Ga原子对Fe-Ga合金原子磁矩的影响

D0I:10.13374/i.issn1001053x.2001.01.039 第26卷第4期 北京科技大学学报 Vol.26 No.4 2004年8月 Journal of University of Science and Technology Beijing Aug.2004 Ga原子对Fe-Ga合金原子磁矩的影响 韩志勇张茂才高学绪 周寿增 北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要研究了FeGa合金中Ga原子对合金的平均原子磁矩的影响.Fe中掺入Ga原子后， 并不是简单的“稀释”作用.与纯Fe的原子磁矩相比，FeGa合金中平均原子磁矩减小的同时， 在低Ga含量范围，Fe原子的磁矩随Ga含量的增加而增大：当Ga含量大于17%（原子分数）时， Fe原子磁矩随着Ga含量的增大而减小. 关健词FeGa合金：磁致伸缩：磁矩 分类号TG132:TG146 铁中掺入Ga和Al原子后，其磁致伸缩应变 晶格常数.沿轴向切出中2mm×2mm的圆柱试样， 明显增大，Fe-A1的应变可以达到100×10‘，而 使用LDJ9600型振动样品磁强计测定材料的磁 单晶FeGa的接近400×10，是Fe的磁致伸缩应 滞回线和饱和磁化强度， 变的10倍.非磁性的Ga,A山，Be等原子的加入能 增大Fe的磁致伸缩应变的原因一直是人们关注 2实验结果与讨论 的问题. Fe和FeGa合金磁滞回线和磁化曲线如图1 由于FeGa系列合金具有较大的磁致伸缩应 和图2所示.Fe的饱和磁化强度为219.6Amkg: 变而倍受人们的关注.Clark等人m认为，FeGa的 磁致伸缩应变和合金中的有序程度密切相关，而 个 200 Fe中Ga含量的不同以及热处理都影响着FeGa 100 合金的有序度，从而改变合金的磁致伸缩应变. 合金中原子磁矩的大小直接影响着磁致伸缩材 0 型 料应变的大小，并且和合金的有序度紧密联系 -100 着.为进一步探明掺杂Ga原子能够增加Fe的磁 -200 致伸缩应变的原因，本文研究了Fe1o-Ga(x=l6, -60 -40-200.204060 17,18,19,21,25)合金中Ga含量对原子磁矩的影响 磁场强度/(kAm) 规律. 图1Fe和Fe-Gm合金的磁滞回线 Fig.1 Hysteresis loops of Fe and Fe-Ga 1实验方法 250 选用高纯度Fe和Ga作原材料（原材料的纯 200 Fe 度大于99.99%)，在型号为ZQ0.01真空感应熔 Fe.0s Fe.Gu 炼炉中经过真空感应熔炼，浇铸出6炉Fe-Ga 100 (x=16,17,18,19,21,25)的棒状合金试样.距初始端 0 12mm处，切出8mm长的试样，表面经800砂纸 露 打磨后，用DMAX-RB型X射线衍射仪分析测量 20 40 60 合金衍射峰的位置和强度，并由此计算出样品的 磁场强度/kAm) 收稿日期2003-11-20韩志勇男，33岁，博士研究生 图2Fe和Fe-Ga合金的磁化曲线 *国家自然科学基金资助项目No.10274005) Fig.2 Magnetization curves of Fe and Fe-Ga

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 恤 原子对 卜 合金原子磁矩的影响 韩志 勇 张 茂才 高学绪 周 寿增 北 京 科技大学 新金 属 材料 国家重 点 实验 室 ， 北 京 摘 要 研 究 了 合 金 中 原 子对 合 金 的平 均 原子 磁 矩 的影 响 中掺 入 原 子 后 ， 并不 是简单的 “ 稀 释 ” 作用 与纯 的原子磁矩相 比 ， 曰 合 金 中平 均 原子 磁矩 减 小 的 同 时 ， 在低 含量 范 围 ， 原子 的磁矩 随 含 量 的增 加 而 增 大 当 含 量 大于 原 子 分数 时 ， 原子磁 矩 随着 含 量 的增 大而 减 小 关键词 司 合 金 磁 致伸 缩 磁矩 分 类号 铁 中掺入 和 原子 后 ， 其磁 致伸缩 应 变 明显 增 大 ‘喇 ， ， 的应 变 可 以达 到 小 一石， 而 单 晶 叫 的接近 一 ‘ ， 是 。 