Фазовые состояния в плавах на основе системы Fe-Nd при неравновесных условиях затвердевания тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ СТАЛИ И СПЛАВОВ

ргв од —

На правах рукописи

УДК 669.85/86:539.213

ОБРУЧЕВА Елена Владимировна

ФАЗОВЫЕ СОСТОЯНИЯ В СПЛАВАХ НА ОСНОВЕ СИСТЕМЫ Ре-М ПРИ НЕРАВНОВЕСНЫХ УСЛОВИЯХ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ

Специальность 01.04.07 — «Физика твердого тела»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 1993

\

Работа выполнена на кафедре рентгенографии и физики металлов Московского института стали и сплавов.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор СКАКОВ Ю. А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, с. п. с. ЛИНЕЦК.ИЙ Я. Л. кандидат физико-математических наук СЕМИНА В. К.

Ведущая организация: Научно-производственное объединение «Магнетон» г. Владимир

Защита диссертации состоится 17 июня 1993 года в 15 часов на заседании специализированного совета К-053.08.06 при Московском институте стали и сплавов по адресу: 117936, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского института стали и сплавов.

Автореферат разослан « /3 » 1993 года

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математических наук Я. М. МУКОВСКИЙ

ОСМЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАВОТЫ

Актуальность т»ш. В последние годы а области Физики

твердого тела получили широкое разшггие теоретические и

экспериментальные исследования нових материалов с задатшк::

Физическими свойствами для нужд развивающейся техники. Сплаггд,

содержащие шггерпеталлическне соединенна редкоэенелып-х

элементе»! с переходными 3<1-металлами обладают таким сочетанием

Физико-химических свойств, которое позволяет использовать их

электровакуумной, электронной, атомной промышленности,

машиностроении и точном приборостроении. Особое значения

придается сплавам на основе системы Ре-иа-П, имеющим высокие

магнитные характеристики - поле анизотропии, намагниченность

насыщения и температуру Кюри, что обеспечивает наибольшую

з

магнитную анергию > 350 кдж/м из всех известных материалов для постоянных магнитов.

В течение последних десяти лет активно научалась диаграмм?! состояния Ре-ад-В, теи не менее до сих пор среди исследователей нет единого мнения относительно кристаллической структуры и состава некоторых Фаз, которые образуются в сплавах этоП системы, что связано как с неравновесными условиями получения, так и с недостаточной изученностью системы Г'е-М. р частности, в богат их неодимом сплавах системы Ке-ГМ еии я 1933 году Скита обнаружена Фаза с температурой Кюри ~ 2 4 0°С, обуславливающая коэрцитивную силу ~5кЭ, и до настоящего времени данные о ее стехиометрии, кристаллической структуре, температурных и концентрационных интерпалах стабильности противоречивы.

Образование новых Фаз в системе Ке-М мо*ет бьггь обусловлено различными факторами: неравновесными условиями

охлаждения сплавов, давлением и другими деформационными воздействиями, влиянием третьих компонентов, прежде всего вследствие активного взаимодействия редкоземельного элемента с кислородом и водородом.

Цельи работн было изучение Фазообразования в сплавах на основе системы Ке-РМ при неравновесных условиях затвердевания расплавов, определение закономерностей повеления сплавов при термической обработке и выявление Факторов, приводящих к образованию и стабилизации новых Фаз. При этом решались следующие задачи!

1. Установление влияния скорости охлаждения при затвердевании и последующего отжига на Фазовый состав сплавов Ре-Ш.

2. Изучение морфологии, химического состава, структурных и магнитных характеристик фаз, образующихся как при затвердевании, так и при Фазовых превращениях в твердом состоянии.

3. Расчет модельных рентгеновских дифракционных спектров для идентификации образующихся Фаз и для проведения количественного Фазового анализа.

4. Анализ условий, приводящих к образованию неравновесных Фаз в сплавах Ке-М.

5. Выяснение влияния частичного замещения железа кобальтом на магнитные характеристики сплавов на основе . полученных закалкой и::! жидкого состояния.

Научная новизна:

- Установлено влияние водорода на Фазовый состав сплавов системы Ге-М, получаемых по традиционным технологиям. Предложен вариант расположения некоторых Фазовых областей в тройной системе Ре-Мс1-Н, учитывающий оценки содержания водорода в фл:?ах и интервал амортизации при скоростях охлаждения до 1с/' КЛ<>к.

