磁致伸缩合金是重要的传感和微驱动材料,在声纳换能器、武器系统和机器人领域具有广泛应用。目前较为常用的以Tb-Dy-Fe为代表的超磁致伸缩材料虽然具有应变大、居里温度高等优良的性能,但同时具有脆性大、原材料成本高等一些缺点。而近年来出现的Fe-Ga系磁致伸缩合金具有高强度、良好韧性和低成本,并且在单晶材料的[100]方向获得了近400 ppm的大磁致伸缩等优异性能,从而使之具有广泛的应用前景和商业价值。关于Fe-Ga系磁致伸缩合金的大量研究成果表明:适当的合金成分、快速凝固和取向生长是制备高性能Fe-Ga材料的先决条件。因此,寻求一种可生长大体积、可良好取向和可得到快速凝固亚稳结构的凝固控制技术就成为制备高性能Fe-Ga类磁致伸缩材料的关键问题之一。深过冷快速定向凝固无疑在这些方面具有得天独厚的优势。深过冷技术是近年来发展迅速的一种新型快速凝固技术,在深过冷条件下,一旦受到激发形核,合金熔体可以高达数米每秒的速度高速生长,通过人为控制合金晶体生长时的形核条件,可以制备出成分均匀的定向材料,被认为是极具发展潜力的新型快速定向凝固技术。因此,本文使用熔融玻璃净化结合循环过热的方法首先开展了净化剂玻璃成分及其它因素对Fe₈₁Ga₁₉合金净化效果的影响的研究;为有效应用深过冷快速定向凝固技术,又开展了深过冷凝固条件下Fe₈₁Ga₁₉合金组织演变规律及其磁力显微镜的研究工作;并在此基础上将该技术引入Fe-Ga合金的定向材料制备中。此外,还对所制备的Fe₈₁Ga₁₉合金棒材晶体生长中的择优取向、微观结构以及磁性能进行了分析;最后,对不同过冷度下激发过冷熔体获得的Fe₈₁Ga₁₉合金棒材的织构和磁致伸缩性能进行了探讨。主要得到以下几方面研究成果:通过熔融玻璃净化结合循环过热的方法对B₂O₃、NaSiCa+B₂O₃（简称Na-Si-Ca-Al-B）和Na-Si-Ca-Al-B+Na₂B₄O₇玻璃作为净化剂对Fe₈₁Ga₁₉合金熔体过冷的效果分别作了分析。发现B₂O₃玻璃净化机制只是物理吸附,只能获得较小过冷;Na-Si-Ca-Al-B玻璃为物理化学综合净化,获得过冷度大,但其粘度过大,造成获得过冷度不稳定;Na-Si-Ca-Al-B+Na₂B₄O₇玻璃保留了物理化学综合净化机制,同时有效降低了Na-Si-Ca-Al-B玻璃的粘度。并分析了样品重量、过热度、保温时间等其它影响因素对过冷度的影响,确定了过冷实验的具体工艺:采用70%Na-Si-Ca-Al-10B+30%Na₂B₄O₇玻璃作为净化剂,加热过程中应先在400℃以下低温充分排气两分钟,在过热度为200 K左右,保温1.5 min,进行过热循环,使Fe₈₁Ga₁₉合金熔体成功获得最高300 K以上的过冷度。通过对过冷Fe₈₁Ga₁₉合金的凝固组织演化过程及其磁畴结构的研究发现:在0³15 K宽的过冷度范围内,Fe₈₁Ga₁₉合金的凝固组织可被分为三大类:即在低过冷度下（ΔT≤50 K）的熔断枝晶、中间过冷度范围内（50 K<ΔT<200 K）的细小等轴晶以及大过冷度下（ΔT>200 K）时的再结晶组织;并对其各自的形成机制进行了探讨。值得注意的是,在过冷度为150²00 K的范围内,凝固组织中细小粒状晶粒的生长具有一定方向性,由此选定该过冷区域作为深过冷定向凝固的激发过冷度区间。另外,对过冷样品的磁力显微镜研究显示,Fe₈₁Ga₁₉合金的表面磁畴结构对过冷度的变化也非常敏感。基于以上两方面研究,利用过冷度的遗传性,在200 K过冷度下通过点激发和面激发过冷熔体方式,成功实现了Fe₈₁Ga₁₉合金的深过冷快速定向凝固。通过对200 K过冷度下点激发制备Fe₈₁Ga₁₉合金定向凝固棒材的取向分析发现,样品柱状晶部分具有很强的[100]织构,该棒材的[100]择优取向与试样轴向的夹角为10°左右,这个结果优于以往文献中报道的最优结果;通过XRD、DSC、TEM等手段对该棒材样品的微观结构研究发现,深过冷快速定向凝固的Fe₈₁Ga₁₉合金内部不是均匀的完全无序的A2结构,而是在微观上弥散着许多由Ga的原子团簇构成的发生晶格畸变的DO3结构以及一些纳米尺度的具有[111]取向的嵌入畴的结构;通过对该样品磁性能研究发现,在该样品的轴向方向上获得了超过800 ppm的大磁致伸缩性能,这几乎是以往报道中块体Fe-Ga材料中获得最大磁致伸缩性能的两倍,我们认为激发过冷熔体制备的Fe₈₁Ga₁₉多晶棒材沿轴向方向高度的[100]织构以及快速凝固过程中出现的Ga的原子团簇构成晶格畸变DO3结构以及不均匀的微观结构是磁致伸缩性能大大提高的主要因素。最后,还对激发过冷度对定向凝固Fe₈₁Ga₁₉合金棒材凝固组织、织构以及其对性能的影响进行了研究,发现在可以获得定向组织的激发过冷度区间内,随着激发过冷度的提高,获得棒材的[100]取向程度逐渐提高,其饱和磁致伸缩性能也有所提高,从150 K激发过冷度的750 ppm提高到210 K时的885 ppm。另外,由于样品的[100]择优取向与棒材轴向存在一定夹角,造成其磁致伸缩性能随着磁场的增加出现先增加后减小的现象。