本發(fā)明涉及一種磁致伸縮材料的制造方法及磁致伸縮量增加方法。

背景技術(shù)：

在利用逆磁致伸縮現(xiàn)象的振動(dòng)發(fā)電或力量傳感器中使用有磁致伸縮材料，所述逆磁致伸縮現(xiàn)象是通過從外部施加應(yīng)力而產(chǎn)生的應(yīng)變使磁性體內(nèi)磁場(chǎng)變化。

由古屋等提出了對(duì)迄今所嘗試的振動(dòng)發(fā)電用磁致伸縮合金即Tb-Dy-Fe合金(Terfenol-D)、FeGa合金(Galfenol)的材質(zhì)脆弱性和加工性進(jìn)行了改善的Fe-Co合金(Co：56～80at％)及其熱處理方法(參照專利文獻(xiàn)1)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利公開2013-177664號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

然而，在專利文獻(xiàn)1所述的方法中，難以將磁致伸縮量穩(wěn)定設(shè)置在100ppm以上，因此一直以來期望一種對(duì)如下所述合金材料進(jìn)行量產(chǎn)的方法，該合金材料可得到在利用逆磁致伸縮效果時(shí)被認(rèn)為是實(shí)用的100ppm以上的磁致伸縮量。在專利文獻(xiàn)1所述的方法中，由于該方法鑄造為接近使用時(shí)的尺寸形狀的狀態(tài)(離心鑄造等)，因此具有以較少的切削等加工工序數(shù)即可可完成的優(yōu)點(diǎn)，但是存在如下技術(shù)問題：其幾乎不施加塑性加工，而僅依靠熱處理和組成，因此不能充分控制強(qiáng)烈依賴于結(jié)晶的組織、應(yīng)變、缺陷的磁致伸縮量，穩(wěn)定獲得的磁致伸縮量最大止于90多ppm的程度。

本發(fā)明正是著眼于這樣的技術(shù)問題而完成的，其目的在于，提供一種能夠使在利用逆磁致伸縮現(xiàn)象的振動(dòng)發(fā)電或力量傳感器等中使用的磁致伸縮材料的磁致伸縮量提高的磁致伸縮材料的制造方法及磁致伸縮量增加方法。

(二)技術(shù)方案

發(fā)明人等發(fā)現(xiàn)，在將67-87質(zhì)量％的Co、剩余部分的Fe及不可避免的雜質(zhì)熔解、鑄造后，進(jìn)行熱加工并任意進(jìn)行冷加工來制造出塊體磁致伸縮材料時(shí)，能夠穩(wěn)定地獲得100ppm以上的磁致伸縮量。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的磁致伸縮材料的制造方法的特征在于，對(duì)成為磁致伸縮材料的合金材料進(jìn)行熱加工。

通過對(duì)成為磁致伸縮材料的合金材料進(jìn)行熱加工，能夠制造磁致伸縮量高的磁致伸縮材料。

本發(fā)明的磁致伸縮材料的磁致伸縮量增加方法的特征在于，對(duì)磁致伸縮材料進(jìn)行熱加工，以及任意進(jìn)行冷加工和/或熱處理。

在本發(fā)明中，通過對(duì)磁致伸縮材料進(jìn)行熱加工，以及任意進(jìn)行冷加工和/或熱處理，能夠使磁致伸縮量增加。在本發(fā)明中，冷加工及熱處理并不是必須工序，可以是僅有熱加工、熱加工與冷加工的組合、熱加工與熱處理的組合、以及熱加工與冷加工與熱處理的組合。

在本發(fā)明中，熱加工可以是進(jìn)行熱塑性變形的任意加工，尤其優(yōu)選由熱鍛造或熱軋組成，也可以由熱開坯組成。熱鍛造可以使用例如沖壓機(jī)或錘子等來進(jìn)行。熱軋可以使用例如滾軋機(jī)來進(jìn)行。優(yōu)選在熱加工后進(jìn)行冷加工。通過在熱加工后進(jìn)行冷加工，能夠進(jìn)一步增加磁致伸縮量。在本發(fā)明中，冷加工可以是進(jìn)行冷塑性變形的任意加工，但優(yōu)選由冷軋組成，也可以是冷拔絲。其中，從常溫到300℃左右的溫度都被認(rèn)為在作為制造車間的環(huán)境下的冷(冷間)。

