CN114752837A - 中熵磁致伸缩合金及其制备方法和应用 - Google Patents

中熵磁致伸缩合金及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种中熵磁致伸缩合金及其制备方法和应用。所述中熵磁致伸缩合金，所述中熵磁致伸缩合金的成分通式为Tb33.3‑ xDyxFe66.7‑y‑z‑aNiyCozMa；其中，x＝20～30，y＝0～20，z＝0～20，且y和z不同时为0；a＝0～5；M选自Al、Cr、Cu、Si、Ti、V、Zr、Pr、Ho、Sm、Ce、La和Nb中的一种或多种。上述中熵磁致伸缩合金，能够保持稀土‑铁基磁致伸缩材料的立方结构Laves相，进而保持较高的磁致伸缩系数，同时，结合中熵效应和晶格畸变效应，在稀土‑铁基合金中生成固溶体相以增加合金的力学性能，如此综合优化了稀土‑铁基合金的磁致伸缩性能与力学性能。

Description

中熵磁致伸缩合金及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及磁致伸缩材料，特别是涉及一种中熵磁致伸缩合金及其制备方法和应用。
背景技术
磁致伸缩式换能器是实现电能-磁能-机械能/声能之间相互转换的器件，在声呐、扬声器、超声探伤、超声清洗等领域有着广泛的应用。以稀土-铁基合金为代表的超磁致伸缩材料，具有磁致伸缩系数大、能量转换效率高、响应速度快等特点，应用于换能器中可增加换能器的振动频率、增加换能器振幅、扩大声波传播范围，因此逐渐取代传统磁致伸缩材料成为磁致伸缩式换能器的主要核心材料。
稀土-铁基超磁致伸缩材料的典型代表合金成分为TbxDy1-xFey，其中x＝0.27～0.30，y＝1.90～2.10，在商业上称为Terfenol-D，该系列合金的磁性相是具有MgCu2型结构的立方Laves相。这类合金的磁致伸缩系数大、磁晶各向异性小，是制作磁致伸缩换能器的理想材料。但是，稀土-铁基合金的脆性较大、塑性差、难以加工，而稀土-铁基超磁致伸缩材料在应用时往往是在压应力状态下服役。因此，要求磁致伸缩材料同时具有较高的磁致伸缩系数和抗压强度。
近年来，由多种主元组成的高熵或中熵合金引起研究学者极高的热情与关注，其突破传统合金以一种或两种元素为主元进行合金设计的束缚，通常由五种及以上元素以等摩尔比或近等摩尔比进行熔合。随着高熵或中熵合金的发展，通常通过添加合金组元数来提高合金混合熵进而获得稳定固溶体结构，高熵合金定义范围已扩展到四种元素以上或非等摩尔比熔合。高熵或中熵合金具有较高的混合熵，普遍具有热力学的高熵效应、动力学的扩散滞后效应、晶格畸变效应、“鸡尾酒”效应等。近期，已有研究者们研发了具有特殊磁性能的高熵合金，如AlFeCoCrMn合金、FeCrCoNi合金和TiZrHfNbVCrMoMnFeCoNiAl合金等，具有高饱和磁感应强度、高磁化率、低矫顽力等磁性能。也有学者研发了稀土高熵磁热材料，表明稀土基高熵合金可作为磁功能材料在磁制冷剂领域有着潜在的应用前景，也预示着稀土基高熵合金在磁性功能材料领域仍有较大的研发前景。
有方法提供一种FeCoNiAlGa基高熵磁致伸缩材料，但是，该材料的磁致伸缩系数为负，预示着在超声换能器等磁致伸缩器件应用过程中需施加拉应力以实现稳定输出，为磁致伸缩器件的设计带来困难。
发明内容
本发明提供一种中熵磁致伸缩合金及其制备方法和应用。该中熵磁致伸缩合金在具有良好磁致伸缩性能的同时，还具有较高的力学性能。
本发明的第一方面，提供一种中熵磁致伸缩合金，所述中熵磁致伸缩合金的成分通式为Tb33.3-xDyxFe66.7-y-z-aNiyCozMa；
其中，x＝20～30，y＝0～20，z＝0～20，且y和z不同时为0；a＝0～5；
M选自Al、Cr、Cu、Si、Ti、V、Zr、Pr、Ho、Sm、Ce、La和Nb中的一种或多种。
在其中一个实施例中，x＝20～25。
在其中一个实施例中，y＝5～15，z＝0～16。
