【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及新型功能材料及其制造領(lǐng)域，具體地講是一種稀土超磁致伸縮材料表面改性方法。
技術(shù)介紹
稀土超磁致伸縮材料的主要特點是室溫下應變大，反應速度快，能量密度高。用稀土超磁致伸縮材料制備的磁(電)-聲換能器、傳感器、高性能電磁閥、致動器已被廣泛地應用在高新技術(shù)及航空航天領(lǐng)域。隨著其應用范圍的擴大，磁致伸縮材料機械強度底、易氧化、抗腐蝕性能差等缺點很大程度上限制了其在復雜環(huán)境下的使用，也影響該材料服役航天領(lǐng)域的使用壽命和安全可靠性。 日本專利特開平5-51704公開了一種稀土超磁致伸縮材料，通過向主相侵入元素B、C、N提高該材料的居里溫度。然而，由于是通過高溫熔融金屬將氮或者碳元素侵入合金中，因此，引入元素與稀土或鐵元素反應形成大量的氮化物和碳化物，很大程度上影響了稀土超磁致伸縮材料的磁致伸縮性能和機械性能。 中國專利01104543.4公開了一種在200～600℃以下低溫氮氣氣氛環(huán)境下將氮以間隙型固溶到稀土超磁致伸縮合金中以提高其居里溫度。由于采用了氣體滲氮方法，不僅滲氮效率較底，而且材料表面及內(nèi)部的氮含量難于控制均勻，后續(xù)需要進行均勻化熱處理。 上述專利及有關(guān)文獻報道的磁致伸縮材料滲入C、N主要目的是通過改變晶體的晶格常數(shù)來提高材料的居里溫度。我們研究發(fā)現(xiàn)，通過在稀土超磁致伸縮材料表面滲入C、N元素可以在該材料表面形成一層保護膜，可顯著提高材料的抗腐蝕性能、表面硬度及耐磨性能，而且對材料的磁致伸縮性能沒有太大影響。 在表面處理過程中，溫度對稀土磁致伸縮性能的磁致伸縮性能影響較大，過高的處理的溫度或較長的熱處理時間都會導致材料含氧量增加，內(nèi)...
【技術(shù)保護點】
一種稀土超磁致伸縮材料表面改性方法權(quán)利要求書一種稀土超磁致伸縮材料表面改性方法，其特征在于：該方法在稀土超磁致伸縮材料表面滲入氮元素、碳元素中的一種或兩種。
【技術(shù)特征摘要】
1所述的一種稀土超磁致伸縮材料表面改性方法，是采用離子化學熱處理技術(shù)在稀土超磁致伸縮材料表面滲入氮元素、碳元素中的一種或兩種，所形成的滲層的厚度為0.001～1.0mm，通過該保護層提高該材料的抗腐蝕、表面硬度和耐磨性能。 離子滲氮采用的氣體介質(zhì)為N2、NH3、H2中的一種或多種，滲入溫度控制在300～650℃之間，時間為1～15小時。 離子滲碳采用的氣體介質(zhì)為CH4、C3H8、C4H10、CO2、CO、C2H5OH、H2、煤氣中的一種或多種，滲入溫度控制在400～900℃之間，時間為1～8小時。 離子氮碳共滲的氣體介質(zhì)為滲氮氣體介質(zhì)和滲碳氣體介質(zhì)的混合氣體，滲入溫度控制在300～800℃之間，時間為1～10小時。 滲入溫度大于300℃是為了保證滲入元素的效率，滲入溫度小于900℃、滲入時間小于15小時是為了避免稀土超磁致伸縮材料內(nèi)部出現(xiàn)鐵三相、減少內(nèi)部缺陷和應力，從而保證材料磁致伸縮性能。 權(quán)利要求1所述的表面改性方法，用于改性的稀土超磁致伸縮材料其成分主要為鋱、鏑、鐵元素，分子式為(TbxDy1-x-yMy)Fez，其中0.20≤x≤0.32，0.00≤y≤0.2，1.90≤z≤2.0，M代表Pr、Nd、Ho、Er、Al、Mn、Ga、Si、Co、Ni、Ti、Cr、Cu元素中的一種或幾種。附圖說明表1-9是說明未處理樣品與分別在不同條件下改性后的樣品磁致伸縮性能的比較；圖1給出了用金相顯微鏡觀察到的滲氮樣品與未滲氮樣品的腐蝕形貌，左為滲氮樣品，右為未滲氮樣品；具體實施方式以下用實例對本發(fā)明作進一步說明。本發(fā)明保護范圍不受這些實施例的限制，本發(fā)明保護范圍由權(quán)利要求書決定。 實施例1本實施例的稀土超磁致伸縮材料其分子式為(Tb0.3Dy0.7)Fe1.95，樣品為10×10×18的長方體。將樣品表面采用標準金相方法打磨、拋光后，裝入專用的離子熱處理爐，然后抽真空至1.0×10-3Pa，N2經(jīng)過干燥后直接充入爐內(nèi)進行離子滲氮。滲氮溫度控制在300℃，滲氮時間15小時，放電功率為1.20W/cm2。滲氮完畢后，用金相法觀察滲層深度；然后，分別測量滲氮樣品與未滲氮樣品的表面硬度、耐磨性、抗腐蝕性能、磁致伸縮性能做對比試驗。用金相顯微鏡觀察到的滲層深度為0.225mm。采用HVS-1000型數(shù)字顯微硬度測量儀測量表面硬度，測量環(huán)境溫度25℃，測量結(jié)果為未滲氮樣品的維氏硬度為581HV，滲氮樣品為642HV。