的磁 致 伸缩应 变 的 倍 非 磁 性 的 ， 等 原子 的加 入 能 增 大 的磁 致伸 缩应 变 的原 因一 直 是 人们 关 注 的 问题网 ， 由于 司 系列合 金 具有 较 大 的磁 致伸 缩应 变 而倍 受 人 们 的关注 等 人 认 为 ， 川 的 磁 致伸缩应 变和 合 金 中的有序程度 密切 相 关 ， 而 中 含 量 的不 同 以及 热 处 理 都 影 响着 司 合 金 的有 序度 ， 从而 改变 合 金 的磁 致伸 缩 应 变 合 金 中原子 磁 矩 的大 小 直 接 影 响着 磁 致 伸 缩 材 料 应 变 的大 小 ， 并 且 和 合 金 的有 序 度 紧 密 联 系 着 为进 一 步探 明掺 杂 原 子 能够 增 加 的磁 致伸 缩应 变 的原 因 ， 本文研 究 了 ， 几 二 ， ， ， ， ， 合 金 中 含 量对 原 子 磁 矩 的影 响 规律 晶格 常 数 沿 轴 向切 出中 叹 的 圆柱试 样 ， 使 用 型 振 动 样 品磁 强 计 测 定 材料 的磁 滞 回线 和饱 和 磁 化 强度 实验 结 果 与讨 论 和 司 合 金 磁 滞 回线和 磁 化 曲线 如 图 和 图 所 示 的饱 和 磁 化 强度 为 吨 ，‘ 且 一 ︵罗 。代︶飞日 仍 侧尽橄斟 一 卢爵 ， … 一 刽一 一 磁 场 强度 一 ’ 图 和 一 合 金 的磁 滞 回 线 褚 · 坛 】 一 广一一一一 一一一吧 化诊瑞 二蕊获诬一蕊娜 ， 八工‘工 ﹄ ︵ ‘， ︸洲侧妞翅︶飞燃丈切日 实验 方 法 选 用 高纯 度 和 作 原材 料 原材料 的纯 度大 于 ， 在 型 号 为 刁 真 空 感 应熔 炼 炉 中经 过 真 空感应 熔 炼 ， 浇 铸 出 炉 一 氏 价 ， ， ， ， ， 的棒 状 合 金 试 样 距 初 始 端 处 ， 切 出 长 的试 样 ， 表 面 经 俘砂纸 打磨后 ， 用 爪仙沉 型 射 线衍 射 仪 分 析测 量 合 金衍 射 峰 的位 置和 强度 ， 并 由此 计算 出样 品 的 收稿 日期 一 一 韩志 勇 男 ， 岁 ， 博士 研 究生 国家 自然科学 基金 资助项 目 。 磁 场 强度汉认 一 ‘ 图 和 价一 合金 的磁 化 曲线 一 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．2004．04．039

·388+ 北京科技大学学报 2004年第4期 随着合金中Ga含量的增加，FeGa样品的饱和磁 很小，剩磁和矫顽力都很低，这是软磁材料的基 化强度逐渐减小，由FeGa6的184Amkg减小到 本特征，合金磁性参数如表1所示 Fe.Ga.的130Amkg.Fe和FeGa合金的磁滞都 随着G含量的增加，合金的晶格常数增大， 表1Fe和FeGa合金的晶格常数和磁性能参数 Table 1 Lattice parameter and magnetic properties of Fe and Fe-Ga alloys 材料 品格常数/A 饱和磁化强度，o(Amkg)剩磁，M,(Amkg') 娇顽力，H/CkAm') Fe 2.8660 219.6 0.4503 0.4503 FeaGais 2.8955 184.7 0.2634 0.2658 FenGan 2.9042 181.7 0.5142 0.4813 FenGau 2.9080 174.7 2.2090 0.3522 FenGau 2.9131 172.3 0.4460 0.7774 FenGan 2.9162 154.3 2.0870 0.3522 FersGas 2.9181 130.0 1.5490 0.7410 将Fe的晶格常数以及磁性参数带入公式μ= Ao. 