No presente trabalho foram produzidas duas ligas policristalinas de Fe-Ga e Fe-Ga-B para estudar a influência do boro nas propriedades piezomagnéticas da liga Fe-Ga. As propriedades piezomagnéticas foram obtidas a partir de medidas de magnetostricção (λ) em função de campo magnético (H) pelo coeficiente d33 = dλ/dH e medidas de indução magnética (B) em função da tensão compressiva aplicada (σ) pelo coeficiente d*33 = dB/dσ. A composição escolhida foi com 18,6% de Ga para ambas as ligas, que é a composição que possui o maior valor de magnetostricção na liga binária. A análise da microestrutura indicou a presença das fases Fe(Ga)-α (A2) e Fe3Ga (D03) para ambas as ligas e da fase Fe2B para a liga ternária. A presença da fase Fe2B causou o refinamento dos grãos e consequentemente um pequeno aumento do campo coercitivo da liga Fe-Ga-B se comparada à liga Fe-Ga e, além disto, aumentou o campo de saturação. Consequentemente os coeficientes piezomagnéticos da liga com boro foram duas vezes menores que da liga Fe-Ga. A igualdade d33* = d33 não é satisfeita para a liga Fe-Ga nem para a Fe-Ga-B, significando que os experimentos não foram realizados em condições estritamente reversíveis. Atribui-se esta irreversibilidade à alta velocidade de carregamento usada nos experimentos de B vs σ. No entanto, a dependência dos coeficientes piezomagnéticos do campo magnético e da tensão compressiva aplicada da liga Fe-Ga-B é bem menor que da liga Fe-Ga e os valores obtidos de ~ 4 nm/A são suficientemente adequados para muitas aplicações. / In this work were maked two polycrystalline alloys of Fe-Ga e Fe-Ga-B for to study the influence of borun in the piezomagnetc properties of the Fe-Ga alloys. The piezomagnetc properties were obteined from magnetostrictive measuments (λ) in function of magnetic field (H) by the coefficient d33 = dλ/dH and magnetic induction measuments (B) in function of compressive stress applied (σ) by the coefficient d*33 = dB/dσ. The chosen composition were 18.6% of Ga to both alloys, which is the composition for the largest magnetostriction to the binary alloy. The microstructural analysis indicated the presence of the phases Fe(Ga)-α and Fe3Ga (D03) for the both alloys and Fe2B phases to the ternary alloy. The presence of the Fe2B caused the refinament of the grains and consequently a small increase in the coercive field of the Fe-Ga alloy and, in addition, increased the saturation field. Consequently, the piezomagnetic coefficients of the boron alloys were twice as low as that of the Fe-Ga alloy. The equality d33* = d33 was not satisfied for the Fe-Ga and to Fe-Ga-B meaning that the experiments were not performed under strictly reversible conditions. This irreversibility was attributed to the high loading speed used in the experiments of B vs σ. However, the dependence of the piezomagnetic coefficients of the magnetic field and the applied compressive stress of the Fe-Ga-B alloy is much lower than that of the Fe-Ga alloy and the values obtained from ~ 4nm/A are sufficiently suitable for many applications.

No presente trabalho foram produzidas duas ligas policristalinas de Fe-Ga e Fe-Ga-B para estudar a influência do boro nas propriedades piezomagnéticas da liga Fe-Ga. As propriedades piezomagnéticas foram obtidas a partir de medidas de magnetostricção (λ) em função de campo magnético (H) pelo coeficiente d33 = dλ/dH e medidas de indução magnética (B) em função da tensão compressiva aplicada (σ) pelo coeficiente d*33 = dB/dσ. A composição escolhida foi com 18,6% de Ga para ambas as ligas, que é a composição que possui o maior valor de magnetostricção na liga binária. A análise da microestrutura indicou a presença das fases Fe(Ga)-α (A2) e Fe3Ga (D03) para ambas as ligas e da fase Fe2B para a liga ternária. A presença da fase Fe2B causou o refinamento dos grãos e consequentemente um pequeno aumento do campo coercitivo da liga Fe-Ga-B se comparada à liga Fe-Ga e, além disto, aumentou o campo de saturação. Consequentemente os coeficientes piezomagnéticos da liga com boro foram duas vezes menores que da liga Fe-Ga. A igualdade d33* = d33 não é satisfeita para a liga Fe-Ga nem para a Fe-Ga-B, significando que os experimentos não foram realizados em condições estritamente reversíveis. Atribui-se esta irreversibilidade à alta velocidade de carregamento usada nos experimentos de B vs σ. No entanto, a dependência dos coeficientes piezomagnéticos do campo magnético e da tensão compressiva aplicada da liga Fe-Ga-B é bem menor que da liga Fe-Ga e os valores obtidos de ~ 4 nm/A são suficientemente adequados para muitas aplicações. / In this work were maked two polycrystalline alloys of Fe-Ga e Fe-Ga-B for to study the influence of borun in the piezomagnetc properties of the Fe-Ga alloys. The piezomagnetc properties were obteined from magnetostrictive measuments (λ) in function of magnetic field (H) by the coefficient d33 = dλ/dH and magnetic induction measuments (B) in function of compressive stress applied (σ) by the coefficient d*33 = dB/dσ. The chosen composition were 18.6% of Ga to both alloys, which is the composition for the largest magnetostriction to the binary alloy. The microstructural analysis indicated the presence of the phases Fe(Ga)-α and Fe3Ga (D03) for the both alloys and Fe2B phases to the ternary alloy. The presence of the Fe2B caused the refinament of the grains and consequently a small increase in the coercive field of the Fe-Ga alloy and, in addition, increased the saturation field. Consequently, the piezomagnetic coefficients of the boron alloys were twice as low as that of the Fe-Ga alloy. The equality d33* = d33 was not satisfied for the Fe-Ga and to Fe-Ga-B meaning that the experiments were not performed under strictly reversible conditions. This irreversibility was attributed to the high loading speed used in the experiments of B vs σ. However, the dependence of the piezomagnetic coefficients of the magnetic field and the applied compressive stress of the Fe-Ga-B alloy is much lower than that of the Fe-Ga alloy and the values obtained from ~ 4nm/A are sufficiently suitable for many applications.

