部分稀土RE-B二元系和Dy-Tb-Fe及Dy-Fe-B三元系热力学计算与实验研究

摘要

稀土Nd-Fe-B永磁材料以其优异的磁性能在工业领域中得到了广泛应用。为满足科学技术发展对稀土永磁材料的性能、成本与产量的需求，研发低成本高性能稀土Nd-Fe-B永磁材料成为了研究热点。在多组元稀土RE-Fe-B合金体系中，稀土金属与Fe、B等元素的成相规律和显微组织结构演化规律是研究设计新型稀土RE-Fe-B永磁的关键基础信息。因此，本文对稀土RE-B（RE=Sm,Gd,Tb,Ho,Er,Tm,Y）二元体系的相图与热力学性质以及Dy-Tb-Fe、Dy-Fe-B三元体系的相平衡、相转变和凝固微观组织进行了研究。主要内容如下:　　（1）根据文献信息，对稀土RE-B（RE=Y,Sm,Gd,Tb,Ho,Er,Tm）二元系进行了相图与热力学评估。基于相图与热力学实验数据和热力学模型，采用相图计算（CALPHAD）方法，优化计算了7个稀土RE-B二元体系相图，获得了稀土RE-B体系中描述各相吉布斯自由能的热力学参数。结合文献报道的稀土RE-B（RE=La,Ce,Pr,Nd,Dy,Lu）二元系热力学优化结果，分析总结了稀土RE-B二元体系在相平衡和热力学性质的变化规律。研究表明：随着稀土原子序数的增加，稀土RE-B体系中形成的化合物相逐渐增多，体系液相混合焓在60-70at.%B成分范围附近具有最小值，且液相混合焓值与化合物生成焓值是越来越负的。　　（2）采用电弧熔炼制备了8个Dy-Tb-Fe合金样品，测定了合金样品的相组成、相关系以及相转变温度。采用CALPHAD方法，优化计算了Dy-Tb-Fe三元体系相平衡，利用Scheil模型计算模拟了关键合金的凝固路径。计算的Dy:Tb=1:1垂直截面与实验数据基本一致，计算模拟的凝固过程与实验结果相吻合。　　（3）采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和差示扫描量热仪(DSC)，实测了Dy-Fe-B合金样品的相组成和相转变，获得了体系中70at.%Fe和85at.%Fe成分条件下的垂直截面。在此基础上，利用CALPHAD方法，计算了Dy-Fe-B三元体系的相平衡。计算的垂直截面结果与实验结果基本吻合。

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