TbDyFeCo(B)合金的穆斯堡尔效应和磁致伸缩性能研究

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Tb-Dy-Fe超磁致伸缩合金由于具有室温超磁致伸缩性能和低磁晶各向异性常数,在机械、电子、军事等方面得到了广泛的应用。在Tb-Dy-Fe合金中进行稀土、过渡族金属或者小原子半径元素的替代或掺杂,改善其内禀磁性或应用性能,一直是该领域的研究热点。本文采用真空电弧熔炼法制备了Tb0.3Dy0.7Fe2、Tb0.36Dy0.64(Fe1-xCox)2(x≤0.30)以及Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2-yBy(y≤0.15)合金,利用X射线衍射、SQUID、穆斯堡尔谱和SEM等方法研究了Co和B元素替换Fe对Tb0.36Dy0.64Fe2合金的磁性和磁致伸缩性能的影响。获得了以下主要结论:Tb0.36Dy0.64(Fe1-xCox)2(x≤0.30)合金的穆斯堡尔谱由强度比为1:3的两套六线亚谱组成,分别代表了不同晶位的Fe原子特征,表明它们的易磁化方向在室温时均为<111>,在室温具有大磁致伸缩效应。超精细场Hhf随Co含量增大而增大,表明过渡金属亚点阵的磁矩增强。由于体积效应和电荷转移共同作用导致中心位移CS随Co含量的增加先减小后增大。随着Co的加入,核处的电场梯度增大,四极劈裂值QS(Ⅰ)及QS(Ⅱ)的绝对值均随Co含量的增大而增加。超精细参数的变化,主要是Fe的3d电子能带的填充发生了改变,可以很好地解释Tb-Dy-Fe-Co(x≤0.30)合金的磁性转变温度和磁化强度的变化。Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2-yBy(y≤0.15)合金的基体相仍具有C15型立方Laves相结构,其晶格常数随B含量增加而降低,在y=0.10时达到最小值,随后随B含量继续增加而增大。这可能是B先占据替代位置后占据间隙位置有关。随B含量增加,Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2-yBy(0≤y≤0.15)合金中富稀土相的量增多。居里温度TC和自旋再取向温度Tr随B含量增大而增大。饱和磁化强度随B含量增大而降低。B的加入导致磁晶各向异性常数K1增大。综合来看,当y=0.05时,合金在高磁场中的λ/K1达到最大值,表明该合金具有最好的高场磁致伸缩性能。适过研究Tb0.36Dy0.64(Fe0.85Co0.15)2-yBy(y≤0.15)合金的穆斯堡尔谱,发现其<111>易磁化方向保持不变,因而在室温具有巨磁致伸缩。超精细场Hhf随B含量增加而增加,能很好解释磁性转变温度和饱和磁化强度的变化。由于Fe的3d能带和B的2p能带之间发生电子转移,导致Fe的磁矩μFe增加,从而使超精细场增强。另一方面,当B含量y≤0.10时,主要是Fe自旋向下3d能带中的电子转移到B的2p能带,3d电子对Fe原子核的屏蔽作用降低,使其周围的s电子云密度增加,最终导致中心位移CS降低;当B含量y>0.10时,2p电子转移到Fe的自旋向上3d能带,使3d电子对Fe原子核的屏蔽作用增加,导致CS和Hhf同时增加。B的加入导致Fe原子核处的电场梯度降低,从而使四极劈裂值QS(Ⅱ)的绝对值随B含量增大而减小。
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