在本發(fā)明中，優(yōu)選地，所述合金材料由Fe-Co類磁致伸縮合金材料構(gòu)成，磁致伸縮材料為Fe-Co類塊體磁致伸縮材料。特別優(yōu)選地，所述合金材料是使67-87質(zhì)量％的Co、剩余部分的Fe及不可避免的雜質(zhì)熔解并凝固而成的。在該情況下，能夠容易地制造磁致伸縮量100ppm以上的磁致伸縮材料。進(jìn)一步優(yōu)選地，所述合金材料是使71-82質(zhì)量％的Co、剩余部分的Fe及不可避免的雜質(zhì)熔解并凝固而成的。在對(duì)該組成的合金材料進(jìn)行熱加工后，通過進(jìn)行冷加工，能夠?qū)⒋胖律炜s材料的磁致伸縮量提高至130ppm以上。

在本發(fā)明中，所述合金材料也可以是使67-87質(zhì)量％的Co、1質(zhì)量％以下的Nb、Mo、V、Ti及Cr中的一種或兩種以上的組合、剩余部分的Fe及不可避免的雜質(zhì)熔解并凝固而成的。在該情況下，所制造的磁致伸縮材料的磁致伸縮量相較于不添加Nb、Mo、V、Ti或Cr的情況稍有降低，但是能夠增大機(jī)械強(qiáng)度，尤其是，能夠增大拉伸強(qiáng)度。在含有Nb、Mo、V、Ti及Cr中的兩種以上的組合的情況下，將組合的總計(jì)質(zhì)量％設(shè)置在1質(zhì)量％以下。

尤其在合金材料是由67-72質(zhì)量％的Co、0.6質(zhì)量％以下的Nb、Mo、V、Ti及Cr中的一種或兩種以上的組合、剩余部分的Fe及不可避免的雜質(zhì)熔解并凝固而成的情況下，在熱加工后，通過進(jìn)行冷加工使磁致伸縮材料的磁致伸縮量提高至110ppm以上，并且能夠使機(jī)械強(qiáng)度增大。

這種增大了機(jī)械強(qiáng)度的磁致伸縮材料，適用于要求耐久性的設(shè)備，例如利用了逆磁致伸縮效果的振動(dòng)發(fā)電或傳感器等用途。

在本發(fā)明中，優(yōu)選熱加工在1200℃以下的溫度進(jìn)行，更加優(yōu)選地，在以900～1100℃加熱后，從爐中取出在1100～700℃之間進(jìn)行塑性變形。優(yōu)選所述合金材料是有能夠進(jìn)行由沖壓機(jī)或錘子等所進(jìn)行的熱鍛造或熱開坯、由滾軋機(jī)所進(jìn)行熱軋、冷軋等加工的尺寸的鑄塊體材料。

也可以是，在熱加工后或冷加工后，以不超過Fe-Co類二元系狀態(tài)圖中的(bcc+fcc)/bcc相邊界的溫度來進(jìn)行熱處理。在具體的溫度范圍中，也可以在熱加工后或冷加工后以400～1000℃進(jìn)行熱處理。

熱加工或冷加工后的磁致伸縮材料的形狀并未被限定，若進(jìn)行例示，則可列舉出棒狀、線狀、板狀等。

(三)有益效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠使在利用逆磁致伸縮現(xiàn)象的振動(dòng)發(fā)電或力量傳感器等中使用的磁致伸縮材料的磁致伸縮量提高的磁致伸縮材料的制造方法及磁致伸縮量增加方法。

附圖說明

圖1是連同制造方法一起表示本發(fā)明的實(shí)施例1的、合金材料的組成與磁致伸縮量的關(guān)系的圖表。

圖2是Fe-Co類二元系狀態(tài)圖。

圖3是表示各Co的質(zhì)量％下的本發(fā)明的實(shí)施例2的添加元素的添加量與拉伸強(qiáng)度的關(guān)系的圖表。

圖4是表示各Co的質(zhì)量％下的本發(fā)明的實(shí)施例2的添加元素的添加量與磁致伸縮量的關(guān)系的圖表。

具體實(shí)施方式

下面，基于附圖，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。

·成分Co：67～87質(zhì)量％；Fe及不可避免的雜質(zhì)：剩余部分。

在將由該成分構(gòu)成的合金材料熔解、鑄造后進(jìn)行熱鍛造，從而能夠制造磁致伸縮量100ppm以上的塊體磁致伸縮材料。進(jìn)而，在熱鍛造后進(jìn)行冷軋，由此能夠進(jìn)一步增加磁致伸縮量。也可以在熱鍛造后進(jìn)行熱軋。另外，也可以在熱軋后進(jìn)行冷軋。

·成分Co：71～82質(zhì)量％；Fe及不可避免的雜質(zhì)：剩余部分。

在將由該組成構(gòu)成的合金材料熔解、鑄造后進(jìn)行熱鍛造，從而能夠制造磁致伸縮量110ppm以上的塊體磁致伸縮材料。進(jìn)而，在熱鍛造后進(jìn)行冷軋，由此能夠制造磁致伸縮量130ppm以上的磁致伸縮材料。