Обнаружена » исследована новая немагнитная кристаллическая Фаза с кубической структурой Nd^Fell, являющаяся гидрилним соединением и не имеющая аналогов на известной диаграмме Фазового равновесия Fe-Nd.

- Определено соотношение металлических элементов в Ферромагнитной Фазе NdFe_2llz. имеющей темературу Кюри 240°С и обуславливающей коэрцитивную силу сплавов -5 кЭ.

- Показано, что частичное замещение железа кобальтом в Фазе NdFe_2Hz обуславливает Формирование высококоэрцитипного состояния с максимальным значением коэрцитивной силы -19 кЭ в богатых неодимом сплавах.

Практическая ценность■ Полученные в работе результата могут бить использованы для совершенствования существующих и для разработки новых материалов для постоянных магнитов.

Апсе&ШШ работы.. Основние результаты диссертационной работы докладывались на V школе "Исследование энергетических спектров электронов и теория Фаз в сплавах" (г. Майкоп, 23 сентября - 4 октября 1988 г.), V Всесоюзной конференции с международным участием "Аморфные прецизионные силани: свойства, технология, применение" (г. Ростов Великий, 23-27 сентября 1991 г.), V Всесоюзной конференции по кристаллохимии интерметаллическнх соединений <г. Львов. 17-19 октября, 1989 г.). Всесоюзном симпозиуме по Физике аморфных магнетиков (г. Красноярск, 2-6 июля, 1989 г.), X Всесоюзной конференции по постоянным мапштам (г. Суздаль, 14-18 октября 1991 г.)

Объем и структура Еаботн. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, выводов и библиографического списка из 109 наименований. Работа изложена на 150 страницах машинописного текста, содержит A3 рисунка и 14 таблиц.

- б -

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе сделан обзор .литературы по тене диссертационной работа. Обсуждаются структурные характеристик» кристаллических Фаз в системах редкоэемельняй элемент-перехэдлыЯ металл. Изложены основное закономерности образования интерметаллических соединенна редкоземелькгк элементов с Зс1-металлами и показана кристаллохимическая родственность их структур.

Существуют три пр-чтнта диаграммы Фазового равновесия системы Ре-Ш, предложенные разними исследователями, различаю1песя промежуточными интерметаллическими соединениями. Неравновесные условия получения сплавов, а частности, закалка из жидкого состояния, приводят к образовании в системе '>-N<1 новях Фаз. Изложены различные точки зрения по вопросу интерпретации кристаллической структуры и состава Ферромагнитной Фазы "Р^ (она же "А^'. "Г^", "), имеющей температуру Кмри Тс~240°С и обуславливашцей коэрцитивную силу до 5 кЭ п богатых неодимом сплавах систем» Ке-иа в литом состоянии и при закалке из жидкости.

Поскольку редкоземельные элемента активно взаимодействуют с кислородом и водородом, в главе I представлены имеющиеся в литературе данные о кристаллической структуре известных оксидных и гидридных соединений лантанидов.

Отмечается, что в Формировании магнитных свойств большое значение имеет морфология Фаз и их распределение в сплаве. В связи с этим в литературном обзоре уделяется внимание структурам Фаз, находящихся в мелэеренних прослойках постоянных магни-ов Ге-ГМ-В. Несмотря на многочисленные экспериментальные

исследования, носвященные атому вопросу, причины образования некоторых Фаз по границам зерен постоянных магнитов Fe-Nd-B на настоящий момент окончательно не установлены. В значительной мере это связано с отсутствием систематических исследований Факторов, приводящих к образовании) и стабилизации фаз в двойной системе Fe-Nd. На основании анализа литературных данных сформулированы цель и задачи диссертационной работы и обоснован выбор объектов исследования.

Во второй главе описаны способы получения сплавов и методы их исследования.

Сплавы Fe¡0o-xNdx (12,35x593,8) были выплавлены методом индукционной плавки (ИП), которая проводилась в корундовом тигле в атмосфере Аг с последующей разливкой в чугунную изложницу в слитки размером 2x2x10 см. Образцы для исследования и последующей закалки из жидкого состояния (ЗКС| вырезались из центральной части слитка.

Сплавы Fe100_xNdx (16.7<х<83,7) были выплавлены методом электродуговой плавки !ЭДП) с нерасходуемым вольфрамовым электродом в атмосфере Аг в виде слитков весом ~ 20 грамм.

