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温度升高对磁有序的破坏,有可能导致铁磁性材料的弹性模量随温度升高保持不变甚至反常增大。这一反常现象首先在铁磁性Fe-Ni合金中发现,并发展成为了一系列的恒弹性合金。随着精密仪器仪表的发展,恒弹性合金得到了越来越广泛的应用,并对材料提出了越来越高的要求。关于热弹性反常(又称艾林瓦效应)的物理起因,早期的研究工作认为是机械-磁弹性耦合作用结果,即所谓ΔE效应。Fe-Ga合金是2000年以来发展的新一代的磁致伸缩材料,有着优良的磁致伸缩性能与力学性能,得到了广泛的关注。为了探索Fe-Ga合金的弹性模量-温度行为与磁弹性应用前景,本文开展了不同Ga含量、取向、相结构下Fe100-xGax合金杨氏模量-温度特性研究,探究Fe-Ga合金具备恒弹性特性的可能性以及热弹性反常相关机制;同时开展了 Fe-Ga合金基于磁弹性的应用基础研究。论文探究了 Ga含量为18%、20%、22%、24%与27%的铸态与定向凝固态Fe1000-xGax合金室温-500℃区间弹性模量-温度变化行为。随着Ga含量的不同,弹性模量随温度升高呈现不同的反常行为。其中在定向凝固态Fe73Ga27合金中,沿<100>择优取向方向表现出了艾林瓦特性。热磁曲线、热膨胀测试表明Fe-Ga合金并不存在磁性体积效应。通过高温原位XRD与TEM分析,明确了三种结构转变导致了 Fe73Ga27合金室温-500℃升温过程中中弹性模量反常温度变化行为:扩散型相变A2→D03造成了晶格的收缩,导致了弹性模量升高,同时由于扩散原子在最低模量晶向<100>bcc上的富集,导致该晶向模量升高更加明显;通过Bain畸变完成的D03→A1相转变,造成了[001]bcc晶向杨氏模量的降低;通过原子位置交换完成的有序化转变A1→L12,晶格收缩,导致了杨氏模量的迅速增加。其中,Fe-Ga合金相转变过程中的A1中间相结构,为本工作中首次发现。由于A2→D03相转变过程中的原子扩散是一个缓慢的过程,并且该结构转变导致晶格收缩,补偿了热效应造成的晶格膨胀,所以该结构转变最有可能在Fe-Ga合金中获得恒弹性行为。论文开展了 Fe-Ga合金基于磁弹性效应的应用基础研究,包括位移传感器用Fe-Ga基磁致伸缩波导丝的制备与性能研究、可变劲度系数弹簧的制备与性能研究、逆磁致伸缩效应电磁感应扭矩传感器研究。通过A1元素与B元素的添加对塑性的改善,热拔与冷拔相结合的拉制工艺,制备出了直径为0.5 mm 的 Fe82Ga13.5A14.5 与(Fe83Ga17)99.4B0.6 磁致伸缩波导丝,其中Fe82Ga13.5Al4.5丝在电流热处理后,在轴向场Ha为1350.0 A/m、周向场Hc为1400.0 A/m时,观察到了最大Wiedemann扭转角度222.6 cm。本工作中设计并组装了一套用于检测磁致伸缩波导丝不同温度下的扭转波传播速度设备。在实际应用中,根据环境温度来设定Fe-Ga波导丝的扭转波声速参数,能够保证传感器在变温环境中稳定的高精度工作。制备了磁场控制可变劲度系数Fe82Ga13.5Al4.5弹簧,在磁场强度为235.5 Oe时,劲度系数变化率达到10.86%,表现出了在悬挂系统软硬调节等领域的良好应用前景。制备了具有<100>择优取向Fe8IGa19合金棒材,用来作为磁弹性扭矩传感应用研究的扭转轴与电磁感应敏感元件。在10 V、1 kHz的正弦激发信号与0.5 A的偏置电流作用下,扭矩加载到50 N·m时,感应电压信号(峰值电压)降低幅度达到3.88 mV。与此同时,重复性与应力敏感性好,表现出了 Fe-Ga合金作为磁-力传感敏感材料的良好应用前景。