Physico-chemical properties of galfenols obtained on the basis of a powder alloy Fe-21.5 (wt.%) Ga

Editorial Board PCSS Journal; Дмитро Гончарук; Геннадій Баглюк; Олексій Хоменко; Олена Хоменко

doi:10.15330/pcss.27.2.420-427

Автор(и)

Дмитро Гончарук Інститут проблем матеріалознавства ім. І.Францевича НАНУ, Київ, Україна
Геннадій Баглюк Інститут проблем матеріалознавства ім. І.Францевича НАНУ, Київ, Україна
Олексій Хоменко Інститут проблем матеріалознавства ім. І.Францевича НАНУ, Київ, Україна
Олена Хоменко Інститут проблем матеріалознавства ім. І.Францевича НАНУ, Київ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.15330/pcss.27.2.420-427

Ключові слова:

галфеноли, порошкові матеріали на основі заліза, механічні властивості, магнітострикційні властивості, корозійна стійкість

Анотація

Визначено властивості матеріалів, розроблених на основі порошкового сплаву Fe-21.5 мас.% Ga, який за складом є аналогом промислових галфенолів – новітніх магнітострикційних матеріалів, що використовуються в підводному зв'язковому обладнанні, пристроях дистанційного керування, біотехнологіях тощо. Досліджено бінарні та потрійні сплави, отримані формуванням та спіканням порошкових сумішей базового складу (Fe-21.5 мас.% Ga), а також з додаванням до цієї суміші порошків зміцнюючи дисперсних частинок карбіду або нітриду чи дибориду титану. Порошкові галфеноли мають високі механічні властивості в умовах стискання (границі текучості (умовної) та міцності сягають до 999 МПа і до 1447 МПа відповідно). Електричний опір розроблених галфенолів коливається від 55 до 67 мкОм·см, що відповідає середньому рівню електричного опору промислових галфенолів (60–80 мкОм·см). Коефіцієнти магнітострикції порошкових галфенолів визначені відносно рівня цього показника для чистого заліза, становлять 210 ppm (базовий склад), 180 ppm (базовий склад + 5 об.% TiB₂) та 160…165 ppm (базовий склад + 5 об.% TiC; базовий склад + 5 об.% TiN), що повністю задовольняє вимогам до промислових галфенолів. Порошковий ґалфенол базового складу проявляє найбільшу корозійну стійкість у середовищі, що імітує морську воду і за класіфікацією 10-бальної шкали корозійної стійкості відноситься до групи корозійностійких матеріалів (4 бал). Галфеноли потрійного складу мають нижчу корозійну стійкість і залежно від складу можуть бути віднесені до групи помірно стійких матеріалів (5-6 бали).

Посилання

J.H. Liu, C.B. Jiang, H.B. Xu. Giant magnetostrictive materials. Sci. China, Ser. E: Technol. Sci. 55, 1319; (2012), https://doi.org/10.1007/s11431-012-4810-0.

C. Gao, Z. Zeng, S. Peng & C. Shuai. Magnetostrictive alloys: Promising materials for biomedical applications. Bioactive Materials, 8, 177, (2022), https://doi.org/10.1016/j.bioactmat.2021.06.025.

Patent US 8487487 B2. H.J. Timothy, G. Dietz. Magnetostrictive actuator of a medical ultrasound transducer assembly, and a medical ultrasound hand piece and a medical ultrasound system having such actuator, (2013).

J. Boisse, H. Zapolsky, A. G. Khachaturyan. Atomic-scale modeling of nanostructure formation in Fe–Ga alloys with giant magnetostriction: Cascade ordering and decomposition. Acta Materialia, 59(7), 2656, (2011), https://doi.org/10.1016/j.actamat.2011.01.002.

Q. Xing, Y. Du, R.J. McQueeney, T.A. Lograsso. Structural investigations of Fe–Ga alloys: Phase relations and magnetostrictive behavior. Acta Materialia, 2008. 56(16),4536, https://doi.org/10.1016/j.actamat.2008.05.011.