Закалка из жидкого состояния (ЗХС) выполнена путем плавки во взвешенном состоянии в атмосфере Аг с последующим литьем на

вращающийся медный диск. Образцы сплавов, полученных ЗКС.

*

представляли собой Фрагменты лент длиной 5-100 км, шириной 5-10 мм, толщиной 50-70 мкм.

Контроль состава осуществлялся сравениам веса шихтовых материалов и полученного слитка (ЭДП-сплавы) и уточнялся по данным микроанализа с диаметром sonда >200 мкм для сплавов, полученных ИП и ЗЖС. Отклонения в химсоставе не превышали 0,54. Отжиг проводился при Т«600°С, что на 50°С iiil е температуры

эвтектического превращения в системе Fe-Nd, в вакууме от 10 до -2

10 мм рт. ст. в течение 0.5 ч, 2 ч и 3 ч.

I Структура сплавов изучалась металлографически на установке "NEC ""НОТ" при увеличениях от х200 до хЮОО. Микрорентгеноспектральный анализ выполнен на установках "LINK-860" и "ЛХА-8600".

Термомагнитный анализ (ТМА) выполнен в лаборатории постоянных магнитов МИСиС на виЗромагнетометре в статических полях 0,5 и 5,0 кЭ. Максимальное магнитное поле составляло 26 кЭ. Гистерезисные магни не свойства.образцов, полученных ЗХС. были измерены с помощью высокочувствительного вибромагнетометра для тонких Ферромагнитных пленок, позволяющего ориентировать плоские образцы параллельно и перпендикулярно приложенному полк, при этом размер объектов не превышал 4x4 мм.

Рентгеновский Фазовый анализ проводился на установках

ДРОН-2, ДРОН-ЗМ и ДРОН-УМ-1 с использованием СоК и

а

КеКа-излучениЯ, Фазовый состав структурных составляющих исследован на микродиФрактометре "RIGAKU" с диаметром падающего пучка от 10 до 50 мкм.

Для качественного Фазового анализа наряду с табличными значениями по межплоскостным расстояниям JCPDS (ASTM) и данными оригинальных статей использовались эталоны Фаз, встречающихся в системах РЗМ-переходный металл, рассчитанные по программе SPECTRUM применительно к системе Fe-Nd.

Программа SPECTRUM, разработанная на кафедре рентгенографии и Физики металлов МИСиС, для персональных ЭВМ системы IBM позволяет рассчитать полный дифракционный спектр Фазы на основе кристаллохимических данных с учетом длины волны используемого в эксперименте излучения, а также схемы съемки. Законы погасаний

определяются в расчете по программе, исходя из диФракциошюй группы симметрии и варианта распределения атомов различного сорта по выбранным правильным системам точек, при этом параметры структуры задаются.

В третьей главе представлены экспериментальные результаты, полученные при исследовании сплавов системы Fe-Nd в литом состоянии и после отжига. Рентгеновский Фазовый анализ исходного металлического неодима НМ-1, использованного для выплавки сплавов, показал, что в нем содержится гидрид Ndll^ с кубической решеткой Fn3m (структурный тип CaF2>, по количеству которого было установлено, что содержание водорода в неодиме составляет -20 ат.%. Результаты лазерной масс-спектроскопии подтвердили наличие водорода как в исходном неодиме, так и в выплавленных в защитной атмосфере сплавах Fe-Nd. При дегазации сплавов в г кууме при Т»900°С 1 час количество водорода существенно уменьшается. Таким образом, сплавы Fe-Nd, выплавленные в защитной атмосфере без предварительной дегидридизации содержат водород в количестве, пропорциональном неодиму. Фазовый состав сплавов в изученных концентрационных интервалах представлен в таблице 1.

Фазы Nd2Fe17 (структурный тип Th.>Zn 17, а» (0,858+0 ,001) им, с»(1,246+0,003) нм, температура Кюри Тс«(65+5)°С>, твердый раствор на основе a-Nd (структурный тип La, а-(0,366+0,001) нм. с»(1,181+0,003) нм) и «-Fe (пространственная группа 1вЭв, а-0,287 нм) характерны для двойной системы Fe-Nd. Первые две из них являются равновесными в областях I-IV (см. табл.1). Присутствие a-Fe'в литых сплавах в концентрационной области I вызвано неполным протеканием перитектической реакции при ускоренном охлаждении расплава <у0хл~ l0-11- К/сек для

- го -

Концентрационные области с характерным Фазовым составом для литмх и отожженных сплавов Ре1о0_хм<1х