当非磁性的Ga原子加入到Fe中时，形成Fe 可以计算出Fe的原子磁矩为侧： Ga固溶体，固溶体内各原子的结合是金属的结 H=0-=2.036x10-Am 合，原子内的外层电子比较自由，不限制在一个 特定的原子内，而可以在近邻各原子之间游动， 其中，A为原子质量，N。为1mol物质的原子数 由于电子是非局域的，3d过渡金属原子的磁矩大 (6.025×10).由此可以得到单个铁原子的平均磁 小都不是整数，只能用能带理论来解释，依据 矩（有效玻尔磁子数）%=台-2.204,4=9.273x Slater J C关于过渡金属原子磁矩是非整数的量 10-2“Am,B为玻尔磁子. 子理论的解释，在过渡金属的3d能带中，考虑到 a-Fe为体心立方，每个单胞中含有2个Fe 电子之间的交换作用，3d能带劈裂为3d,3d两个 原子，Fe中掺入Ga原子后，形成替代式固溶体. 次能带，正负自旋次能带中空穴的差值造成了 对于FewGa6合金，饱和磁化强度184.7Am/kg,可 Fe,Co,Ni的原子的有效玻尔磁子数分别为2.24， 以计算出单胞中的原子磁矩：4=g=3.56×10” 1.74,0.6a.FeGa合金中，由于3d和4是混合带， No Am,单胞中的原子平均磁矩（有效玻尔磁子数） G阳原子的外层电子可以补充或减小各能带中的 %=台-1.92. 电子分布.对于Slater关于铁磁性合金有效磁矩 的解释，铁磁性合金的平均磁矩是外层电子数的 由于16%的Fe原子被Ga原子替代，考虑到 函数，且满足斯莱特一泡利(Slater-Pauling)曲线， Ga为非磁性离子，FeGa合金中磁矩主要是Fe的 对于F合金原子磁矩的计算，其原子磁矩减少 磁矩贡献.FeuGais单胞中的铁原子平均磁矩（有 的规律可用下式表示： 效玻尔磁子数)%=片=2.29 4m=2.2-naM 采用同样方法可以得到G含量（原子分数） 式中，n为加入金属和Fe的电子数差，aw为加入金 分别为17%，18%，19%，21%，25%的FeGa合金的 属的浓度， 平均原子磁矩和Fe的原子磁矩，如表2所示. 依据此式，FeGa合金的原子有效玻尔磁子 表2FeGa合金的密度和平均原子磁矩 数如图3所示，从图中可以看出，斯莱特一泡利曲 Table 2 Mean magnetic moment per atom and density of 线和实验值相比存在较大的误差，其中原因可能 Fe-Ga alloys 是斯莱特一泡利曲线适合于周期表上相互接近 材料平均原子磁矩aFe原子磁矩a密度/t~m) 的元素组成的合金，搀杂元素的4s,3d能带上的 FeuGais 1.92 2.29 7.9977 电子和基体元素3d能带上的电子能量较为接近， FenGan 1.89 2.30 8.0152 从而4s,3d能带上的电子可以选择较低能量的3d FepGau 1.82 2.23 8.0275 FenGais 1.80 2.23 8.0327 能带，改变Fe的3d能带上电子的填充浓度，对于 FenGaz 1.62 2.05 8.0646 FeGa合金，原子序数相差5,4s,4p能带上的电子 FenGay 1.38 1.94 8.1214 不能全部跑到Fe原子的3d能带上，与斯莱特-

北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 随着 合 金 中 含 量 的增 加 ， 一右 样 品 的饱和 磁 化 强度 逐渐 减 小 ， 由 ， ‘ 的 瓜 减 小 到 岛， 氏， 的 和 右 合 金 的磁滞都 很 小 ， 剩磁 和 矫顽 力都 很低 ， 这 是 软磁 材 料 的基 本特 征 ， 合 金 磁 性参 数 如 表 所 示 随着 含 量 的增 加 ， 合 金 的 晶格 常数 增 大 表 和 合金 的 晶格常数和 磁 性 能参数 介 川 二 尹 肠 ， 心 材料 晶格常数 饱 和磁 化强度 ， 司 一 ， 剩 磁 ， 鱿找 、 一 ， 矫顽 力 ， 卯伽 一 ， “ ‘ 鞠 一， 饰 ， 仇， ，， 肠， ， ， ， ， ‘ 一 ‘ 。 