论文摘要：Fe-Ga磁致伸缩合金丝的制备和研究

本研究采用热锻和冷拔相结合的塑性加工手段，成功地制备了Fe-Ga磁致伸缩合金丝。并系统地研究了不同的制备工艺和热处理条件对Fe-Ga多晶室温相结构、磁致伸缩性能的影响。由相结构的研究得出，不同的热处理条件会对Fe-Ga合金相结构产生影响。在淬火态时，Fe-Ga合金的相结构为A2相＋D03相；炉冷时，在Fe-Ga合金中析出了L12结构相，其相结构组成应为A2相+L12相，并可能存在少量D03相。并且，相结构的研究还提供了Fe-Ga晶格中Ga-Ga原子对存在的可靠证据。由于Ga-Ga原子对沿不同方向排列造成相结构的不同，淬火态时，当Ga含量≤19%时，Fe-Ga合金中存在短程有序的modified-D03结构相，并且随着Ga含量的增多，modified-D03相在合金中所占比例增加；当Ga含量≥19%时，部分Ga-Ga原子对的排列方向改变，短程有序的modified-D03结构逐渐转变为了长程有序的standard-D03相。由于短程有序相比长程有序相更有利于提高Fe-Ga合金的磁致伸缩性能，Fe-Ga合金的磁致伸缩性能也随Ga含量的变化而改变。本文系统地研究了Fe-Ga合金定向凝固后的取向和磁致伸缩性能，以及随后在塑性加工中其取向和磁致伸缩性能的改变。Fe-Ga合金经过定向凝固后可获得沿一定晶体学方向的良好取向，显著提高其磁致应变，并且应变的压力效应更加明显。Fe85Ga15合金在压力为20MPa时，饱和磁致应变值为160ppm；Fe81Ga19合金在压力为20MPa时，磁致应变可达到180ppm。 将定向生长后的Fe-Ga合金进行热锻塑性加工，发现在加工过程中Fe-Ga合金仍然能够保持在定向生长中形成的择优取向，与铸态试样相比，定向凝固后的试样在压力加工后具有较强的织构，其饱和磁致应变也明显比经热锻加工后的铸态试样要好，并有一定的压力效应。虽然由于试样本身的组织缺陷会导致Fe-Ga合金出现一些变形缺陷，相对于定向生长后，热锻加工后棒材的磁致伸缩性能有所降低，但仍然优于Fe-Ga铸态试样。若适当的改善加工工艺参数，提高加工质量，制备出的Fe-Ga合金的磁致伸缩性能肯定会得到进一步提高。在Fe-Ga合金的塑性加工中，采用热旋锻和冷拔相结合的压力加工方法制备了Fe85Ga15磁致伸缩合金丝。Fe-Ga合金丝的微观组织为均匀分布的等轴晶，其晶粒形状规则，尺寸细小，轴心部分晶粒明显大于周边晶粒，并且晶粒形状沿轴向有轻微的拉长。但在成形过程中形成的择优取向不明显，仅有较弱的[100]方向织构，及微弱的[211]方向的织构。采用涡流传感器测量合金丝的磁致伸缩得出，拉拔态的Fe85Ga15合金丝的饱和磁致应变为21ppm，炉冷态的Fe85Ga15合金丝的饱和磁致应变增大到52ppm，而淬火态的Fe85Ga15合金丝的饱和磁致应变达到最大值66ppm。三种热处理状态下样品的饱和磁场都不高于100Oe。与传统的磁致伸缩Fe-Ni丝相比， Fe85Ga15磁致伸缩合金丝的磁致应变有了较大提高。淬火态的Fe85Ga15合金丝的饱和磁致应变可达到66ppm，比Fe-Ni合金丝的磁致应变高出两倍，从而可以提高传感器的精度及扩大其测量范围。说明Fe-Ga合金丝有望替代传统Fe-Ni磁致伸缩丝，广泛应用于传感器领域。