Os materiais magnetostrictivos apresentam deformação elástica quando são submetidos a um campo magnético ou mudança das propriedades magnéticas quando são submetidos a uma tensão mecânica, e por isso são de grande interesse para aplicações em atuadores, sensores e aproveitadores de energia. Entretanto, os melhores materiais magnetostrictivos disponíveis são caros e frágeis. Nos últimos anos foi descoberta uma nova classe de materiais magnetostrictivos que superam este problema, a classe das ligas Fe-Ga e Fe-Al, que possuem a rara combinação de moderada magnetostricção, boas propriedades mecânicas e baixo custo associado. Atualmente, as pesquisas têm buscado meios de melhorar a magnetostricção destas ligas, tanto por adições ternárias de outros átomos, como pela utilização de diferentes métodos de fabricação, tratamentos térmicos ou processamentos mecânicos. No presente trabalho foi avaliado o efeito das adições de B e do processo de solidificação rápida na magnetostricção e microestrutura das ligas Fe-Al e Fe-Ga. Para isso, ligas policristalinas de composição nominal (Fe80Al20)1-0,01yBy, (Fe80Ga20)1-0,01yBy e (Fe72Ga28)1-0,01yBy, com y = 0; 0,5; 1; 1,5 e 2% at., foram produzidas por fusão a arco e pela técnica de solidificação rápida \"splat cooling\". A caracterização microestrutural das amostras foi realizada no MEV/EDS e DRX. A magnetostricção foi medida com campo magnético de 0 a ±2 T em 4,2, 77 e 300 K, por dilatometria de capacitância. As adições de B ocasionaram a precipitação de Fe2B nos contornos de grão da fase A2 e/ou D03 das ligas Fe-Al e Fe-Ga, resultando na redução do tamanho de grão e formação de cristais dendríticos. As ligas Fe80Al20 apresentaram um valor máximo de magnetostricção de 74 ppm com a adição de 2% at. de B. Já as ligas Fe80Ga20 e Fe72Ga28 apresentaram um máximo com a adição de 1% at. de B, sendo de 81 ppm e 143 ppm, respectivamente. Conclui-se que estas adições de B tiveram um efeito benéfico na magnetostricção das ligas Fe-Al e Fe-Ga como-solidificadas, uma vez que chegaram a ocasionar um aumento de até 100% desta propriedade em relação à liga sem B. Por outro lado, a solidificação rápida não teve efeito sobre a magnetostricção das ligas Fe-Al-B. / Magnetostrictive materials exhibit elastic deformation when subjected to a magnetic field or changing in magnetic properties when subjected to mechanical stress, so they are of great interest for applications in actuators, sensors and energy harvesters. However, the best available magnetostrictive materials are expensive and fragile. In the last years has been discovered a new class of magnetostrictive material which overcome this problem, the class of the Fe-Ga and Fe-Al alloys, which have the unusual combination of moderate magnetostriction, good mechanical properties and low associated cost. Currently, research has searched ways to improve the magnetostriction of these alloys, both for ternary additions of other atoms or by using different methods of preparation, heat treatment or mechanical processing. In the present study, we evaluated the effect of B additions and rapid solidification process on the microstructure and magnetostriction of Fe- Al and Fe-Ga alloys. For this purpose, polycrystalline alloys of nominal composition (Fe80Al20)1-0.01yBy, (Fe80Ga20)1-0.01yBy and (Fe72Ga28)1-0.01yBy, with y = 0, 0.5, 1, 1.5 e 2 at.% were produced by arc melting and splat cooling rapid solidification technique. Microstructural characterization of the samples was performed by SEM/EDS and XRD. The magnetostriction was measured under magnetic field of 0 to ±2 T, at 4.2, 77 and 300 K, by capacitance dilatometry. The B additions caused precipitation of Fe2B at the grain boundaries of A2 and/or D03 phase of Fe-Al and Fe-Ga alloys, resulting in a reduction of the grain size and formation of dendritic crystals. The Fe80Al20 alloys showed a maximum magnetostriction of 74 ppm with the addition of 2 at.% B. And, the Fe80Ga20 and Fe72Ga28 alloys showed a peak with the addition of 1 at.% B, of 81 ppm and 143 ppm, respectively. We concluded that these B additions had a beneficial effect on the magnetostriction of Fe- Al and Fe-Ga as-cast alloys, since they caused an increase up to 100% of this property in relation to the alloy without B. On the other hand, the rapid solidification had no the same effect on the magnetostriction of Fe-Al-B alloys.