I.S. Golovin, V.V. Palacheva, V.Yu, Zadorozhnyy, J., Zhu. Influence of composition and heat treatment on damping and magnetostrictive properties of Fe-18%(Ga + Al) alloys. Acta Materialia, 78, 93, (2014), https://ui.adsabs.harvard.edu/link_gateway/2014AcMat..78...93G/doi:10.1016/j.actamat.2014.05.044.

Na S.M., Flatau A.B. Deformation behavior and magnetostriction of polycrystalline Fe–Ga–X (X = B, C, Mn, Mo, Nb, NbC) alloys. J. Appl. Phys.,103, 1, (2008), https://doi.org/10.1063/1.2838772.

A.J. Boesenberg, J.B. Restorff, M. Wun-Fogle, H. Sailsbury, E. Summers. Texture development in Galfenol wire. J. Appl. Phys. 113(17), (2013), https://doi.org/10.1063/1.4794186.

I. Gervasyeva, V. Milyutin, N. Nikolaeva. The structure and properties of Fe85Ga15 and Fe87Ga13 alloys after hydroextrusion deformation and subsequent annealing. Materials Today Proceeding, 19, 2258, (2019), https://doi.org/10.1016/j.matpr.2019.07.591.

D. I. Holsworth, D. L.. Du. Quesnay. Fatigue properties of Galfenol steels. Intern. Journal of Fatigue, 128, 105177, (2019), https://doi.org/10.1016/j.ijfatigue.2019.06.037.

T. Takahashi, T. Okazaki Y. , Furuya. Improvement in the mechanical strength of magnetostrictive (Fe–Ga-Al)–X–C (X = Zr, Nb and Mo) alloys by carbide precipitation. Scr. Mater., 61, 5, (2009), https://doi.org/10.1016/j.scriptamat.2008.12.032.

Т. Grigorieva, S. G. Kovaliova, V. Senyut. Thermobaric Sintering of Mechanocomposites of the System Fe-Ga. Journal of Materials Science and Engineering B, 5(8), 270 (2015), https://doi.org/10.17265/2161-6221/2015.7-8.003.

S. M. Na, J. Galuardi, , A. B. Flatau. Consolidation of (001)-Oriented Fe–Ga Flakes for 3-D Printing of Magnetostrictive Powder Materials. IEEE Transactions on Magnetics, 53(11), 14, (2017), https://doi.org/10.1109/tmag.2017.2697865.

Chaus A.S. , Dománková M. Unknown high-speed steel. Materials Letters, 292, 129653, (2021), https://doi.org/10.1016/j.matlet.2021.

I. Alimov, Z.A. Duriagina. Corrosion and protection of metals from corrosion (Donetsk-Lviv: LLC "Eastern Publishing House", 2012).

Khomenko, A.I., Khomenko, E.V. Microstructural analysis software package. Powder Metall Met Ceram 46, 100–104 (2007). https://doi.org/10.1007/s11106-007-0016-6

Kubaschewski O. Iron-Binary Phase Diagrams. Springer, Berlin, 1982. http://link.springer.com/book/10.1007%2F978-3-662-08024-5.

А. Arblaster, John W. Selected Values of the Crystallographic Properties of Elements (Materials Park, Ohio: ASM International, 2018).

I. S. Golovin, V. V. Palacheva, A. K. Mohamed, A. M. Balagurov. Structure and Properties of Fe–Ga Alloys as Promising Materials for Electronics. Physics of Metals and Metallograph, 9, 851, (2020), https://doi.org/10.1134/s0031918x20090057.

Y. He, C. Jiang, W. Wu, and all. Giant heterogeneous magnetostriction in Fe–Ga alloys: Effect of trace element doping. Acta Materialia, 109,177, (2016), https://doi.org/10.1016/j.actamat.2016.02.056.

Tables of Standard Electrode Potential. Ed. by G. Milazzo (Wiley: London, 1978).

V. Tanjore, J. N. Srisukhumbowornchai, S. Guruswamy, M. L. Free. Corrosion studies of single crystals of Fe–Ga alloys in aqueous envFements. Corrosion Science, 49(10), 4015, (2007), https://doi.org/10.1016/j.corsci.2007.05.010.