Конц. обл. (Зостав X Фазовый состав ИП, ЭДП-сплавы Состав X вазовый состав 600°С 3 Ч

I 12.3<х<33,3 1М2Ке17 + а-М + ся-Ге 16.6<Х<25,0 Н<12Ке17 + «-N(1

II ЭЗ,ЗСх<50,0 N<1^^ «• «.-N<1 + "Р^ 25,0<Х<50.0 Ис12Ре17 + а-М ♦ "IV

III 50,0<х<72.5 ^2Ке^7 ♦ а-т + "Р^" + у' 50,0<Х<72,5 Нй2Ре,7 + «-N<1 + ♦ г'

IV 72,55x293,8 у' + а-Кс! ♦ "Р} " 72,55x593,8 «-N11 + Ш2Ре17 * "Р1" *■ г'

3 4

ИП-сплавов и -10-10 К/сек для ЭДЛ-сплавов). Анализ экспериментальных соотношений интенсивностей рентгеновских дифракционных отражений Фазы ^ (10.5 ат.Х N<1) и

микроанализ ее кристаллов позволяет утверждать, что неравновесные условия затвердевания литмх сплавов не приводят к образованию ее дефектной модификации (12,5 ат.% N<1).

Теоретический расчет. интенсивностей гипотетических вариантов структуры неодима различной слойности вдоль направления <001> от двухслойного (типа Ив) до девятислойного (типа Бш) показал, что в условиях эксперимента при комнат.гай

температуре существует oc-Nd с четырехслойноя упаковкой атомных плоскостей типа ABAC.

Кроме указанных, в сплавах присутствуют еще две Фазы: новая немагнитная Фаза с кубической структурой, обозначенная нами г'. и Ферромагнитная Фаза с температурой Кюри Тс~240°С, обозначенная "Pj". г'-Фаза обнаружена как в структурной составляющей эвтектического типа в сплавах 250 ат.* Nd. так и в виде крупных изолированных кристаллов наряду с первичными кристаллами a-Nd в сплавах >75 ат.* Nd.

Рентгеновский дифракционный спектр Фазы г' интерпретируется как спектр Фазы с ГЦК-решепсой Бравэ и периодом а«0,547 ни. По данным микроанализа в кристаллах /-'-Фазы содержится от 16 до '¿л ат.% Fe. Известны кубические соединения неодима с кислородом Nd203 и водородом NdH2, дифракционные спектри которых близки к экспериментально наблюдаемому для /-'-Фазы. Сравнение соотношения интегральных интенсивностей у ' -Фазы, гидрида Ndil., и оксида Nd^O^ (табл. 2) показало, что дифракционная картина г' больше

соответствует гидридному соединению. Статистическое замещение неодима железом в Nd2C>3, по данным теоретического расчета интенсишюстей, не может объяснить наблюдаемое в эксперименте соотношение интенсивностей линий г'-фазы. Кроме того, специально выполненный анализ подтвердил отсутствие кислорода в кристаллах г'-Фазы. Таким образом, кислород не является причиной стабилизации Фазы г' в системе Fe-Nd.

Расчет модельных дифракционных спектров для замещения позиций неодима железом в гидриде NdH^ показал, что в случае г'-Фазы. вероятно. реализуется твердый раствор типа "замещение-внедрение". Коэффициент заполнения >), расчитанный с использованием металлических радиусов элементов, в этом случае

Сравнение соотношений интенсивностей дифракционных линий г' -Фази,и<1Н2 и иа2о3

й/п, нм НКЬ у'-Фаза в ЭДП-сплавах Ре100-хН<1х' 72/5<Х<83,7 ™2°3

ХНКЬ *НКЬ та гнкь

Чп Чи *222

0, 446 112 0.11

0,315 111 1,00 1,00 222 1,00

0,273 200 0,52 - 0,53 0.48 400 0.29

0,258 - —- 114 0,05

0,193 220 0.48 - 0,56 0,33 '40 0.40

0,165 311 0,38 - 0,47 0,38 622 0.29

0,158 222 0,10 - 0.16 0. 10 444 0,05

может меняться от 0,52 до 0,58. Такая величина г/ характерна для Еодородсодержащих Фаз и гидридных соединений, в которых происходит частичная ионизация элементов. Учитывая содержание водорода в сплавах Ге-Ш, данные микроанализа, а также соотношение долей «-N11 и у' -Фазы (1:3) на тройной диаграмме Ре-т-Н нанесено положение Фазы г' (рис. 1). Стехиометрия этой Фазы может быть выражена Формулой Ш_3РеН. Существование г'-Фазы объясняется продолжением однофазной /--области системы N(1-11 (рис. 1) внутрь концентрационного треугольника Ре-гм-Н.

