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Fe-Ga合金是近年来出现的一种新型磁致伸缩材料,由于其具有高强度、良好韧性、低场高磁致伸缩性能和低成本等优异特性,从而使其具有广泛的应用前景和商业价值。然而,实际制备的Fe-Ga合金的磁致伸缩数系数很小,还不足Tb-Dy-Fe的三分之一。提高Fe-Ga合金的磁致伸缩性能成为人们关注的课题。本文在分析目前研究和开发的Fe-Ga合金现状及存在问题的基础上,系统研究稀土掺杂、掺杂含量、快淬速度以及退火温度对性能优良的Fe83Ga17合金结构和性能的影响,并得到了一些重要结论。首先,研究了稀土Ce、Tb和Dy元素掺杂对Fe83Ga17合金结构和磁致伸缩性能的影响。研究表明,Fe83Ga17合金由单一的bcc结构的A2相组成,而稀土掺杂后的Fe83Ga17合金具有多相结构,除保持bcc结构的A2主相外,还出现了小量具有巨磁致伸缩性能的第二相。掺杂轻稀土元素的合金中出现的第二相主要含有RFe2相,掺杂重稀土元素的合金中出现的第二相主要含有RFe3相。稀土掺杂使Fe83Ga17R0.6合金在〈100〉晶向择优取向。Fe83Ga17合金为晶粒粗大的等轴晶,而Fe83Ga17R0.6(R=Ce、Tb和Dy)合金是由晶粒细小的柱状晶组成。掺杂稀土的Fe83Ga17R0.6(R=Ce、Tb和Dy)合金的磁致伸缩系数明显大于Fe83Ga17合金。掺杂不同种类的稀土元素对于改善Fe-Ga合金的磁致伸缩性能是不同的。掺杂轻稀土元素Ce的Fe83Ga17Ce0.6合金的磁致伸缩性能好于掺杂重稀土元素Tb和Dy的Fe83Ga17Tb0.6和Fe83Ga17Dy0.6合金。在外磁场为557 k A/m时,Fe83Ga17Ce0.6合金的磁致伸缩性能最好,其磁致伸缩系数达206×10-6。其次,在不同含量的稀土Ce掺杂对Fe83Ga17合金结构和磁致伸缩性能影响的研究中发现,除x=0.2合金外,Fe83Ga17Cex(x=0.4、0.6、0.8和1.0)合金主要由bcc结构的A2相和第二相Ce Fe2组成。掺杂稀土Ce的Fe83Ga17Cex合金显微组织均主要是由黑色的基体相中夹杂着白色的网状相。黑色组织为bcc结构的Fe(Ga)固溶体相,白色网状组织是点状分布的Ce Fe2相。与Fe83Ga17对照合金相比,除x=0.2合金的磁致伸缩系数略有减小外,其余掺杂稀土Ce后的合金磁致伸缩系数呈现出不同程度的增大。其中x=0.8合金的磁致伸缩系数最大,在外加磁场为557 k A/m时,磁致伸缩系数达到356×10-6。掺杂稀土Ce后合金磁致伸缩性能的改善主要归因于合金在〈100〉晶向择优取向和合金中巨磁致伸缩性能的Ce Fe2相形成。为进一步改善Fe83Ga17Ce0.8合金的磁致伸缩性能,对铸态Fe83Ga17Ce0.8合金进行快速凝固处理,系统地研究了快淬速度对Fe83Ga17Ce0.8合金微观结构和磁致伸缩性能的影响规律与机制。研究发现,快淬态Fe83Ga17Ce0.8合金具有多相结构,除保持bcc结构的Fe(Ga)主相外,还存在小量的Ce Fe2相和非对称结构的DO3相。快淬速度的增大将抑制Ce Fe2相的形成和非对称结构的DO3相析出。快淬态Fe83Ga17Ce 0.8合金由灰色基体、白亮点和黑色斑三种组织组成。灰色组织为bcc结构的Fe(Ga)固溶体相,白亮点状组织是点状分布的Ce Fe2相,而黑色斑组织可能是快淬过程中形成的非对称DO3相。随快淬速度的增大,合金的磁致伸缩系数绝对值先增大后大幅度减小,然后又略有回升。6 m/s快淬态合金的磁致伸缩系数最大,在外磁场为557 k A/m时,达到382×10-6。快淬态合金磁致伸缩性能的改善归因于合金中巨磁致伸缩性能的Ce Fe2相形成和快淬导致非对称结构的DO3相析出。最后,选取性能优良的快淬态Fe83Ga17Ce0.8合金(快淬速度为6 m/s),对其在不同温度下进行退火热处理,研究了退火温度对其结构和磁致伸缩性能的影响。研究表明,退火态合金也具有多相结构,分别由bcc结构的Fe(Ga)固溶体主相、非对称DO3结构的Fe3Ga相和少量的Ce2Fe17新相组成。而且,1323 K退火态样品中的Ce2Fe17相含量最高,且明显沿〈100〉方向择优取向。退火态合金的显微组织由灰色基体组织、分布在晶界的白亮网点状组织和深黑色斑状组织组成。灰色基体组织为bcc结构的Fe(Ga)固溶体相,白亮网点状组织是Ce2Fe17相,而黑色斑状组织仍是快淬过程中形成,而经退火处理后没有完全消失的非对称DO3结构Fe3Ga相。随着退火温度的升高,合金的磁致伸缩系数绝对值先减小后大幅度增大。1323 K退火态合金的磁致伸缩系数达最大,在外磁场为398 k A/m时,达到656×10-6。合金性能的改善与该合金中A2相沿〈100〉方向择优取向和形成的Ce2Fe17相明显增多有关。