在其中一个实施例中，M选自Al、Pr、V、Cu和Ho中的一种或多种。
在其中一个实施例中，所述中熵磁致伸缩合金的磁致伸缩系数为350ppm～750ppm，抗压强度为40MPa～100MPa。
本发明的第二方面，提供所述的中熵磁致伸缩合金的制备方法，包括如下步骤：
根据所述成分通式称取各纯金属，进行熔炼、成型，制备母合金；
将所述母合金进行定向凝固法处理，制备所述中熵磁致伸缩合金。
在其中一个实施例中，所述定向凝固法包括如下步骤：
将所述母合金加热至液相线温度以上，保温，然后抽拉至结晶器中进行定向凝固。
在其中一个实施例中，抽拉的速率为3～150μm/s。
在其中一个实施例中，熔炼的方法为真空悬浮熔炼法。
本发明的第三方面，提供一种磁致伸缩器件，包括第一方面所述的中熵磁致伸缩合金或第二方面所述的制备方法制备得到的中熵磁致伸缩合金。
上述中熵磁致伸缩合金，通过采用合适的合金成分，能够保持稀土-铁基磁致伸缩材料的立方结构Laves相，进而保持较高的磁致伸缩系数；同时，结合中熵效应和晶格畸变效应，在稀土-铁基合金中生成固溶体相以增加合金的力学性能，如此综合优化了稀土-铁基合金的磁致伸缩性能与力学性能，获得同时具备大磁致伸缩系数和良好力学性能的中熵磁致伸缩合金。
附图说明
图1为实施例1的Tb10Dy23.3Fe46.7Ni15Co5中熵磁致伸缩合金定向凝固后的微观结构图；
图2为实施例1的Tb10Dy23.3Fe46.7Ni15Co5中熵磁致伸缩合金的磁致伸缩曲线；
图3为实施例2的Tb10Dy23.3Fe51.7Ni10Al5中熵磁致伸缩合金的磁致伸缩曲线；
图4为实施例3的Tb9Dy24.3Fe55Ni6.7Al5中熵磁致伸缩合金的磁致伸缩曲线；
图5为实施例4的Tb9.3Dy24Fe45Ni6.4Co15.3中熵磁致伸缩合金的磁致伸缩曲线。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的中熵磁致伸缩合金及其制备方法和应用作进一步详细的说明。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明公开内容理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
本发明中，“第一方面”、“第二方面”、“第三方面”等仅用于描述目的，不能理解为指示或暗示相对重要性或数量，也不能理解为隐含指明所指示的技术特征的重要性或数量。而且“第一”、“第二”、“第三”等仅起到非穷举式的列举描述目的，应当理解并不构成对数量的封闭式限定。
本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
本发明中涉及的百分比含量，如无特别说明，对于固液混合和固相-固相混合均指质量百分比，对于液相-液相混合指体积百分比。
本发明中涉及的百分比浓度，如无特别说明，均指终浓度。所述终浓度，指添加成分在添加该成分后的体系中的占比。
本发明中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行波动。
本发明提供一种中熵磁致伸缩合金，所述中熵磁致伸缩合金的成分通式为Tb33.3- xDyxFe66.7-y-z-aNiyCozMa；其中，x＝20～30，y＝0～20，z＝0～20，且y和z不同时为0；a＝0～5；M选自Al、Cr、Cu、Si、Ti、V、Zr、Pr、Ho、Sm、Ce、La和Nb中的一种或多种。
具体地，x的取值包括但不限于：20、21、22、22.3、23、23.3、23.5、24、24.3、24.5、25、26、27、28、29、30。在其中一个具体的示例中，x＝20～25。
y的取值包括但不限于：0、1、2、3、4、5、6、6.4、6.7、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20。在其中一个具体的示例中，y＝5～15。
