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研究生: 白禮維
Li-Wei Pai
論文名稱: 鐵鎵合金Fe81Ga19之磁彈性質與機械性質研究
Magneto-Elastic and Mechanical Properties of Fe81Ga19 Alloy
指導教授: 鄭偉鈞
Wei-Chun Cheng
任盛源
Shien-Uang Jen
口試委員: 張晃暐
Huang-Wei Chang
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 94
中文關鍵詞: 鐵鎵合金Fe81Ga19機械性質磁性質
外文關鍵詞: Galfenol Fe81Ga19
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磁致伸縮材料在感應元件的應用上極具潛力,而鐵鎵合金是繼
Terfenol-D (Tb-Dy-Fe)合金之後,具有潛力而受到關注的新型磁致伸
縮材料,主要因為鐵鎵合金的機械性質與原料與製作成本等條件皆優
於 Terfenol-D 合金。本文針對訂製 Fe81Ga19 鐵鎵合金,以震動式樣品
磁力計(VSM)、磁伸縮測量儀與 TGA 熱重分析儀檢測磁性質,並使
用 X-ray 繞射儀、光學顯微鏡、SEM 掃描式電子顯微鏡、TEM 穿透
式電子顯微鏡分析探討相組成、晶體結構,最後使用非破壞性的
RFDA 共振頻率阻尼分析儀檢測機械性質。最後進行不同條件之熱處
理並重複上述檢測 ,期望能藉由控制微結構進而改善其磁性質。實驗
結果,由金相、磁性質、機械性質推斷訂製之Fe81Ga19 鐵鎵合金可能
經過鑄造後熱鍛空冷。 磁致伸縮的量測結果與外加磁場下的楊氏係數
變化結果趨勢吻合,使用不同形式電子顯微鏡和 X-ray 繞射儀確認了
內部相結構主要為 A2 相與 D03 相。最後經過不同熱處理後的詴片雖
然在磁性質方面無明顯改善,但熱處理後空冷的詴片轉變為延性材料,
對製造加工方面有所助益。


Magnetostrictive materials have great potential in applying sensing
devices. Galfenol have attracted lots of attention because of the advantage,
including better mechanical properties, lower costs than other
magnetostrictive materials. This study focuses on the mechanical and
magnetic properties of Galfenol Fe81Ga19 bulk.
In this study, the characteristics of sample were analysed by using
vibration sample magnetometer(VSM) , strain gauges, and Thermal
Gravimetric Analyzer (TGA). In order to observe the mirco-structure with
Scanning Electron Microscope (SEM), Transmission Electron
Microscopy(TEM), X-ray Diffraction (XRD), Optical Microscope(OM).
Furthermore, specimens were put under different heat treatment in
addition to improve magnetic properties. The results of this study, we
have observed A2 and D03 phases within Galfenol Fe81Ga19 bulk.
Although, the magnetic properties were not improved during different
heat treatment, specimen under 850°C anneal air cooling appears ductility,
which contributes to metalworking.

摘要 ...........................................................................I Abstract ..........................................................................II 目錄 .........................................................................III 圖目錄 .........................................................................VII 表目錄 .........................................................................XII 第一章 簡介 .........................................................................1 第二章 文獻回顧 .........................................................................3 2.1 磁性物質之分類 ....................................................................... 3 2.1.1 反磁性(diamagnetism) ...........................................3 2.1.2 順磁性(paramagnetism) ..........................................4 2.1.3 鐵磁性(ferromagnetism) ..........................................4 2.1.4 反鐵磁性 (antiferromagnetism) ...................................5 2.1.5 亞鐵磁性(ferrimagnetism)......................................... 5 2.2 Fe-Ga 合金的結構 ................................................... 5 2.3 居里溫度(Curie temperature, Tc) .................................. 6 2.3.1 磁異向性......................................................... 6 2.3.2 磁晶軸異向性(Magneto crystalline anisotropy) ............ 7 2.3.3 形狀異向性(Shape anisotropy) ...................................... 8 2.3.4 磁彈性異向性(Magneto-elastic anisotropy) .................. 8 2.3.5 感應磁異向性(Induced magnetic anisotropy)................ 9 2.3.6 交換異向性(Exchange anisotropy) .............................. 10 2.4 磁致伸縮 ....................................................... 10 第三章 實驗儀器與原理 ................................................ 19 3.1 共振頻率和阻尼分析儀 ............................................. 19 3.2 TGA 熱重分析 ................................................... 22 3.3 磁伸縮量測儀 ................................................... 22 3.4 樣品振動磁力計 ................................................. 23 3.5 光學顯微鏡 OM .................................................. 24 3.6 X 光繞射儀 ..................................................... 25 3.7 掃描式電子顯微鏡 ................................................ 25 3.8 穿透式電子顯微鏡 ................................................ 26 第四章 實驗步驟 ..................................................... 31 4.1 光學顯微鏡 OM ................................................... 31 4.2 掃描式電子顯微鏡 SEM ............................................. 32 4.3 穿透式電子顯微鏡 TEM ............................................. 32 4.4 X 光繞射儀分析 ................................................... 33 4.5 TGA 熱重分析 ..................................................... 34 4.6 VSM 樣品震動磁力計.................................................. 34 4.7 磁致伸縮量測 ...................................................... 35 4.8 機械性質量測 ...................................................... 36 第五章 結果與討論 ...................................................... 44 5.1 OM 分析 .......................................................... 44 5.2 SEM-EDS 分析 ..................................................... 45 5.3 XRD 與 TEM 分析 .................................................. 46 5.4 VSM 分析 ......................................................... 47 5.5 TGA 分析 ......................................................... 47 5.6 磁致伸縮結果分析 .................................................. 47 5.7 機械性質分析 ...................................................... 48 第六章 結論 ........................................................... 75 第七章 參考文獻 ....................................................... 77

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