。 ‘ 。 ， ‘ ， 。 ， ， 、 ， 、 、 将 的 晶格 常数 以及 磁 性 参 数带 入 公 式召二 等 生 ， ， ‘ ’ “ 目 曰 ‘ 口 ” 堆 ， 休 ’山 夕 狱 ’ “ 、 “ 找尸 ’ 可 以计 算 出 的 原子 磁矩 为 ‘ ， 仄 ， · 。 一 ” “ 筹井 二 ， 一 刀 ， 尸 ” ‘ ” ‘ 一 ’ 其 中 ， 为 原 子 质 量 ， 为 物 质 的 原子 数 、 一勺 ， 由此 可 以得 到单 个铁 原子 的平 均磁 矩 有效 玻 尔磁 子 数 。 。 二 答 一 伽 习 ， 户 。 一 、 门 从 ‘ ’ 叹 淋 尹 ” ” 刀 一 ‘ 一华 。 ’ 尸” ” 一 ‘ “ 一 平 ， 刀为玻 尔磁 子 一 为体 心 立 方 ， 每 个 单 胞 中含 有 个 原 子 ， 中掺 入 原 子 后 ， 形 成 替代 式 固溶 体 对 于 知 ‘ 合 金 ， 饱和 磁 化 强度 ， 可 ， 、 、 … ‘ 。 ‘ 一 一 一 氏 ， ， 。 ，， 以计 算 出单 胞 中 的 原 子 磁 矩 “ 一 筛 一 “ ” ‘” 一” ， 单 胞 中 的 原子 平 均 磁 矩 有 效 玻 尔磁 子 数 。 一 专 一 ‘ 知 尹 “ ， ， 。 由于 的 原子 被 原子 替 代 ， 考 虑 到 为非磁 性 离子 ， 合金 中磁矩 主 要 是 的 磁 矩 贡 献 知 ，‘ 单 胞 中 的铁原子 平 均 磁矩 有 效玻 尔磁 子 数， 。 一 贵 一 · 外一 采 用 同样 方法 可 以得到 含量 原子 分 数 分别 为 ， ， ， ， 的 月 合 金 的 平均 原 子 磁 矩 和 的原 子磁矩 ， 如 表 所 示 表 合 金 的 密度 和 平均 原子磁矩 二 沙 廿 叨 心 ” 材料 平均 原 子磁 矩加 。 原 子磁 矩 。 密 度 · 一今 ‘ · ， ， ， ， ‘ 饥 ， ， 氏 ， 耘 当非 磁 性 的 原 子 加 入 到 中时 ， 形 成 卜 固溶 体 ， 固溶 体 内各 原 子 的 结 合 是 金属 的 结 合 ， 原 子 内的外层 电子 比较 自由 ， 不 限制在 一 个 特 定 的原 子 内 ， 而 可 以在近 邻各 原 子 之 间游动 由于 电子 是 非局 域 的 ， 过 渡金属 原子 的磁 矩 大 小 都 不 是 整 数 ， 只 能用 能带 理 论 来解释 依 据 关 于 过 渡 金 属 原 子 磁 矩 是 非 整 数 的量 子 理 论 的解 释 ， 在过渡 金 属 的 能带 中 ， 考 虑 到 电子 之 间的交 换作用 ， 能带劈裂 为 武 才 两 个 次 能 带 ， 正 负 自旋 次 能带 中空 穴 的差 值 造 成 了 ， 。 ， 的 原 子 的有 效 玻 尔磁 子 数 分 别 为 知、 加 ， ， 。 卜 合 金 中 ， 由于 和 是混合 带 ， 原 子 的外 层 电子 可 以补 充或减 小各 能带 中的 电子 分布 对 于 关 于 铁磁 性 合 金有效 磁 矩 的解释 ， 铁磁 性合 金 的平均磁矩 是 外层 电子数 的 函数 ， 且 满足 斯 莱特 一 泡 利 曲线 ， 对 于 合 金 原 子 磁 矩 的计 算 ， 其 原 子 磁矩 减 少 的规 律可 用 下 式 表 示 产一 一 林 式 中 ， 为加 入 金属 和 的 电子数 差 ， 甄为加 入 金 属 的浓 度 依据 此 式 ， 曰 合 金 的原 子 有 效玻 尔磁 子 数 如 图 所 示 从 图 中可 以看 出 ， 斯莱特 一 泡利 曲 线和 实验值相 比存在较 大 的误 差 ， 其 中原 因可 能 是 斯 莱 特 一 泡 利 曲线 适 合 于 周 期 表 上 相 互 接 近 的元 素 组 成 的合 金 ， 搀 杂元 素 的 ， 能带上 的 电子和 基体元 素 能带上 的 电子 能量较 为接近 ， 从 而 ， 能带上 的 电子 可 以选择较 低 能量 的 能 带 ， 改变 的 能带 上 电子 的填 充浓度 ， 对 于 刊 合 金 ， 原 子序 数 相 差 ， ， 能带 上 的 电子 不 能全 部 跑 到 原 子 的 能 带上 ， 与斯 莱特 一