Os materiais magnetostrictivos apresentam deformação elástica quando são submetidos a um campo magnético ou mudança das propriedades magnéticas quando são submetidos a uma tensão mecânica, e por isso são de grande interesse para aplicações em atuadores, sensores e aproveitadores de energia. Entretanto, os melhores materiais magnetostrictivos disponíveis são caros e frágeis. Nos últimos anos foi descoberta uma nova classe de materiais magnetostrictivos que superam este problema, a classe das ligas Fe-Ga e Fe-Al, que possuem a rara combinação de moderada magnetostricção, boas propriedades mecânicas e baixo custo associado. Atualmente, as pesquisas têm buscado meios de melhorar a magnetostricção destas ligas, tanto por adições ternárias de outros átomos, como pela utilização de diferentes métodos de fabricação, tratamentos térmicos ou processamentos mecânicos. No presente trabalho foi avaliado o efeito das adições de B e do processo de solidificação rápida na magnetostricção e microestrutura das ligas Fe-Al e Fe-Ga. Para isso, ligas policristalinas de composição nominal (Fe80Al20)1-0,01yBy, (Fe80Ga20)1-0,01yBy e (Fe72Ga28)1-0,01yBy, com y = 0; 0,5; 1; 1,5 e 2% at., foram produzidas por fusão a arco e pela técnica de solidificação rápida \"splat cooling\". A caracterização microestrutural das amostras foi realizada no MEV/EDS e DRX. A magnetostricção foi medida com campo magnético de 0 a ±2 T em 4,2, 77 e 300 K, por dilatometria de capacitância. As adições de B ocasionaram a precipitação de Fe2B nos contornos de grão da fase A2 e/ou D03 das ligas Fe-Al e Fe-Ga, resultando na redução do tamanho de grão e formação de cristais dendríticos. As ligas Fe80Al20 apresentaram um valor máximo de magnetostricção de 74 ppm com a adição de 2% at. de B. Já as ligas Fe80Ga20 e Fe72Ga28 apresentaram um máximo com a adição de 1% at. de B, sendo de 81 ppm e 143 ppm, respectivamente. Conclui-se que estas adições de B tiveram um efeito benéfico na magnetostricção das ligas Fe-Al e Fe-Ga como-solidificadas, uma vez que chegaram a ocasionar um aumento de até 100% desta propriedade em relação à liga sem B. Por outro lado, a solidificação rápida não teve efeito sobre a magnetostricção das ligas Fe-Al-B. / Magnetostrictive materials exhibit elastic deformation when subjected to a magnetic field or changing in magnetic properties when subjected to mechanical stress, so they are of great interest for applications in actuators, sensors and energy harvesters. However, the best available magnetostrictive materials are expensive and fragile. In the last years has been discovered a new class of magnetostrictive material which overcome this problem, the class of the Fe-Ga and Fe-Al alloys, which have the unusual combination of moderate magnetostriction, good mechanical properties and low associated cost. Currently, research has searched ways to improve the magnetostriction of these alloys, both for ternary additions of other atoms or by using different methods of preparation, heat treatment or mechanical processing. In the present study, we evaluated the effect of B additions and rapid solidification process on the microstructure and magnetostriction of Fe- Al and Fe-Ga alloys. For this purpose, polycrystalline alloys of nominal composition (Fe80Al20)1-0.01yBy, (Fe80Ga20)1-0.01yBy and (Fe72Ga28)1-0.01yBy, with y = 0, 0.5, 1, 1.5 e 2 at.% were produced by arc melting and splat cooling rapid solidification technique. Microstructural characterization of the samples was performed by SEM/EDS and XRD. The magnetostriction was measured under magnetic field of 0 to ±2 T, at 4.2, 77 and 300 K, by capacitance dilatometry. The B additions caused precipitation of Fe2B at the grain boundaries of A2 and/or D03 phase of Fe-Al and Fe-Ga alloys, resulting in a reduction of the grain size and formation of dendritic crystals. The Fe80Al20 alloys showed a maximum magnetostriction of 74 ppm with the addition of 2 at.% B. And, the Fe80Ga20 and Fe72Ga28 alloys showed a peak with the addition of 1 at.% B, of 81 ppm and 143 ppm, respectively. We concluded that these B additions had a beneficial effect on the magnetostriction of Fe- Al and Fe-Ga as-cast alloys, since they caused an increase up to 100% of this property in relation to the alloy without B. On the other hand, the rapid solidification had no the same effect on the magnetostriction of Fe-Al-B alloys.