·成分Co：76～82質(zhì)量％；Fe及不可避免的雜質(zhì)：剩余部分。

在將由該組成構(gòu)成的合金材料熔解、鑄造后進(jìn)行熱鍛造，進(jìn)而進(jìn)行冷軋，從而能夠制造磁致伸縮量150ppm以上的磁致伸縮材料。

·成分Co：67～87質(zhì)量％；Nb、Mo、V、Ti及Cr中的一種或兩種以上的組合：1質(zhì)量％以下；Fe及不可避免的雜質(zhì)：剩余部分。

在將由該組成構(gòu)成的合金材料熔解、鑄造后進(jìn)行熱鍛造，進(jìn)而進(jìn)行冷拉伸，從而能夠制造磁致伸縮量為65～139ppm、拉伸強(qiáng)度為695～1010MPa的磁致伸縮材料。

·熱加工、冷加工

熱環(huán)境或冷環(huán)境下的鍛造、滾軋、拔絲等加工使磁致伸縮量增加?？梢哉J(rèn)為磁致伸縮量將受到結(jié)晶組織、應(yīng)變、晶格缺陷等的復(fù)雜影響。

·400～1000℃下的熱處理

即使在熱加工、冷加工后以消除應(yīng)變等目的而以400～1000℃實(shí)施熱處理也不會(huì)大幅降低磁致伸縮量。另外，也可以在熱加工與冷加工之間進(jìn)行熱處理。但是若在1000℃以上進(jìn)行熱處理則有時(shí)磁致伸縮量會(huì)顯著降低，其原因被認(rèn)是與fcc相的析出等有關(guān)。將Fe-Co類2元系狀態(tài)圖示于圖2。

接著，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的Fe-Co類塊體磁致伸縮材料的制造方法的一例進(jìn)行說明。

例如，在氣氛中通過感應(yīng)爐將由上述組成構(gòu)成的合金材料熔解、精煉，之后進(jìn)行鑄錠，接著在加熱至900～1100℃后出爐，并進(jìn)行熱加工(熱鍛造、熱軋或熱鍛造后的熱軋等)形成棒材、線材或板材形狀。然后，在為線材的情況下進(jìn)行冷拉伸并直接進(jìn)一步做成細(xì)線材，或者做成在冷環(huán)境下進(jìn)行彎曲矯正而得到的棒材。在為棒材的情況下，在冷環(huán)境下進(jìn)行彎曲矯正。在為板材的情況下，進(jìn)行彎曲矯正并直接做成板材、或者通過冷軋做成更薄的板或帶材。這樣制造的線材、棒材、板材、帶材將直接或加工成使用形狀以供使用?；蛘咭部梢杂?00～1000℃進(jìn)行熱處理來使用。

實(shí)施例

(實(shí)施例1)

將由表1所示的各質(zhì)量％的Co、剩余部分的Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的合金材料在Ar氣流中熔煉7kg，澆鑄至模具從而制作出大約80mmφ的鑄塊(表1的試驗(yàn)(1)～(5)的熔解工序)。

接著，在表1的試驗(yàn)(1)～(4)中，將鑄塊在1000～1100℃的煤氣燃燒加熱爐中保持1小時(shí)后出爐，通過熱鍛造用氣錘成形為大約15mm厚的板(熱鍛造工序)。

然后，在表1的試驗(yàn)(1)、(2)中，通過輥式冷軋機(jī)使15mm厚的板成形為0.3mm厚的板(冷軋工序)。進(jìn)而在表1的試驗(yàn)(2)中，在電爐中以800℃保持1小時(shí)后進(jìn)行爐體冷卻(熱處理工序)。

另外，在表1的試驗(yàn)(3)、(4)中，在用電爐將15mm厚的板在大約1100℃保持1小時(shí)后，通過輥式熱軋機(jī)，從而滾軋至1mm厚(熱軋工序)。進(jìn)而在表1的試驗(yàn)(4)中，在電爐中以800℃保持1小時(shí)后進(jìn)行爐體冷卻(熱處理工序)。