z的取值包括但不限于：0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、15.3、16、17、18、19、20。在其中一个具体的示例中，z＝0～16。
在其中一个具体的示例中，y＝5～15，z＝0～16。
a的取值包括但不限于：0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、2、3、4、5。在其中一个具体的示例中，a＝0～1或4～5。
在其中一个具体的示例中，M选自Al、Pr、V、Cu和Ho中的一种或多种。
在其中一个具体的示例中，所述中熵磁致伸缩合金具有定向排列结构。
在其中一个具体的示例中，所述中熵磁致伸缩合金具有立方结构的Laves相。
在其中一个具体的示例中，所述中熵磁致伸缩合金的磁致伸缩系数为350ppm～750ppm。
在其中一个具体的示例中，所述中熵磁致伸缩合金的抗压强度为40MPa～100MPa。
在其中一个具体的示例中，所述中熵磁致伸缩合金的磁致伸缩系数为350ppm～750ppm，抗压强度为40MPa～100MPa。
本发明还提供所述的中熵磁致伸缩合金的制备方法，包括如下步骤：
S1、根据所述成分通式称取各纯金属，进行熔炼、成型，制备母合金；
S2、将所述母合金进行定向凝固法处理，制备所述中熵磁致伸缩合金。
具体地，步骤S1中：
可以理解地，根据所述成分通式称取各纯金属的过程中，可以根据需要，如烧损量补充适当比例的纯金属。在其中一个具体的示例中，根据所述成分通式称取各纯金属的过程中，相对于所述成分通式分别多加入3％～6％的Tb和Dy稀土元素烧损量。
在其中一个具体的示例中，熔炼的方法为真空悬浮熔炼法。
在其中一个具体的示例中，熔炼的方法为待各纯金属全部熔融后，保温3min～10min。如此可保证母合金成分均匀。
在其中一个具体的示例中，熔炼的过程在惰性气体保护下进行。
在其中一个具体的示例中，成型的方法为浇铸法。
具体地，步骤S2中：
不作限制地，所述定向凝固法为布里奇曼定向凝固法、区域熔化定向凝固法或籽晶提拉定向凝固法。
在其中一个具体的示例中，所述定向凝固法为布里奇曼定向凝固法。
在其中一个具体的示例中，所述定向凝固法包括如下步骤：
将所述母合金加热至液相线温度以上，保温，然后抽拉至结晶器中进行定向凝固。
在其中一个具体的示例中，加热和保温的过程在惰性气体保护下进行。
在其中一个具体的示例中，惰性气体保护是指，先抽真空至真空度≤2.5×10-3Pa，然后充入惰性气体至0.01MPa～0.03MPa。选用惰性气体不作限制，如可为氩气。
在其中一个具体的示例中，通式为Tb33.3-xDyxFe66.7-y-z-aNiyCoz，且y、z≠0时，加热的条件包括：加热至温度为1350℃～1450℃，温度梯度为20～120℃/cm；保温的时间为5min以上。进一步地，通式为Tb33.3-xDyxFe66.7-y-z-aNiyCoz时，加热的条件包括：加热至温度为1390℃～1410℃，温度梯度为95～105℃/cm；保温的时间为5min以上。
在其中一个具体的示例中，通式为Tb33.3-xDyxFe66.7-y-z-aNiyCozMa，且y、z、a≠0时，加热的条件包括：加热至温度为1320℃～1450℃，温度梯度为20～120℃/cm；保温的时间为4min以上。进一步地，Tb33.3-xDyxFe66.7-y-z-aNiyCozMa时，加热的条件包括：加热至温度为1380℃～1420℃，温度梯度为90～105℃/cm；保温的时间为4min以上。
在其中一个具体的示例中，通式为Tb33.3-xDyxFe66.7-y-z-aNiyMa，且y、a≠0时，加热的条件包括：加热至温度为1360℃～1400℃，温度梯度为25～105℃/cm；保温的时间为5min以上。进一步地，通式为Tb33.3-xDyxFe66.7-y-z-aNiyMa时，加热的条件包括：加热至温度为1370℃～1390℃，温度梯度为80～95℃/cm；保温的时间为5min以上。
