高阻尼Fe-Cr-Mo合金是一种新型的功能性金属材料，在工业上被用于结构振动和噪声的控制，在轨道交通、航空航天、海洋工程及精密加工领域具有广阔的应用前景。Fe-Cr-Mo合金高阻尼的物理本质是通过磁机械滞后效应，依靠磁畴的不可逆移动大量耗散或吸收机械结构的振动和噪声能量。以往的研究发现，磁致伸缩系数越高，阻尼性能也越大。正磁致伸缩行为是Fe-Cr-Mo合金固有行为，这也使Fe-Cr-Mo合金的应用局限在拉应变性质的振动环境。在国家自然科学基金、江苏省自然科学基金、皇冠材料先进技术教育部重点实验室的大力支持下，我院胥永刚教授课题组在高阻尼Fe-Cr-Mo合金的合金化领域取得了新的进展，相关研究成果对新型减振器件的研制具有重要意义，有利于拓展Fe-Cr-Mo合金的商业应用。部分研究进展以 “Higher damping capacity induced by negative magnetostriction of Fe-16Cr-2.5Mo-0~0.2V alloys”为题发表在Journal of Alloys and Compounds上(https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2020.156673)。论文主要内容如下：

1.合金的损耗因子取决于磁致伸缩系数的绝对值。以往的研究发现，Fe-Cr-Mo合金的阻尼性能只能发生在正的磁致伸缩行为下，胥永刚教授研究小组研究表明，在负的磁致伸缩行为下，高阻尼性能也能形成。

2. 微量的V元素可实现Fe-16Cr-2.5Mo合金的磁致伸缩行为从正到负的转变。这种转变很可能是由于V原子的外层电子改变了Fe-16Cr-2.5Mo合金基体近邻原子之间的相互作用引起的。胥永刚教授研究小组的这项研究为零磁致伸缩系数特性的软磁合金的研制带来新的启示。

3. V元素的添加使磁机械滞后阻尼行为发生在负磁致伸缩条件下，这为轨道交通及土木工程领域承压型减振元器件的研制创造了条件。

磁畴结构（见图1）研究结果表明，Fe-Cr-Mo合金添加0.05%V后，组织中出现了大量的楔形畴，对畴壁的移动形成钉扎，但当V含量达到0.2%时，90°畴的数量明显增加，这为阻尼耗能机制的增强创造了条件。

图1. 900℃×1小时退火态Fe-16Cr-2.5Mo合金的磁畴结构. (a) 0V; (b) 0.05V; (c) 0.1V; (d) 0.2V

随着钒含量从0增加0.2wt.%（图2），磁致伸缩行为由正变负。V含量越高，负磁致伸缩系数的绝对值也越大。

图2. 外场作用下的磁致伸缩行为.

根据XRD的结果（见图3），施加外场后，含V的合金衍射峰发生明显右移。这意味着，BCC晶格参数出现减小（见表1），晶胞发生收缩，即磁致收缩现象，而不含钒的合金是磁滞膨胀的。

图3. 饱和磁场下退火态合金的X射线图谱.

表1. 饱和磁场下退火态合金晶格常数的变化

阻尼性能分析结果显示（见图4），添加V的退火态合金的损耗因子（内耗表示）仍旧能够保持较高水平，且V原子浓度越大，阻尼性能也越高。

图4. 振动应变对退火态合金内耗的影响.

V原子添加以后，Fe-16Cr-2.5Mo合金的磁致伸缩系数发生了从正到负的转变，见图5。虽然合金的阻尼性能在0.05%V出现明显下降，但随着V含量升高到0.1%，阻尼性能逐渐高于0V合金。

图5. 钒含量对饱和磁致伸缩系数及阻尼性能的影响.

研究小组介绍：

胥永刚研究小组依托于材料科学与工程学院及材料先进技术教育部重点实验室。目前主要以轨道交通装备领域为背景，从事减振合金及其复合材料的基础和应用研究（包括材料设计、制备、性能分析及器件开发），通过减振合金及其复合材料器件实现系统振动与噪声的有效控制。