热处理对<110>取向Tb-Dy-Fe-Al合金组织和性能的影响

　　Tb-Dy-Fe合金是一种高性能超磁致伸缩材料，其中成分为Tb0.3Dy0.7Fe2的合金商业上俗称Terfenol-D。该系列合金具有很高的饱和磁致伸缩系数和磁—机械耦合系数[1-2]，在超声传感器和微动制动器等领域得到了广泛应用。然而，这种材料尚存在一些不足:材料使用重稀土元素成本较高、合金低电阻率导致高频涡流损耗过大、相对高的饱和磁化场等，特别是TbDyFe合金中对磁致伸缩性能起主要贡献的REFe2相(RE=Tb，Dy)是立方Laves相，具有极大的本征脆性，因而该合金的塑性、抗冲击振动能力极差，难于进行机械加工，制约着材料的实际应用。为了进一步改善该合金系的宏观应用性能，人们通过合金化手段研究了Mn、Co、Ni、Si、Ti、Al、B等替代Fe元素对合金所产生的影响[3-9]。研究发现，延展性好、熔点低、物丰价廉的Al是一种理想的替代物，Al对Fe的替代在保持较大磁致伸缩的基础上[9]，提高了合金系的电阻率、抗压强度[10]，同时降低材料的各向异性[11]。

　　稀土—铁磁致伸缩材料性能与显微组织有很大的关系。Peterson等研究发现，经定向凝固后的Tb-Dy-Fe超磁致伸缩合金一般由REFe2相和韧性富稀土相组成，该合金的磁致伸缩性能是由REFe2相(RE=Tb，Dy)的磁畴在磁场中转动产生，但 REFe2是脆性相，力学性能差，难以广泛应用，虽然富稀土相的存在可以改善合金的韧性，但是富稀土相在室温下无铁磁性，其磁致伸缩性能很低，其形态和分布会影响到合金的磁致伸缩性能[12]。热处理可改变合金的组织形态，减少铸造合金缺陷，同时也减少材料内应力，从而提高材料性能。蒋成保等[13-16]讨论热处理时间对Tb-Dy-Fe合金组织和磁致伸缩性能的影响，发现富稀土相形态在热处理后发生了变化，磁致伸缩性能得到提高。罗广圣等[17]研究了不同热处理工艺对Tb-Dy-Fe合金磁致伸缩性能和磁性能的影响。虽然大多数学者致力于研究不同热处理工艺对Tb-Dy-Fe合金磁致伸缩性能的影响，但是通过元素替代及热处理两种手段共同作用来改变合金微观组织及提高综合性能的研究还鲜见报道。

　　本工作采用区熔定向凝固方法制备<110>取的Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)2(x=0，0.05，0.10，0.15)超磁致伸缩合金，在真空管式炉氩气保护条件下对合金进行930℃×2h的热处理，研究热处理对于不同含量Al元素替代合金的微观组织、磁致伸缩性能和力学性能的影响，为改善TbDyFe材料的脆性，提高其综合性能提供方法和理论依据。

　　1 实验材料及方法

　　将原材料Tb，Dy，Fe，Al(Tb:99.99%，Dy:99.9% ，Fe:99.98%，Al:99.9%)配制成目标成份为Tb0.3Dy0.7(Fe1-xAlx)2(x=0，0.05，0.10，0.15) 的母合金，按5%烧损加入过量的Tb和Dy，以补偿蒸发损失。利用高真空非自耗电弧熔炼设备，在高纯氩气保护下，对样品反复熔炼4次后吸铸成Φ7mm的合金棒。在区熔定向凝固设备上，将吸铸试棒置于内径7.5mm的刚玉管内，以30μm/s的拉伸速度，使合金棒定向凝固。将凝固后试样在真空管式炉中进行930℃×2h的热处理，随后炉冷。采用D8ADVANC型X射线衍仪进行物相分析、确定样品的取向及物相组成(CuKα靶，测角仪精度0.001°，角度重现性达0.0001°，波长1.5406nm，扫描速度为0.20°/min)。采用MeF3型金相显微镜和扫描电镜观察定向凝固及热处理后的组织形态并通过能谱分析确定相组成及元素分布，利用JDAW-2015型磁致伸缩测量仪和力学性能测量系统分别测定样品的磁致伸缩性能和抗压强度，磁致伸缩性能测试沿棒材轴向，样品长度均为10mm，压缩速度为0.1mm/min。