在其中一个具体的示例中，抽拉的速率为3～150μm/s。进一步地，抽拉的速率为40～80μm/s。
在定向凝固法处理的过程中控制制备工艺参数，可以实现中熵磁致伸缩合金的微观结构调控，进而优化中熵磁致伸缩合金的力学性能和磁致伸缩性能。
在其中一个具体的示例中，加热在容器中进行。所述容器的材质为石英、氧化铝或氮化硼。
在其中一个具体的示例中，结晶器中的冷却液为液态金属冷却液。
本发明还提供一种磁致伸缩器件，包括第一方面所述的中熵磁致伸缩合金或第二方面所述的制备方法制备得到的中熵磁致伸缩合金。
在其中一个具体的示例中，所述磁致伸缩器件为磁致伸缩式换能器。
以下为具体的实施例。
实施例1：
本实施例为一种中熵磁致伸缩合金，其成分为Tb10Dy23.3Fe46.7Ni15Co5。
上述中熵磁致伸缩合金的制备方法如下：
(1)按照重量比Tb:Dy:Fe:Ni:Co＝10:23.3:46.7:15:5的比例称取纯金属，分别多加入4％的Tb和Dy稀土元素烧损量。采用真空悬浮熔炼炉熔炼母合金：
1.1首先将炉体抽真空至2.0×10-2Pa，然后通入高纯氩气作为保护气体；
1.2打开感应电源，加热纯金属，待纯金属全部熔化后保温5min，使母合金成分均匀；
1.3将母合金液浇铸成Φ30×110mm的合金棒，将合金棒切割成Φ9.5×100mm的合金样品，并去除表面氧化层。
(2)采用布里奇曼定向凝固炉对合金样品进行定向生长：
2.1将合金样品置于石英坩埚中，对加热炉体抽真空至2.5×10-3Pa，再通入高纯氩气至压力为0.02MPa，在惰性气体保护条件下将合金样品加热至液态：温度为1400℃，温度梯度为100℃/cm；然后保温5min；
2.2保温结束后，将液态金属液以50μm/s的抽拉速率拉入装有Ga-In-Sn冷却液的结晶器中以实现定向凝固，获得中熵磁致伸缩合金。
获得的Tb10Dy23.3Fe46.7Ni15Co5中熵磁致伸缩合金的微观结构如图1所示，合金呈明显定向排列特征。
图2为Tb10Dy23.3Fe46.7Ni15Co5中熵磁致伸缩合金的磁致伸缩曲线，其饱和磁致伸缩系数为595ppm。按照GB/T 7314-2017标准测试，该合金的室温压缩断裂强度为58MPa。
实施例2：
本实施例为一种中熵磁致伸缩合金，其成分为Tb10Dy23.3Fe51.7Ni10Al5。
上述中熵磁致伸缩合金的制备方法如下：
(1)按照重量比Tb:Dy:Fe:Ni:Al＝10:23.3:51.7:10:5的比例称取纯金属，分别多加入4％的Tb和Dy稀土元素烧损量。采用真空悬浮熔炼炉熔炼母合金：
1.1首先将炉体抽真空至2.0×10-2Pa，然后通入高纯氩气作为保护气体；
1.2打开感应电源，加热纯金属，待纯金属全部熔化后保温5min，使母合金成分均匀；
1.3将母合金液浇铸成Φ28×120mm的合金棒，将合金棒切割成Φ9.5×105mm的合金样品，并去除表面氧化层。
(2)采用布里奇曼定向凝固炉对合金样品进行定向生长：
2.1将合金样品置于石英坩埚中，对加热炉体抽真空至2.5×10-3Pa，再通入高纯氩气至压力为0.02MPa，在惰性气体保护条件下将合金样品加热至液态：温度为1380℃，温度梯度为90℃/cm；然后保温5min；
2.2保温结束后，将液态金属液以40μm/s的抽拉速率拉入装有Ga-In-Sn冷却液的结晶器中以实现定向凝固，获得中熵磁致伸缩合金。
获得的Tb10Dy23.3Fe51.7Ni10Al5中熵磁致伸缩合金的微观结构呈明显定向排列特征。
图3为Tb10Dy23.3Fe51.7Ni10Al5中熵磁致伸缩合金的磁致伸缩曲线，其饱和磁致伸缩系数为437ppm。按照GB/T 7314-2017标准测试，该合金的室温压缩断裂强度为62MPa。
实施例3：
