一种Tb-Dy-Fe超磁致伸缩材料的回收再生制备方法及再生棒材

本发明属于稀土功能材料回收再生和磁致伸缩材料制备，具体涉及一种tb-dy-fe超磁致伸缩材料的回收再生制备方法及通过该方法获得的再生棒材。

背景技术：

1、tb-dy-fe合金又称铽镝铁或terfenol-d，是以rfe2laves相为主要功能相的稀土铁基磁致伸缩材料，具有较大的磁致伸缩应变、较高能量密度和较快响应速度，可用于水声换能器、精密驱动器、主动振动控制、传感器和智能执行器等领域。

2、现有tb-dy-fe磁致伸缩棒材多采用高纯稀土金属和铁为原料，经熔炼、定向凝固和热处理制得。该类材料的磁致伸缩性能与rfe2主相含量、第二相分布、晶粒择优取向和棒材轴向组织连续性密切相关。富fe的rfe3相会降低有效rfe2主相比例，而过量富稀土相会削弱基体连续性和应变传递能力。

3、tb-dy-fe超磁致伸缩材料通常以棒材等形式作为磁-机械能量转换元件使用，常被安装在换能器或执行器等结构中。在材料制备、切割加工、安装装配、服役使用和拆解回收过程中，tb-dy-fe超磁致伸缩材料可能出现裂纹、端面损伤、表面氧化、导热胶残留、切槽环氧树脂残留以及附着永磁体等问题。上述问题使废旧件、损伤件、返回料、残次件、边角料、棒段或拆解件难以作为完整磁致伸缩构件直接使用或回装，同时也会在再熔炼过程中引入杂质、气体或成分偏移。

4、现有稀土回收技术多侧重于从废旧稀土磁体或合金中提取稀土盐、稀土氧化物或金属，流程通常包括酸溶、萃取、沉淀、焙烧或还原等步骤，虽然可实现元素回收，但流程长、废液处理压力大，且不能直接获得具有取向组织和磁致伸缩性能的tb-dy-fe棒材。

5、不同来源的待回收tb-dy-fe材料，其状态和所含非有效组分可能存在明显差异。例如，制备或加工过程中产生的残次件、边角料、棒段和返回料可能具有表面氧化、加工污染或成分偏移；安装、服役或拆解过程中产生的材料还可能含有胶黏物、树脂、附着永磁体和机械损伤。上述非有效组分不能参与形成再生tb-dy-fe合金，若直接以清理前材料总质量确定稀土加入量，容易造成补偿计算基准偏差。

6、因此，亟需提供一种针对制备、加工、安装、服役或拆解过程中产生的废旧件、损伤件、边角料、残次件、棒段或返回料等tb-dy-fe超磁致伸缩材料的直接回收再生方法，以降低所述材料中可能存在的有机胶黏残留、附着异种磁性材料、表面氧化层、机械损伤以及成分偏移对再生过程的影响，调控再生棒材中富fe的rfe3相和富稀土相的形成，并获得具有明显轴向取向组织和较高磁致伸缩性能的再生棒材。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种tb-dy-fe超磁致伸缩材料的回收再生制备方法；获得具有明显取向组织和较高磁致伸缩性能的再生tb-dy-fe超磁致伸缩材料。

2、本发明要解决的另一个技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种通过tb-dy-fe超磁致伸缩材料的回收再生制备方法获得的再生棒材。

3、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

4、一种tb-dy-fe超磁致伸缩材料的回收再生制备方法，包括以下步骤：

5、s1：提供待回收的tb-dy-fe超磁致伸缩材料；

6、进一步，步骤s1中，所述待回收的tb-dy-fe超磁致伸缩材料包括废旧件、损伤件、返回料、残次件、边角料、棒段或拆解件中的一种或多种。可能含有裂纹、端面损伤、导热胶残留、或环氧树脂残留，或附着永磁体和/或表面氧化层；

7、s2：对待回收的tb-dy-fe超磁致伸缩材料进行热预处理；

8、热预处理使导热胶残留和/或环氧树脂残留等发生脱附、热分解或炭化，降低后续熔炼中碳、氢及挥发性杂质的引入；

9、s3：对热预处理后的待回收材料进行机械清理，去除其中存在的附着永磁体、表面氧化层、损伤端部、胶黏残留炭化物和其他污染物，随后清洗、干燥并称重，得到清理后的回收原料；

10、s4：以步骤s3所得清理后的回收原料质量为基准，加入tb金属和dy金属进行回收料成分补偿，所加入的tb金属和dy金属的加入总量为清理后的回收原料质量的1～8wt.%（优选为4.5～5.5wt.%），得tb金属和dy金属成分补偿后的回收原料；