采用UMT-2型數(shù)字磨擦測量儀測量材料表面耐磨性能，測試條件為環(huán)境溫度25℃，垂直壓力20N，壓頭為直徑4mm的鋼珠，水平行程10mm，來回10個周期，測量結(jié)果未滲氮樣品鋼珠壓入深度為48μm，而滲氮樣品鋼珠壓入深度為31μm。抗腐蝕性能用失重法計算其腐蝕速度，測量方法為測量環(huán)境溫度150℃，相對濕度100％的空氣，高壓釜壓力8.0×104Pa，保持5小時，計算樣品失重質(zhì)量，測量結(jié)果為未滲氮樣品腐蝕速度為13mg.cm-2/h，滲氮樣品腐蝕速度為0.07mg.cm-2/h。圖1給出了用金相顯微鏡觀察到的滲氮樣品與未滲氮樣品的腐蝕形貌，左為滲氮樣品，右為未滲氮樣品。用標準電阻應變法測量磁致伸縮性能，測量環(huán)境溫度25℃，樣品壓力0MPa，測量結(jié)果見表1。表1實施例2本實施例的稀土超磁致伸縮材料其分子式為(Tb0.20Dy0.75Pr0.05)Fe2..0，樣品為10×10×18的長方體。將樣品表面采用標準金相方法打磨、拋光后，裝入專用的離子熱處理爐，然后抽真空至1.0×10-3Pa，NH3經(jīng)過干燥后直接充入爐內(nèi)進行離子滲氮。滲氮溫度控制在650℃，滲氮時間1小時，放電功率為1.30W/cm2。滲氮完畢后，用與實施例1相同的方法觀察滲層深度、測量滲氮樣品與未滲氮樣品的表面硬度、耐磨性、抗腐蝕性能、磁致伸縮性能做對比試驗。測量結(jié)果滲層深度為0.110mm；未滲氮樣品的維氏硬度為585HV，滲氮樣品為648HV；未滲氮樣品鋼珠壓入深度為43μm，而滲氮樣品鋼珠壓入深度為32μm。未滲氮樣品腐蝕速度為12.6mg.cm-2/h，滲氮樣品腐蝕速度為0.05mg.cm-2/h。磁致伸縮性能測量結(jié)果見表2。表2實施例3本實施例的稀土超磁致伸縮材料其分子式為(Tb0.32Dy0.63Al0.05)Fe1.90，樣品為10×10×18的長方體。將樣品表面采用標準金相方法打磨、拋光后，裝入專用的離子熱處理爐，然后抽真空至1.0×10-3Pa，N2與H2經(jīng)過干燥后直接充入爐內(nèi)進行離子滲氮，其中N2與H2體積比為1∶3。滲氮溫度控制在450℃，滲氮時間5小時，放電功率為1.22W/cm2。滲氮完畢后，用與實施例1相同的方法觀察滲層深度、測量滲氮樣品與未滲氮樣品的表面硬度、耐磨性、抗腐蝕性能、磁致伸縮性能做對比試驗。測量結(jié)果滲層厚度為0.256mm；未滲氮樣品的維氏硬度為573HV，滲氮樣品為638HV；未滲氮樣品鋼珠壓入深度為50μm，而滲氮樣品鋼珠壓入深度為35μm。未滲氮樣品腐蝕速度為14.1mg.cm-2/h，滲氮樣品腐蝕速度為0.10mg.cm-2/h。磁致伸縮性能測量結(jié)果見表3。表3實施例4本實施例的稀土超磁致伸縮材料其分子式為(Tb0.3Dy0.7)Fe1.95，樣品為10×10×18的長方體。將樣品表面采用標準金相方法打磨、拋光后，裝入專用的離子熱處理爐，然后抽真空至1.0×10-3Pa，將CH4、H2經(jīng)過干燥后直接充入爐內(nèi)進行離子滲碳，其中CH4與H2體積比為1∶10。滲碳溫度控制在400℃，滲碳時間8小時，放電功率為1.20W/cm2。滲碳完畢后，用與實施例1相同的方法觀察滲層深度、測量滲碳樣品與未滲碳樣品的表面硬度、耐磨性、抗腐蝕性能、磁致伸縮性能做對比試驗。測量結(jié)果滲層厚度為0.380mm；未滲碳樣品的維氏硬度為583HV，滲碳樣品為670HV；未滲碳樣品鋼珠壓入深度為48μm，而滲碳樣品鋼珠壓入深度為29μm。未滲碳樣品腐蝕速度為13.0mg.cm-2/h，滲碳樣品腐蝕速度為0.22mg.cm-2/h。磁致伸縮性能測量結(jié)果見表4。表4實施例5本實施例的稀土超磁致伸縮材料其分子式為(Tb0.28Dy0.67Mn0.05)Fe1.95，樣品為10×10×18的長方體。將樣品表面采用標準金相方法打磨、拋光后，裝入專用的離子熱處理爐，然后抽真空至1.0×10-3Pa，將C3H8、H2經(jīng)過干燥后直接充入爐內(nèi)進行離子滲碳，其中C3H8與H2體積比為1∶12。滲碳溫度控制在900℃，滲碳時間1小時，放電功率為1.30W/cm2。滲碳完畢后，用與實施例1相同的方法觀察滲層深度、測量滲碳樣品與未滲碳樣品的表面硬度、耐磨性、抗腐蝕性能、磁致伸縮性能做對比試...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李擴社，于敦波，李紅衛(wèi)，張世榮，王鵬飛，姚國慶，楊紅川，徐靜，
申請(專利權(quán))人：有研稀土新材料股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：11[中國|北京]
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