在表1的試驗(yàn)(5)中，從熔解后鑄造并保持不變的狀態(tài)切出試樣，在電爐中以800℃保持1小時(shí)后進(jìn)行爐體冷卻(熱處理工序)。

這樣一來，通過試驗(yàn)(1)～(5)，制造出塊體磁致伸縮材料。

磁致伸縮測(cè)量用試樣成形為長(zhǎng)度8mm×寬度5mm×厚度0.3mm，通過粘接劑(Vishay社制，“M-Bond610”)來粘接應(yīng)變計(jì)(共和電業(yè)株式會(huì)社制，“KFL-05-120-C1-11L1M2R”)。在磁致伸縮測(cè)量中，使用振動(dòng)試樣型磁力計(jì)(東榮工業(yè)株式會(huì)社制，“VSM-5-10”)，在室溫下外加最大磁場(chǎng)12kOe，使用多輸入數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)(基恩士(キーエンス)株式會(huì)社制，“NR-600”(附屬應(yīng)變計(jì)測(cè)單元“NR-ST04”))來測(cè)量應(yīng)變計(jì)的阻力變化，從而決定磁致伸縮量。

將其結(jié)果示于表1及圖1。

如表1及圖1所示，在試驗(yàn)(1)～(4)中的Co：67～87質(zhì)量％、Fe及不可避免的雜質(zhì)：剩余部分的組成范圍中，均能夠獲得超過100ppm的較大的磁致伸縮量。

對(duì)此，在試驗(yàn)(1)～(4)中的Co：67～87質(zhì)量％、Fe和不可避免的雜質(zhì)：剩余部分的組成范圍之外的試樣中，示出低于100ppm的磁致伸縮量。另外，即使是與試驗(yàn)(1)～(4)相同的組成域，在沒有實(shí)施試驗(yàn)(5)的熱塑性加工的試樣中，示出低于100ppm的磁致伸縮量。

(表1)

(實(shí)施例2)

將由表2、表3所示各質(zhì)量％的Co；各質(zhì)量％的Nb、Mo、V、Ti或Cr；剩余部分的Fe及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的合金材料，在Ar氣氛中熔煉7kg，澆鑄至模具從而制作出大約80mmφ的鑄塊(熔解工序)。

接著，將鑄塊在1000～1100℃的煤氣燃燒加熱爐中保持1小時(shí)后出爐，通過熱鍛造用氣錘成形為大約16mmφ(熱鍛造工序)。

接著，通過冷拉伸成形為大約8mmφ的線材(冷拉伸工序)。進(jìn)而在電爐中以800℃保持1小時(shí)后進(jìn)行爐體冷卻(熱處理工序)。

這樣就制造出了磁致伸縮材料。

由制造出的磁致伸縮材料制成4mmφ的JIS14A號(hào)拉伸試驗(yàn)片、以及長(zhǎng)度8mm×寬度5mm×厚度0.3mm的磁致伸縮測(cè)量用試樣，以供試驗(yàn)。拉伸強(qiáng)度是通過英斯特朗型(インストロン型)拉伸試驗(yàn)機(jī)測(cè)量出。將其結(jié)果示于表2及圖3。通過與實(shí)施例1同樣的方法來進(jìn)行磁致伸縮量的測(cè)量。將其結(jié)果示于表3及圖4。

如表2及圖3所示，在Co：67.5～86.5質(zhì)量％中，拉伸強(qiáng)度將與1質(zhì)量％以下的添加元素的添加量呈比例地增加。另外，如表3及圖4所示，在Co：67.5～86.5質(zhì)量％中，對(duì)于1質(zhì)量％以下的添加元素的添加量，磁致伸縮量呈二次曲線狀降低。在Co：67.5～71.5質(zhì)量％、Nb、Mo、V、Ti或Cr：0.6質(zhì)量％以下、Fe及不可避免的雜質(zhì)：剩余部分的組成范圍內(nèi)，均能使磁致伸縮量提高至110ppm以上，同時(shí)相較于無添加的試樣，能夠獲得較大的機(jī)械強(qiáng)度。

添加元素中的Nb、Mo、V、Ti、Cr均為通過固溶強(qiáng)化來增大機(jī)械強(qiáng)度的元素，同時(shí)添加兩種以上的元素也可獲得與添加一種同樣的效果。例如，由Co：71.5質(zhì)量％、Nb：0.36質(zhì)量％、V：0.24質(zhì)量％、Fe及不可避免的雜質(zhì)：剩余部分的組成所構(gòu)成的合金具有磁致伸縮量為120ppm、拉伸強(qiáng)度為830MPa的特性。

這樣的增大了機(jī)械強(qiáng)度的磁致伸縮材料適用于要求耐久性的設(shè)備，例如利用了逆磁致伸縮效果的振動(dòng)發(fā)電或傳感器等用途。利用了逆磁致伸縮效果的振動(dòng)發(fā)電或傳感器，由于反復(fù)施加力而變形劣化，但是若使用增大了機(jī)械強(qiáng)度的磁致伸縮材料，則能夠延長(zhǎng)使用壽命。

(表2)

強(qiáng)度(拉伸強(qiáng)度、Mpa)

(表3)

磁致伸縮(pPm)