。

[0069] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为500keV，热处理过程的气氛为NH3+H2，其中气氛中氢的比例为40％。

[0070] 实施例9

[0071] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe82.5Ga16.5N1.0，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括α″-Fe16N2和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.5mm。

[0072] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为800keV，热处理过程的气氛为NH3。

[0073] 实施例10

[0074] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe80.0Ga18.0Al1.2N0.8，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括γ′-Fe4N、ζ-Fe2N和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.35mm。

[0075] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为500keV，热处理过程的气氛为NH3。

[0076] 实施例11

[0077] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe82.0Ga17.2N0.8，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括α″-Fe16N2、γ′-Fe4N、ζ-Fe2N和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.4mm。

[0078] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为500keV，热处理过程的气氛为NH3。

[0079] 实施例12

[0080] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe81.0Ga18.0B0.2N0.8，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括γ′-Fe4N、ζ-Fe2N和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.35mm。

[0081] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为300keV，热处理过程的气氛为N2+H2，其中气氛中氢的比例为30％。

[0082] 实施例13

[0083] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe80.7Ga18.0Si0.5N0.8，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括α″-Fe16N2和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.25mm。

[0084] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为500keV，热处理过程的气氛为N2+H2，其中气氛中氢的比例为30％。

[0085] 实施例14

[0086] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe81.2Ga18.0N0.8，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括γ′-Fe4N和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.35mm。

[0087] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为500keV，热处理过程的气氛为NH3+H2，其中气氛中氢的比例为25％。

[0088] 实施例15

[0089] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe80.2Ga19.0N0.8，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括α″-Fe16N2、ε-FexN和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.35mm。

[0090] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为500keV，热处理过程的气氛为NH3+H2，其中气氛中氢的比例为25％。

[0091] 实施例16

[0092] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe80.2Ga18.0Al1.5N0.3，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括ε-FexN、ζ-Fe2N和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.1mm。

[0093] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为100keV，热处理过程的气氛为NH3。

[0094] 实施例17

[0095] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe81.5Ga18.0N0.5，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括ζ-Fe2N和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.35mm。

[0096] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为500keV，热处理过程的气氛为NH3。

[0097] 实施例18

[0098] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe81.1Ga18.0Si0.3B0.1N0.5，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括α″-Fe16N2、ζ-Fe2N和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.35mm。

[0099] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为500keV，热处理过程的气氛为NH3。

[0100] 实施例19

[0101] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe79.5Ga20.0N0.5，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括ζ-Fe2N和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.3mm。

[0102] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为500keV，热处理过程的气氛为NH3。

[0103] 实施例20

[0104] 本实施例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe81.9Ga18.0N0.1，且该材料包括基体层和位于基体层表面的表面层，表面层的结构包括ε-FexN、γ′-Fe4N和α-Fe等；该铁镓材料厚度为0.35mm。

[0105] 制备该铁镓磁致伸缩材料的步骤包括：首先，按配比制备FeGa磁致伸缩材料；然后，采用含氮的离子束对基体材料进行离子注入以形成该铁镓材料，再对其进行热处理，其中离子束的能量为500keV，热处理过程的气氛为NH3。

[0106] 对比例1

[0107] 本对比例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe82.2Ga17.3。

[0108] 对比例2

[0109] 本对比例提供了一种铁镓磁致伸缩材料及其制备方法，其中，该磁致伸缩材料的成分为Fe81.9Ga18.0。

[0110] 性能测试

[0111] 对实施例1至20和对比例1至2获得的铁镓磁致伸缩材料进行性能测试，测试结果如表1所示。从表1可以看出，实施例1至20获得的铁镓磁致伸缩系数均在330ppm以上，而对比例1至2没有进行氮离子渗入，使其磁致伸缩系数相对较小，同时实施例中的材料耐腐蚀性明显好于对比例1至2获得的材料。

[0112] 表1

[0113]

[0114]

[0115] 从表中可以看出，本发明实现了如下技术效果：本发明提供的铁镓磁致伸缩材料含有氮元素，通过氮的渗入进行到FeGa的结构间隙，并在表面形成一定结构的铁氮化合物，从而提高材料的磁致伸缩系数，提高了其耐腐蚀性。

[0116] 显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

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