稀土Tb对Fe-Ga快淬合金磁致伸缩性能的影响机理研究

Fe-Ga合金是一种新型的磁致伸缩材料，该材料饱和磁化场较低，导磁率较高，强度高，脆性低，滞后小，温度系数小，应用潜力巨大，但其磁致伸缩性能偏低，因此提高Fe-Ga合金磁致伸缩性能是一个研究重点。目前利用甩带快淬法制备的Fe-Ga合金薄带磁致伸缩性能最大，包头稀土研究院磁致伸缩项目组前期研究表明添加稀土Tb能进一步提高Fe-Ga合金薄带的磁致伸缩性能，且不会对其它磁性能（饱和磁化强度、相变温度等）产生负面影响，然而其提高合金磁致伸缩性能的机理尚不清楚，需进一步深入研究。鉴于此，本项目拟将添加稀土Tb的Fe-Ga合金薄带作为研究对象，通过研究Tb元素在合金中的存在形式、分布特点及其含量对合金微观组织的影响来探究Tb对合金薄带磁致伸缩性能的影响规律，从而进一步揭示Tb对合金磁致伸缩性能的影响机理，为今后Fe-Ga磁致伸缩材料的应用开发提供理论依据。

Fe-Ga合金是近年来发展起来的一种新型的磁致伸缩材料，与传统的磁致伸缩材料相比，该材料饱和磁化场较低，导磁率较高，强度高，脆性低，磁滞后小，温度系数小，应用潜力巨大。Fe-Ga合金饱和磁化需要的磁场较低，磁导率μ较高，这使它能够在传感器领域及同时需要执行和传感功能的智能器件领域得到应用；Fe-Ga合金的强度高，脆性低，它能用于受到张应力或震动的器件，以及元件必须轧制、拉拔、机加工成薄片、丝或颗粒才能应用的场合；Fe-Ga合金的磁滞后小，温度系数小，这使它在精确控制方面容易得到应用，而且使用的温度范围较大。Fe-Ga合金的力学性能和可加工性能远远优于超磁致伸缩材料Terfenol-D，因此可以通过轧制或快淬甩带将材料做的很薄，来降低在高频条件下使用时产生的涡流损耗。但Fe-Ga合金磁致伸缩性能偏低，因此提高Fe-Ga合金磁致伸缩性能变得十分重要。. 根据课题任务书的要求，课题系统研究Fe81Ga19Tbx（x=0，0.2,0.4,0.6,0.8）合金薄带，稀土Tb在合金中的存在位置和存在形式。试验结果表明，Tb主要聚集在晶界处，在晶内有零星的分布，随着稀土Tb的增加，析出相增多，晶粒细化。通过X光衍射和扫描电镜能谱分析，可以确定是形成了含Tb的第二相，通过能谱对第二相的定量分析，第二相的Fe含量大幅度较低而Ga含量大幅度升高，从而形成富Tb、富Ga相。. 研究了Fe81Ga19Tbx（x=0,0.2,0.4,0.6,0.8）合金薄带的磁性能和磁致伸缩性能，稀土Tb的加入降低了合金的饱和磁化强度，且随着稀土Tb含量的增加，合金薄带的饱和磁化强度逐渐降低。不过稀土Tb并没有进一步提高合金薄带的居里温度，而且合金在室温到1200℃范围内并没有发生相变。当稀土Tb以第二相弥散分布在晶内时，合金薄带具有大的磁致伸缩性能。. 总之，稀土元素在FeGa合金薄带中主要以含Tb的第二相存在，大量存在于晶界上，少量存在于晶内。对第二相的定量分析可知，Tb的存在使第二相中的Fe含量大幅度降低而Ga含量大幅度升高，从而形成富Tb、富Ga相，这必将影响合金薄带磁致伸缩应变行为。