Vol.26 No.4 韩志勇等：Ga原子对FeGa合金原子磁矩的影响 ·389· 2.5 核之间的距离与参加交换作用的电子壳层半径 之比要大于3，但不能太大，两个原子之间的距离 2.0 如果太大，电子云重迭很少，致使铁磁性减弱，所 越 斯莱特一泡利曲线 以，G原子的糁入不仅改变了合金的磁矩，而且 对参加交换作用的原子半径有着一定的影响.所 世1.5 以，晶格常数过大或过小都可以影响到原子间的 相互作用，从而可以导致磁致伸缩应变的降低， 1.0L 这方面的内容还需进一步研究， -5 51015202530 Ga含量% 图3Fe-Ga合金的平均原子磁矩π和Fe原子磁矩， 3结论 随Ga含量的变化 Fe1m-Ga(x=16,17,18,19,21,25)合金中，替代 Fig.3 Atomic moment and the moment per Fe atom /r. Ga原子能够增加Fe的磁致伸缩应变的原因是与 versus Ga concentration for Fe-Ga alloys 原子的磁矩和原子间距离的改变有关.Fe被Ga 泡利曲线相比，填充速度较慢，从而造成曲线下 原子替代后，合金平均原子磁矩减小，不满足斯 降较缓. 莱特-泡利曲线.Ga原子的加入增大了磁性Fe Kawamiya等人m对Fem-Ga,(xl4)的研究表 原子的原子磁矩，并随着G含量的增加而减小， 明，FeGa合金中Fe原子磁矩随x的增加而增大. 而这可能是合金磁致伸缩应变增大的一个主要 Fc的原子磁矩为2.24，随着Ga原子的掺入，Fe 原因，FeGa合金的晶格常数随Ga含量的增大而 的原子磁矩增加，说明Ga的价电子填充到了Fe 增大，晶格常数与参加交换作用的原子半径间的 的3d”上，增大与3d的差值，造成Fe原子磁矩的 变化关系可能是磁致伸缩应变增大的又一因素. 增加.随着Ga浓度的增加，3d"次能带上电子随 之增加，结果体现为Fc的原子磁矩随Ga含量的 参考文献 增加而增大.Ga含量到一定浓度时，正自旋的电 1 Clark A E,Restorff J B,Wun-Fogle M,et al.Magnetos- 子数达到最大值，随着负自旋电子数的增加，F® trictive properties of body-centered cubic Fe-Ga and Fe- 原子磁矩开始下降，说明Ga对Fe磁矩的影响不 Ga-Al alloys [J].IEEE Trans Magn,2000,36(5):3238 是“简单”的稀释作用，Fe的原子磁矩随Ga含量 2 Kellogg RA,Flatau A B,Clark AE.et al.Temperature and stress dependencies of the magnetic and magnetos- 的不同而变化， trictive properties of Fe Gao.9 [J].J Appl Phys,2002,91 物质的铁磁性来源于铁磁物质中原子之间 (10):7821 的相互作用，作用的大小与原子之间的距离有 3 Clark A E,Wun-Fogle M,Restorff J B,et al.Effect of 关，从表1中可以看出，Ga原子的掺入增大了Fe quenching on the magnetostriction of Fe-,Ga,(0.13<x 的晶格常数，并随Ga含量的增加而增大，由此似 <0.21)[J.EEE Trans Magn,2001,37(4):2678 乎可以认为晶格常数的增加是磁致伸缩应变增 4 Cullen J R,Clark A E,Wun-Fogle M,et al.Magnetoelas- 大的又一原因.