本实施例为一种中熵磁致伸缩合金，其成分为Tb9Dy24.3Fe55Ni6.7Al5。
上述中熵磁致伸缩合金的制备方法如下：
(1)按照重量比Tb:Dy:Fe:Ni:Al＝9:24.3:55:6.7:5的比例称取纯金属，分别多加入4％的Tb和Dy稀土元素烧损量。采用真空悬浮熔炼炉熔炼母合金：
1.1首先将炉体抽真空至2.0×10-2Pa，然后通入高纯氩气作为保护气体；
1.2打开感应电源，加热纯金属，待纯金属全部熔化后保温5min，使母合金成分均匀；
1.3将母合金液浇铸成Φ30×120mm的合金棒，将合金棒切割成Φ9.5×110mm的合金样品，并去除表面氧化层。
(2)采用区域熔化定向凝固炉对合金样品进行定向生长：
2.1将合金样品置于石英坩埚中，对加热炉体抽真空至2.5×10-3Pa，再通入高纯氩气至压力为0.02MPa，在惰性气体保护条件下将合金样品加热至液态：温度为1370℃，温度梯度为85℃/cm；然后保温5min；
2.2保温结束后，将液态金属液以75μm/s的抽拉速率拉入装有Ga-In-Sn冷却液的结晶器中以实现定向凝固，获得中熵磁致伸缩合金。
获得的Tb9Dy24.3Fe55Ni6.7Al5中熵磁致伸缩合金的微观结构呈明显定向排列特征。
图4为Tb9Dy24.3Fe55Ni6.7Al5中熵磁致伸缩合金的磁致伸缩曲线，其饱和磁致伸缩系数为656ppm。按照GB/T 7314-2017标准测试，该合金的室温压缩断裂强度为89MPa。
实施例4：
本实施例为一种中熵磁致伸缩合金，其成分为Tb9.3Dy24Fe45Ni6.4Co15.3。
上述中熵磁致伸缩合金的制备方法如下：
(1)按照重量比Tb:Dy:Fe:Ni:Co＝9.3:24:45:6.4:15.3的比例称取纯金属，分别多加入4％的Tb和Dy稀土元素烧损量。采用真空悬浮熔炼炉熔炼母合金：
1.1首先将炉体抽真空至2.0×10-2Pa，然后通入高纯氩气作为保护气体；
1.2打开感应电源，加热纯金属，待纯金属全部熔化后保温5min，使母合金成分均匀；
1.3将母合金液浇铸成Φ30×120mm的合金棒，将合金棒切割成Φ9.5×110mm的合金样品，并去除表面氧化层。
(2)采用区域熔化定向凝固炉对合金样品进行定向生长：
2.1将合金样品置于石英坩埚中，对加热炉体抽真空至2.5×10-3Pa，再通入高纯氩气至压力为0.02MPa，在惰性气体保护条件下将合金样品加热至液态：温度为1400℃，温度梯度为100℃/cm；然后保温5min；
2.2保温结束后，将液态金属液以50μm/s的抽拉速率拉入装有Ga-In-Sn冷却液的结晶器中以实现定向凝固，获得中熵磁致伸缩合金。
获得的Tb9.3Dy24Fe45Ni6.4Co15.3中熵磁致伸缩合金的微观结构呈明显定向排列特征。
图5为Tb9.3Dy24Fe45Ni6.4Co15.3中熵磁致伸缩合金的磁致伸缩曲线，其饱和磁致伸缩系数为400ppm。按照GB/T 7314-2017标准测试，该合金的室温压缩断裂强度为70MPa。
实施例5：
本实施例为一种中熵磁致伸缩合金，其成分为Tb11Dy22.3Fe46Ni10Co10Pr0.7。
上述中熵磁致伸缩合金的制备方法如下：
(1)按照重量比Tb:Dy:Fe:Ni:Co:Pr＝11:22.3:46:10:10:0.7的比例称取纯金属，分别多加入4％的Tb和Dy稀土元素烧损量。采用真空悬浮熔炼炉熔炼母合金：
1.1首先将炉体抽真空至2.0×10-2Pa，然后通入高纯氩气作为保护气体；
1.2打开感应电源，加热纯金属，待纯金属全部熔化后保温5min，使母合金成分均匀；
1.3将母合金液浇铸成Φ30×120mm的合金棒，将合金棒切割成Φ9.5×110mm的合金样品，并去除表面氧化层。
(2)采用区域熔化定向凝固炉对合金样品进行定向生长：
2.1将合金样品置于石英坩埚中，对加热炉体抽真空至2.5×10-3Pa，再通入高纯氩气至压力为0.03MPa，在惰性气体保护条件下将合金样品加热至液态：温度为1410℃，温度梯度为105℃/cm；然后保温5min；
