TbDyFe超磁致伸缩材料(GMMs)是一种先进的智能材料,能实现磁能和机械能的快速转换,在高效换能器、大载荷致动器及高精度传感器等领域有广阔的应用前景。但是,这种超磁致伸缩材料的磁弹耦合行为具有复杂的非线性,严重限制了器件的控制精度,是当前该材料应用中亟待解决的重要问题。本文通过调控初始磁畴分布状态,优化磁矩运动路径,提出了磁热感生各向异性改善非线性磁弹耦合行为的新途径,并制备出高线性度的高性能材料。在实验方面,系统研究了磁场退火对<110>取向TbDyFe材料的显微组织、磁畴形貌和磁弹耦合行为的调控作用,改善了力磁耦合场中的磁致伸缩非线性,显著提高了饱和磁致伸缩性能,并降低了达到最佳服役性能的偏置压力和磁场。在理论方面,基于磁畴旋转理论和能量最低原理,揭示了不同初始磁畴分布状态下力磁耦合场中的磁矩运动路径,进而解释了磁热感生各向异性对非线性磁弹耦合行为的调制机理；此外,建立了同时考虑退磁效应和晶体生长机制的磁矩旋转模型,解释了磁热感生各向异性对离轴磁化过程中的磁矩旋转路径即各向异性磁致伸缩的作用机制。主要发现如下：对<110>取向TbDyFe材料进行垂直和离轴磁场退火,增大特定易磁化方向的磁畴体积分数,促进低场下的90°畴变,改善了磁弹耦合行为的非线性,并显著提高磁致伸缩性能。在居里点以上温度对<110>取向材料进行磁场退火,即冷却过程中沿垂直轴向或偏离轴向35°施加240kA/m的磁场,晶体学择优取向和显微组织无明显改变,但初始磁畴分布状态发生显著变化。与热退磁态试样相比,无预应力下的饱和磁致伸缩显著提高,并仍保持明显的磁致伸缩“跳跃”效应。在30MPa预压应力下,垂直磁场退火试样的饱和磁致伸缩达2680ppm,为目前公开报道的同类材料的最高值,离轴磁场退火后饱和磁致伸缩也可达2330ppm。磁致伸缩线性段也显著提高,由热退磁态的1037ppm分别增大至垂直磁场退火态的1620ppm和离轴磁场退火态的1358ppm。此外,在相同的偏置条件下,两种方式磁场退火后的磁致伸缩应变率d33也得到了大幅提高。与垂直磁场退火相比,离轴磁场退火降低了达到最大d33的预压应力和临界磁场,亦即TbDyFe材料在低场和低载荷下的服役性能得到提高。揭示了磁热感生各向异性对离轴磁化过程中的磁矩运动路径和相应磁致伸缩行为的作用机制。系统研究了不同初始磁化状态下的各向异性磁致伸缩行为,发现垂直轴向的磁场退火处理不仅增大了发生纵向磁致伸缩“回落”的临界磁化角度,而且降低了“回落”的绝对值。同轴磁场退火则可显著提高垂直磁化时的纵向饱和磁致伸缩,由处理前的-640ppm提高至-1669ppm,增大了1.6倍。建立了同时考虑退磁效应和<110>取向晶体形成机制的磁致伸缩模型,很好地预测了不同方向磁化时的各向异性磁致伸缩,与实验数据吻合。此外,基于磁矩的“旋转”和“跳跃”两种方式揭示了不同初始磁化状态时的磁矩运动路径,基于晶体学关系划分了9类磁畴,揭示了不同磁化过程中的多类磁畴体积分数演变规律,解释了磁热感生各向异性对离轴磁化时磁致伸缩的作用机制。采用磁力显微镜(MFM)观察了不同方式磁场退火后的磁畴形貌,为磁热感生各向异性造成的初始磁畴再分布提供了直接证据。磁场退火明显改变了<110>取向材料的初始磁畴分布状态,总体上使多种形态的磁力分布图变为单一的、趋于相互平行的直条纹,即磁畴的磁矩由等价的自发磁化排列状态趋于沿某些(或某一)特定的易磁化方向排列。垂直磁场退火后,磁矩趋于沿横截面内的易磁化方向分布,有利于促进磁化过程中(尤其是低场下)磁矩的900旋转,从而显著提高磁致伸缩性能。同轴磁场退火则使磁矩趋于沿<110>轴向附近分布,即减少了分布于垂直面内的磁矩数量,降低了磁化过程中的90°畴变,因而造成磁致伸缩的显著不同。磁力显微研究表明,磁场退火趋于诱导超磁致伸缩材料形成单轴各向异性,合理解释了本文观察到的实验现象,为建立磁热感生各向异性与磁弹耦合效应的内在联系提供了重要依据。揭示了磁热感生各向异性强弱对TbDyFe<110>取向晶体磁弹耦合效应的作用机制。基于磁畴旋转理论和能量最低原理,模拟了诱导不同感生各向异性能量时的三维自由能分布,根据能量最低方向确定了磁热感生各向异性诱导的初始磁矩再分布过程,并计算了相应的磁致伸缩。与预压应力诱导的垂直截面内的面内各向异性不同,磁热处理诱导8个易磁化方向等价分布的磁化矢量趋于一个特定的易轴排列,当感生各向异性能量达到临界值36kJ/m3时,从初始的具有立方对称性的内禀磁晶各向异性转变为单轴型感生各向异性,即形成理想的初始90°磁畴状态。感生各向异性能量低于该临界值时,<110>取向晶体仍表现明显的磁致伸缩“跳跃”效应；达到或超过这一临界值时,磁致伸缩“跳跃”效应消失,但无预应力时的饱和磁致伸缩显著提高,很好地解释了实验中观察到的现象。此外,揭示了磁热感生各向异性与预压应力对磁致伸缩的协同作用,并据此提出了在高载荷条件下进一步提高磁致伸缩性能的途径。