但是，Be原子的掺入也能增大Fe ticity of Fe-Ga and Fe-Al alloys[J].J Magn Mater,2001, 的应变，而Fe一Be合金的晶格常数却随Be含量 226-230:948 5 Srisukhumbowornchai N,Guruswamy S.Large magnet- 的增大而减小.另外文献[l0]中发现，FeGa,的 ostriction in directionally solidified FeGa and FeGaAl all- 磁致伸缩应变最大，这说明材料的磁致伸缩与晶 oys [J].J Appl Phys,2001,90(11):5680 格常数的大小有关但不是决定性因素， 6 Hall R C.Magnetostriction of aluminum-iron single cry- 物质具有铁磁性的前提条件必须保证交换 stals in the region of 6 to 30 atomic percent aluminum [ 积分常数A>0, J Appl Phys,.1957,28(6):707 1_1-1>0. 7 Cullen J R,Clark A E,Wun-Fogle M,et al.Magnetoelas- ri2 ral rb2 ticity of Fe-Ga and Fe-Al alloys [J].J Magn Mater,2001, 式中，ru是作用原子间原子核之间的距离，r和ra 226-230:948 分别为交换作用电子分别距离原子核的距离.满 8 Bozorth R M.Ferromagnetism [M].Newyork:D Van Nos- 足这一条件的同时，还必须满足近邻原子的原子 trand Company,Ltd,1953

韩志 勇等 原 子 对 心 合金 原 子磁 矩 的 影响 一 裂越寒小吸 一 含量 核 之 间 的距 离 与参加 交 换 作 用 的 电子 壳层 半径 之 比要 大 于 ， 但 不 能太 大 ， 两个 原子之 间的距 离 如果 太 大 ， 电子 云 重迭 很少 ， 致使铁磁性减弱 所 以 ， 原 子 的掺 入 不 仅 改变 了合 金 的磁 矩 ， 而 且 对 参 加 交换 作用 的原子 半 径有着 一 定 的影 响 所 以 ， 晶格 常数 过 大或 过 小都 可 以影 响到 原 子 间的 相 互 作 用 ， 从 而 可 以导 致磁 致伸 缩 应 变 的 降低 ， 这 方 面 的 内容 还 需进 一 步研 究 图 一 合金 的平均 原子磁矩万和 原 子磁矩产 随 含且 的变化 万 衅 产、 枕比 此 如 ” 。 泡 利 曲线相 比 ， 填 充速 度 较 慢 ， 从 而造 成 曲 线 下 降较 缓 等 人，，对 一 氏 的研 究表 明 ， 司 合 金 中 原 子磁 矩 随 的增 加 而 增大 的原子磁 矩 为 脚 ， 随着 原 子 的掺入 ， 的原子磁 矩 增 加 ， 说 明 的价 电子 填充 到 了 的 上 ， 增 大 与 一 的差值 ， 造 成 原 子磁 矩 的 增 加 随着 浓 度 的增 加 ， 次 能 带上 电子 随 之 增加 ， 结 果体现 为 的原子 磁 矩 随 含 量 的 增 加而 增 大 含 量 到 一 定浓 度 时 ， 正 自旋 的 电 子 数 达 到 最 大 值 ， 随着 负 自旋 电子 数 的增 加 ， 原子磁 矩 开始下 降 ， 说 明 对 磁矩 的影 响不 是 “ 简单 ” 的稀释 作用 ， 的原 子磁 矩 随 含 量 的不 同而 变化 物 质 的铁 磁 性 来 源 于 铁 磁 物质 中原 子 之 间 的相 互 作 用 ， 作 用 的大 小 与 原 子 之 间 的距 离有 关 ， 从 表 中可 以看 出 ， 原子 的掺 入 增 大 了 的 晶格 常数 ， 并 随 含量 的增 加 而增 大 ， 由此 似 乎 可 以认 为 晶格 常 数 的增加 是磁 致 伸缩 应 变 增 大 的又 一 原 因 但 是 ， 原 子 的掺 入 也 能增 大 的应 变 ， 而 