2.2保温结束后，将液态金属液以40μm/s的抽拉速率拉入装有Ga-In-Sn冷却液的结晶器中以实现定向凝固，获得中熵磁致伸缩合金。
获得的Tb11Dy22.3Fe46Ni10Co10Pr0.7中熵磁致伸缩合金的微观结构呈明显定向排列特征。
Tb11Dy22.3Fe46Ni10Co10Pr0.7中熵磁致伸缩合金的饱和磁致伸缩系数为425ppm。按照GB/T 7314-2017标准测试，该合金的室温压缩断裂强度为73MPa。
实施例6：
本实施例为一种中熵磁致伸缩合金，其成分为Tb10.3Dy23Fe51.6Ni5Co10V0.1。
上述中熵磁致伸缩合金的制备方法如下：
(1)按照重量比Tb:Dy:Fe:Ni:Co:V＝10.3:23:51.6:5:10:0.1的比例称取纯金属，分别多加入5％的Tb和Dy稀土元素烧损量。采用真空悬浮熔炼炉熔炼母合金：
1.1首先将炉体抽真空至2.0×10-2Pa，然后通入高纯氩气作为保护气体；
1.2打开感应电源，加热纯金属，待纯金属全部熔化后保温5min，使母合金成分均匀；
1.3将母合金液浇铸成Φ30×120mm的合金棒，将合金棒切割成Φ9.5×105mm的合金样品，并去除表面氧化层。
(2)采用区域熔化定向凝固炉对合金样品进行定向生长：
2.1将合金样品置于石英坩埚中，对加热炉体抽真空至2.5×10-3Pa，再通入高纯氩气至压力为0.03MPa，在惰性气体保护条件下将合金样品加热至液态：温度为1400℃，温度梯度为90℃/cm；然后保温5min；
2.2保温结束后，将液态金属液以80μm/s的抽拉速率拉入装有Ga-In-Sn冷却液的结晶器中以实现定向凝固，获得中熵磁致伸缩合金。
获得的Tb10.3Dy23Fe51.6Ni5Co10V0.1中熵磁致伸缩合金的微观结构呈明显定向排列特征。
Tb10.3Dy23Fe51.6Ni5Co10V0.1中熵磁致伸缩合金的饱和磁致伸缩系数为453ppm。按照GB/T 7314-2017标准测试，该合金的室温压缩断裂强度为71MPa。
实施例7：
本实施例为一种中熵磁致伸缩合金，其成分为Tb10.3Dy23Fe51.7Ni5Co5Cu5。
上述中熵磁致伸缩合金的制备方法如下：
(1)按照重量比Tb:Dy:Fe:Ni:Co:Cu＝10.3:23:51.7:5:5:5的比例称取纯金属，分别多加入5％的Tb和Dy稀土元素烧损量。采用真空悬浮熔炼炉熔炼母合金：
1.1首先将炉体抽真空至2.0×10-2Pa，然后通入高纯氩气作为保护气体；
1.2打开感应电源，加热纯金属，待纯金属全部熔化后保温5min，使母合金成分均匀；
1.3将母合金液浇铸成Φ30×120mm的合金棒，将合金棒切割成Φ9.5×110mm的合金样品，并去除表面氧化层。
(2)采用区域熔化定向凝固炉对合金样品进行定向生长：
2.1将合金样品置于石英坩埚中，对加热炉体抽真空至2.5×10-3Pa，再通入高纯氩气至压力为0.03MPa，在惰性气体保护条件下将合金样品加热至液态：温度为1400℃，温度梯度为95℃/cm；然后保温5min；
2.2保温结束后，将液态金属液以80μm/s的抽拉速率拉入装有Ga-In-Sn冷却液的结晶器中以实现定向凝固，获得中熵磁致伸缩合金。
获得的Tb10.3Dy23Fe51.7Ni5Co5Cu5中熵磁致伸缩合金的微观结构呈明显定向排列特征。
Tb10.3Dy23Fe51.7Ni5Co5Cu5中熵磁致伸缩合金的饱和磁致伸缩系数为432ppm。按照GB/T 7314-2017标准测试，该合金的室温压缩断裂强度为85MPa。
实施例8：
本实施例为一种中熵磁致伸缩合金，其成分为Tb10.3Dy23Fe51.5Ni5Co10Cu0.1Ho0.1。
上述中熵磁致伸缩合金的制备方法如下：
(1)按照重量比Tb:Dy:Fe:Ni:Co:Cu:Ho＝10.3:23:51.5:5:10:0.1:0.1的比例称取纯金属，分别多加入6％Tb和Dy的稀土元素烧损量。采用真空悬浮熔炼炉熔炼母合金：
