● 摘要
巨磁致伸缩合金TbDyFe是一种重要的智能材料，在许多高科技领域内有着广泛的实际应用，其定向凝固工艺一直是学术界研究的重点。本文重点研究了TbDyFe合金晶体生长取向转变过程并验证了择优取向定向生长工艺。采用区熔法确定了制备具有和轴向择优取向的TbDyFe超磁致伸缩合金的定向生长工艺，即使用取向籽晶，按照 取向生长工艺，也能够获得取向稳定生长的晶体，证明了上述工艺的稳定性。该工艺采用240 mm/h生长速度制备取向晶体，720 mm/h生长速度制备取向晶体。X射线衍射结果和磁致伸缩性能测量结果表明上述两种工艺具有较好的轴向择优取向和磁致伸缩性能均匀性。生长速度由240 mm/h变为720 mm/h的过程中，界面稳定性下的生长各向异性发生改变，主导界面温度的因素由动力学过冷转变为曲率过冷，进而择优取向由转变为,凝固组织由最初的胞状树枝晶逐渐长成发达树枝晶，凝固组织是与其取向度是相对应的。具备混合取向的部分其磁致伸缩性能与具备单一取向的部分性能大体相当，10MPa压应力状态下100 mT 与250 mT 的磁场中分别达到918 ppm，1230 ppm。该部分凝固组织为过渡态的胞枝晶组织，该组织对磁致伸缩性能有很大贡献。另外，本实验制备的TbDyFe合金和取向晶体的金相上观察到的片层组织为密排{111}片层，其晶体长大机制符合单{111}孪晶系生长机制。采用120 mm/h 的生长速度成功制备了择优取向为的φ20 mm Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金棒，且磁致伸缩性能较好。4小时均匀化退火处理进一步改善了其磁致伸缩性能，消除了枝晶偏析，使组织和性能趋于均匀，并减少了富稀土相的数量，改善了残余富稀土相的形态。用无心磨加工的方法将直径为φ7 mm的TbDyFe合金棒磨削至φ5 mm，由于加工硬化和残余内应力的影响，其磁致伸缩应变出现了一定程度的下降，继而热处理后磁致伸缩性能升高，主要是由于消除了部分加工硬化和残余内应力，改善了残余富稀土相的形态。总体的磁致伸缩性能还可以通过热处理工艺的改进进一步提高。