近日，在西北工业大学凝固技术国家重点实验室开放课题“基于定向凝固Fe-Ga合金析出相调控的高灵敏磁致伸缩材料研究”（SKLSP202003）的资助下，西安交通大学马天宇教授与实验室刘峰教授合作的两篇研究论文在《NPG Asia Materials》和《Acta Materialia》上发表

磁致伸缩材料具有感知磁场并产生驱动的智能特性，在大功率声纳换能器、精密微位移控制系统和高精度机械加工装备等诸多高技术领域有重要应用。近年来，高技术领域的快速发展及激烈竞争对高灵敏磁致伸缩材料(兼具大磁应变和低驱动场)提出了迫切需求。根据传统的原理，磁应变和驱动场均与磁晶各向异性正相关，难以同时实现最优化，导致高灵敏磁致伸缩材料的研发遭遇原理性瓶颈。此前，马天宇教授课题组基于大磁致伸缩Fe-Ga合金亚稳态和平衡态相结构差异显著的特性，通过简单的“固溶+时效”热处理，使BCC相基体中析出FCT结构的第二相纳米颗粒，利用两相之间的磁弹相互作用，将多晶材料的磁致伸缩性能提高3倍，与单晶材料相当；同时大幅降低驱动场，使灵敏度提高5倍，为研制高灵敏磁致伸缩材料提供了有效途径。标注本开放课题资助的论文以“Large and sensitive magnetostriction in ferromagnetic composites with nanodispersive precipitates”为题发表于NPG Asia Materials 13 (2021) 6。

在前述工作基础上，马天宇教授课题组与刘峰教授合作，将这种调控纳米析出相提高灵敏度的新方法应用于定向凝固Fe-Ga合金，使磁应变再提高40%、灵敏度再提高~60%。他们发现，定向凝固合金内应力为热力学驱动力提供贡献，进而促进析出动力学，不仅影响FCT析出相的尺寸与数量，还会在两相间形成更大的溶质原子浓度差，并在相界面析出omega纳米相 (图1)。通过与铸态多晶合金对比，他们研究并揭示了纳米析出相尺寸、数量及种类对磁致伸缩性能的作用规律和机理，为后续通过调控析出相进一步提高定向凝固Fe-Ga合金的磁致伸缩性能奠定重要理论基础。该工作以“Dynamic precipitation and the resultant magnetostriction enhancement in [001]-oriented Fe-Ga alloys” 为题发表于Acta Mater. 206 (2021) 116631。据悉，在该论文审稿阶段，三位审稿人一致推荐“publish as is”，被编辑部直接录用。

在平行工作中，他们合作研究发现Sm-Co基高温永磁合金的再结晶与析出共生现象也源于扩散-位移型混合相变，与Fe-Ga合金的BCC→FCT/FCC相变高度类似。他们巧秒利用共生相变的热动力学协同效应，结合球差电镜研究，从原子尺度揭示了该合金再结晶与析出过程中的缺陷演化机制，并发现一种由于基面不完全滑移和原子不充分扩散所形成的新型中间相(图2)。该工作不仅澄清了40多年来关于Sm-Co基高温永磁合金相变机制的争议，也发展了扩散-位移型混合相变理论，将为调控再结晶与析出共生合金体系的微结构提供重要指导。该工作以“Atomic scale understanding of the defects process in concurrent recrystallization and precipitation of Sm-Co-Fe-Cu-Zr alloys”为题发表于Acta Mater. 202 (2021) 290-301。

论文第一作者分别为西安交通大学博士生苟峻铭和宋欣，开放课题负责人马天宇教授为通讯作者。上述论文的部分微结构表征还得到了西北工业大学分析测试中心的支持。

论文1链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116631

论文2链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.10.067

图1定向凝固和铸态多晶Fe-Ga合金在相同条件下时效后的微结构

图2再结晶和析出共生Sm-Co基永磁合金的微结构与扩散-位移混合机制球-棍模型