1.1首先将炉体抽真空至2.0×10-2Pa，然后通入高纯氩气作为保护气体；
1.2打开感应电源，加热纯金属，待纯金属全部熔化后保温5min，使母合金成分均匀；
1.3将母合金液浇铸成Φ30×120mm的合金棒，将合金棒切割成Φ9.5×110mm的合金样品，并去除表面氧化层。
(2)采用区域熔化定向凝固炉对合金样品进行定向生长：
2.1将合金样品置于石英坩埚中，对加热炉体抽真空至2.5×10-3Pa，再通入高纯氩气至压力为0.02MPa，在惰性气体保护条件下将合金样品加热至液态：温度为1400℃，温度梯度为100℃/cm；然后保温5min；
2.2保温结束后，将液态金属液以50μm/s的抽拉速率拉入装有Ga-In-Sn冷却液的结晶器中以实现定向凝固，获得中熵磁致伸缩合金。
获得的Tb10.3Dy23Fe51.5Ni5Co10Cu0.1Ho0.1中熵磁致伸缩合金的微观结构呈明显定向排列特征。
Tb10.3Dy23Fe51.5Ni5Co10Cu0.1Ho0.1中熵磁致伸缩合金的饱和磁致伸缩系数为610ppm。按照GB/T 7314-2017标准测试，该合金的室温压缩断裂强度为61MPa。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，便于具体和详细地理解本发明的技术方案，但并不能因此而理解为对发明专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。应当理解，本领域技术人员在本发明提供的技术方案的基础上，通过合乎逻辑的分析、推理或者有限的试验得到的技术方案，均在本发明所附权利要求的保护范围内。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求的内容为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种中熵磁致伸缩合金，其特征在于，所述中熵磁致伸缩合金的成分通式为Tb33.3- xDyxFe66.7-y-z-aNiyCozMa；
其中，x＝20～30，y＝0～20，z＝0～20，且y和z不同时为0；a＝0～5；
M选自Al、Cr、Cu、Si、Ti、V、Zr、Pr、Ho、Sm、Ce、La和Nb中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的中熵磁致伸缩合金，其特征在于，x＝20～25。
3.根据权利要求1所述的中熵磁致伸缩合金，其特征在于，y＝5～15，z＝0～16。
4.根据权利要求1所述的中熵磁致伸缩合金，其特征在于，M选自Al、Pr、V、Cu和Ho中的一种或多种。
5.根据权利要求1～4任一项所述的中熵磁致伸缩合金，其特征在于，所述中熵磁致伸缩合金的磁致伸缩系数为350ppm～750ppm，抗压强度为40MPa～100MPa。
6.权利要求1～5任一项所述的中熵磁致伸缩合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据所述成分通式称取各纯金属，进行熔炼、成型，制备母合金；
将所述母合金进行定向凝固法处理，制备所述中熵磁致伸缩合金。
7.根据权利要求6所述的中熵磁致伸缩合金的制备方法，其特征在于，所述定向凝固法包括如下步骤：
将所述母合金加热至液相线温度以上，保温，然后抽拉至结晶器中进行定向凝固。
8.根据权利要求7所述的中熵磁致伸缩合金的制备方法，其特征在于，抽拉的速率为3～150μm/s。
9.根据权利要求6～8任一项所述的中熵磁致伸缩合金的制备方法，其特征在于，熔炼的方法为真空悬浮熔炼法。
10.一种磁致伸缩器件，其特征在于，包括权利要求1～5任一项所述的中熵磁致伸缩合金。
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