一 合 金 的 晶格 常 数 却 随 含 量 的增 大而 减 小 另外 文 献 〔 中发 现 ， 肠 ，， 的 磁 致伸缩应 变 最 大 ， 这 说 明材料 的磁致伸 缩 与 晶 格 常 数 的大小 有 关但 不 是 决 定性 因素 物 质 具 有 铁 磁 性 的前 提 条 件 必 须 保 证 交 换 积 分 常数 ， 即 上 土 一土 与 气 式 中 ， 是作用 原子 间原子核之 间的距 离 ， 和 、 分别 为交换作 用 电子 分别距 离原子 核 的距 离 满 足 这 一 条件 的 同时 ， 还 必 须满足近 邻 原子 的原子 结论 ， 咭 氏 ， ， ， ， ， 合 金 中 ， 替代 原子 能够 增 加 的磁 致伸缩 应 变 的原 因 是 与 原子 的磁 矩 和 原 子 间距 离 的 改变有 关 被 原子 替代 后 ， 合 金平 均 原 子磁 矩 减 小 ， 不 满 足 斯 莱特 一 泡 利 曲线 原 子 的加 入 增 大 了磁 性 原 子 的原 子磁 矩 ， 并随着 含量 的增 加 而 减 小 ， 而 这 可 能 是 合 金 磁 致 伸 缩 应 变 增 大 的 一 个 主 要 原 因 合 金 的 晶格 常数 随 含 量 的增大 而 增 大 ， 晶格常数 与参加 交换作用 的原子 半径 间的 变化 关系可 能 是磁致伸 缩应 变增 大 的又 一 因素 参 考 文 献 ， ， 一 ， 一 曰 ， 月 ， ， ， ， ， 助 ‘ 名 ， 衡 ， ， ， ， 一 ， 叮 ， 一， 氏 明 ， ， 民 ， 一 ， 川 一 ， ， 一 ， 【 ， ， 一 · ， ， 民 ， 一 ， 川 ， ’ ， 一 ， 助 从叹 、 助 ，

·390· 北京科技大学学报 2004年第4期 9 Kawamiya N,AdachiK,Nakamura Y.Magnetic proper- 10韩志勇，高学绪，张茂才，等.取向多晶FeGa合金 ties and Mossbauer investigations of Fe-Ga alloys [J].J 结构与磁致伸缩应变研究[).自然科学进展，2003， Phys Soc Jpn,.1972,33(5):1318 13(6):655 Effect of Ga Atom on Magnetic Moment of Fe-Ga Alloys HAN Zhiyong,ZHANG Maocai,GAO Xuexu,ZHOU Shouzeng State Key Laboratory for New Advanced Metal Materials,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China ABSTRACT The effect of Ga atom on the mean magnetic moment per atom of Fe-Ga alloys was discussed.It was found that FeGa alloys exhibit a markedly different behavior from simple magnetic dilution.With the decrease in mean moment per atom,the moment-per-iron atom increases with the substitution of Ga atom and decreases when the content of Ga atom is larger than 17%. KEY WORDS Fe Ga alloy;magnetostriction;magnetic moment 亚st6tc6堂t6堂置6Ye6望6 ResPooTo6里e6堂w里6Y6里ao6父e望a里a6Ya6Yem里里6堂5Ys堂Y6Yasa6Ya6a%Ye6Ya皇5堂6堂s望a6Y6望5eo堂6sY6望5望 From Journal of