题目：Fe-Ga-X(X=Dy, Zr)合金组织结构及磁致伸缩性能的研究

新型FeGa磁致伸缩合金在低磁场下即可达到较高的磁致伸缩应变，同时具有磁导率高、机械性能良好、可热轧、成本较低等多项优点，是发展前景非常广阔的磁致伸缩材料。到目前为止，Fe-Ga单晶的磁致伸缩系数已接近400 ppm，但是该值只有Tb-Dy-Fe 合金磁致伸缩值的五分之一。对于改善Fe-Ga合金的磁致伸缩性能，加入适当的第三元素是一可行途径。

本论文选取具有强磁晶各向异性和低温大磁致应变的稀土元素Dy作为第三元素，制备了(Fe0.83Ga0.17)100-xDyx( x=0, 0.05, 0.11, 0.25, 0.42, 0.66 )铸态及薄带合金，并选取非磁性大原子Zr做对比，制备了(Fe0.83Ga0.17)100-xZrx(x=0, 0.05, 0.11, 0.25, 0.42, 0.66)铸态合金及(Fe0.83Ga0.17)100-xZrx( x=0, 0.05, 0.11, 0.25) 薄带合金，研究了元素Dy和Zr整体取代Fe83Ga17合金对其组织结构、磁性能和磁致伸缩性能的影响。

对Fe-Ga-Dy合金组织结构研究表明：Dy元素的添加并未改变基体的相结构，合金基体仍保持无序的体心立方结构(bcc)。含Dy的铸态合金当x³0.05时有第二相Dy2Fe17-xGax (5≤x≤7)沿晶界及少数晶内大量析出，但A2相晶格常数的增大说明也有微量的Dy元素固溶于A2基体中。熔体快淬法制备Fe-Ga-Dy薄带，提高了Dy元素在Fe-Ga中的固溶度，其固溶极限为0.25<x≤0.42，超过该范围，Dy元素倾向析出形成第二相。

揭示了少量Dy元素添加对Fe-Ga合金磁性能的影响。含Dy铸态合金的居里温度随x的增加相应变大，饱和磁化强度随x变化整体呈下降趋势，Dy在铸态合金中固溶度非常小，主要是富Dy第二相的析出引起了铸态合金Tc和Ms的变化。含Dy薄带样品，当x<0.25时，其Tc、Ms和晶格常数随着x的增加而增加，表明Dy元素确实固溶到了A2基体中，当x³0.25时，富Dy第二相的析出引起Ms和Tc下降。

阐明了Dy元素添加对Fe-Ga合金磁致伸缩性能的影响规律。Dy元素的添加，明显提高Fe83Ga17合金的磁致伸缩性能。含Dy铸态样品的平均磁致伸缩值随x的增加呈现先增大后减小的趋势，在x=0.11及x=0.25 时出现最大值53 ppm，为二元Fe83Ga17合金的两倍。含Dy薄带样品当x≤0.25时，其平均磁致伸缩值随x的增加而增加，在x=0.25时取得最大值 λ⊥= -620ppm，为二元合金薄带的近三倍，当x³0.42时，富Dy第二相的析出导致λ⊥略微下降。推断Dy元素的添加引起了局域强磁晶各向异性，导致了合金磁致伸缩性能的提高。

为了验证局域强磁晶各向异性对磁致伸缩的贡献，选择原子半径与Dy接近的非磁性大原子Zr作为第三元素。揭示了少量Zr添加对Fe-Ga合金组织结构、基体磁性能及磁致伸缩性能的影响。添加Zr元素后合金基体仍为A2相，含Zr铸态样品的固溶度为0.11<x<0.25，大于加Dy样品，当x³0.25时，沿着晶界及部分晶内大量析出富Zr第二相。铸态合金的Ms随x的增加呈现单调递减的趋势，非磁性的Zr原子固溶于基体相中，引起Fe-Ga磁矩的降低，及x³0.25时第二相的析出共同导致铸态合金Ms的下降。Zr的添加提高了Fe-Ga合金的磁致伸缩性能，含Zr铸态合金的平均磁致伸缩值随x的增加呈现先增加后减小的趋势，最大值在x=0.25时取得，为46 ppm。含Zr薄带样品的平均磁致伸缩值随x的增加呈现递增的趋势，当x=0.25时，λ⊥= -325 ppm。掺杂元素Zr后，Fe83Ga17合金磁致伸缩性能的增加量小于Fe-Ga-Dy合金，表明局域强磁晶各向异性对磁致伸缩是有贡献的，同时Dy原子半径大于Fe原子的40%，固溶在基体中的Dy原子进入Fe-Ga的体心立方结构引起A2基体相的晶格畸变可能对磁致伸缩的增加也有正向作用。