11、本技术所称回收料成分补偿量，是指在首次熔炼前，以清理并干燥后的回收原料质量为基准，按照预设比例确定的tb金属和dy金属的名义加入总量；所述回收料成分补偿量用于降低待回收材料在制备、加工、安装、服役、拆解、氧化、损伤及清理中的一种或多种过程中可能形成的成分偏移对再生组织和性能的影响。本技术所称熔炼烧损补偿量，是指在所述回收料成分补偿量之外，为补偿本次熔炼过程中可能发生的tb和dy烧损而额外加入的tb金属和dy金属总量；所述熔炼烧损补偿量不计入所述1～8wt.%回收料成分补偿量；

12、s5：将tb金属和dy金属成分补偿后的回收原料在真空或惰性气氛保护下熔炼，得到再生母合金；

13、s6：对所得再生母合金进行定向凝固，获得具有轴向取向凝固组织的再生tb-dy-fe棒材；

14、s7：对定向凝固后的再生tb-dy-fe棒材进行热处理，获得以(tb,dy)fe2laves相为主相的再生铽镝铁磁致伸缩棒材。

15、进一步，步骤s2中，热预处理温度为300～650℃，保温时间为0.5～3h；更优选地，热预处理温度为450～550℃，保温时间为0.5～1.5h。

16、进一步，步骤s3中，机械清理包括机械剥离、切割、打磨、磨削、喷砂和超声清洗中的一种或多种。

17、进一步，步骤s4中，回收料成分补偿中，tb金属和dy金属的质量比为20～40∶60～80，更优选为28～32∶68～72。在所述1～8wt.%回收料成分补偿量之外，还可另行加入相当于清理后的回收原料质量0.01～0.30wt.%的由tb金属和dy金属组成的熔炼烧损补偿料，以补偿本次熔炼过程中的稀土烧损，所述熔炼烧损补偿量不计入回收料成分补偿量。

18、进一步，步骤s5中，熔炼为真空电弧熔炼、真空感应熔炼或悬浮熔炼。惰性气氛为高纯氩气（本技术所述高纯气体的纯度大于等于99.99%），熔炼后进行2～5次翻熔或重熔，以提高成分均匀性。

19、进一步，步骤s6中，定向凝固抽拉速率为1～10mm/min，更优选为3～7mm/min，进一步优选为5mm/min。且定向凝固方向与再生棒材轴向一致。

20、进一步，步骤s7中，热处理温度为850～1050℃，保温时间为1～8h；更优选地，在氩气气氛中于1000℃保温4h。

21、本发明还提供一种再生铽镝铁磁致伸缩棒材，其由上述回收再生制备方法制得，所述再生棒材以(tb,dy)fe2laves相为主相，富fe的rfe3相受到抑制，在室温、400 ka/m磁场、8～16 mpa轴向预压应力下的磁致伸缩应变不低于1200 ppm。

22、本发明的技术效果和优点如下：

23、1、通过热预处理与机械清理相结合，可有效去除待回收tb-dy-fe超磁致伸缩材料表面的胶黏残留、树脂残留、附着永磁体、氧化层和损伤端部，降低外来杂质对再熔炼纯净度的影响。

24、2、以清理并干燥后的回收原料质量为基准实施回收料成分补偿，可以降低不同来源待回收材料中非有效组分及其在制备、加工、安装、服役、拆解、氧化、损伤和清理过程中可能形成的成分偏移对补偿计算的影响，抑制因稀土相对不足而形成富fe的rfe3相。

25、3、通过控制回收料成分补偿量，可避免过量富稀土相生成，从而维持rfe2主相比例和基体连续性。

26、4、通过熔炼、定向凝固和热处理，可将废旧件、损伤件、返回料、残次件、边角料、棒段或拆解件直接再生为具有取向组织和较高磁致伸缩性能的tb-dy-fe棒材，实现tb、dy关键稀土元素的循环利用。

27、本发明的目的在于提供一种tb-dy-fe超磁致伸缩材料的回收再生制备方法及再生棒材，以降低不同来源待回收材料中可能存在的胶黏残留、表面氧化层、附着异种磁性材料及其他污染物对再熔炼纯净度的影响，降低机械损伤、氧化损耗及清理过程引起的有效合金质量变化和成分偏移对回收料成分补偿计算及成分稳定性的影响，并在再生过程中抑制稀土相对不足时富fe的rfe3相形成以及回收料成分补偿过量时富稀土相增加，从而获得具有明显取向组织和较高磁致伸缩性能的再生棒材。