University of Science and Technology Beijing,2004,11(4):343 3-D thermo-mechanical coupled FEM simulation of continuous hot rolling process of 60SiMnA spring steel bars and rods AI Jiahe'2,GAO Huiju,ZHAO Tongchun',XIE Xishan',LIU Yu 1)Department of Materials Science and Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China 2)Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)Department of Powder Metallurgy,Advanced Technology Materials Co.Ltd,Beijing 100081,China 4)Iron&Steel Technological Center,Liaoning Special Steel (Group)Co.Ltd,Dalian 116031,China ABSTRACT The 3-D thermo-mechanical coupled elasto-plastic finite element method(FEM)was used for the simulation of the two-pass continuous hot rolling process of 60SiMnA spring steel bars and rods using MARC/Auto- Forge3.1 software.The simulated results visualize the metal flow and the dynamic evolutions of the strain,stress and temperature during the continuous hot rolling,especially inside the work-piece.It is shown that the non-uniform distributions of the strain,stress and temperature on the longitudinal and transverse sections are a distinct character- istic of the continuous hot rolling,which can be used as basic data for improving the tool design,predicting and con- trolling the microstructural evolution of a bar and rod. KEY WORDS 60Si2MnA spring steel;bar;rod;elasto-plastic FEM;thermo-mechanical coupled;metal flow

一 北 京 科 技 大 学 学 报 年 第 期 盯 ， ， 丫 司 ， ， 韩志 勇 ， 高学绪 ， 张 茂才 ， 等 取 向多晶 司 合 金 结构与 磁 致伸缩应 变研 究 明 自然科学进展 ， ， 司 月叼 ， 凡 几白 ， 通 爪碑已义鱿 口 州比 ， 扮 ， 吨 ， 访 七 州 司 鲜贝 八也 也 ， 奴 刊 功 印 舒 ， ， 了 了 一 一 认 ， ’ ’ ， 去 侧犷 ， 尤陌 石‘ ， ” ， 恤 ， ， ， 口 ， ， 别由 园】 卿 ‘ 助 幽 成 ， 】 ‘ ， 一 一 一 汕 幻刀 一 ‘ 诱 加 泳 妞城 即 ， 一 场叭 小 而 ， 呼加 田傲 ， ， 加明 磁 一 一