Обнаружено, что деформационные воздействия приводят к значительному ослаблению рентгеновских отражений г'-фазы.

Положение Фаз г' и "Р " на диаграмме состояния Ре-^Л-Н

£

80 7о (о *0

спя % Ре

Рис. 1.

В процессе механической обработки поверхности олифа (полировка) и при приготовлении порошка г' -Фаза с ГЦК-структурой разрушается. В значительной мере поэтому, а также из-за схожести дифракционной картины г'-Фазы и Nd203 ранее эта фаза не учитывалась при рассмотрении Фазовых состояний сплавов системы Fe-Nd.

Ферромагнитная Фаза "Pj" присутствует в сплавах в виде высокодисперсной составляющей эвтектики (<1мкм) и обуславливает коэрцитивную силу -4,6 кЭ в литом состоянии при содержании Nd >72 ат.*. Концентрационные зависимости намагниченности и

коэрцитивной силы jHc> а также парциальные намагниченности '•■»•рромагцитных Фаз Nd2Fe17 и "Р^" представлены на рис. 2 (а, в). Максимальное количество Фазн "Pj" наблюдается в сплавах эвтектического состава.

Термическая обработка при 600°С 3 ч наряду с изменениями Фазового состава сопровождается изменением морфологии структурных составляющих, в том числе, укрупнением частиц Фазы "Pj". что позволило определить в ней соотношение Fe:Nd, равное 70:30. По соотношению объемных долей у'-фазы и a-Nd (3:1) для сплавов >72 ат.% Nd и данным ТМА о присутствии в этих сплавах единственной Ферромагнитной Фазы - "Pj" было оценено возможное содержание водорода в "Pj" и предложена стехиометрическая Формула NdFe^2"z (г=0-1 , ')) . Положение фазы "Р(" в концентрационном треугольнике Fe-Nd-Н показано на рис. 1.

На основании анализа полученных результатов предложен Вариант размещения Фазовых областей в тройной системе Fe-Nd-H (рис. 3), учитывающий обнаруженные соединения, который позволяет интерпретировать наблюдаемые трех- и четырехфачнпо состояния в изученных сплавпу. П частности, сосуществопание четырех Фаз в литом систочнип в концентрационной области III (табл. 1)

Магнитние свойства ЭДП-сплавов системы в литом состоянии и после отжига

от %

.сплошная линия - литоо состояние пунктир - отжиг 600°С ) ч

1'ис:. 2.

Расположение Фазовых областей в тройной системе Fe-Nd-H

Nd

am% H

Рис. 3.

обусловлено неравновесными условиями затвердевания: при выделении первичных кристаллов Nd^Fej ^ жидкая Фаза обогащается как неодимом, ток а водородом с последующим распадом на у', a-Nd и "Pj".

При отжиге в сплавах, относяодася к концентрационной области I (табл. I) происходят- те же процессы, что и в двухкомпонентной системе Fe-Nd. вследствие малого содержания водорода в сплавах. В областях II и III (.дбд. 1) фазовый состав после отжига сохраняется, при этом изменяются количественные соотношения Фаз. Значительное уменывешге количества г'-Фазы. с кубической структурой и образование Фазы NdjFej у в ЭДП-сплапах в ■ области IV при отжиге могут бить обусловлены как частично./ дегидридиэацией сплавов при термообработке в вакууме, так и перераспределением элементов, в первую очередь водорода, между Фазами. При этом Формируется промежуточное четнрехФазное состояние и проявляется тенденция к сохранению "олее стабильных, чем г' . Фаз, в том числе, гидрида неодима и "Pj".

В четвертой главе представлены экспериментальные результаты исследования сплавов системы Fe-Nd, полученных закалкой из жидкого состояния (voxji~l06K/ceK). В таблицу 3 сведены резуль • таты Фазового анализа по данным ре. гггеновской дифракции и ТМА.

Фазовые состояния быстрозакаленных сплавов в концентрационных областях I-IV отличаются от таковых для литых сплавов наличием аморфной Фазы (А) и подавлением образования Nd2FeJ7 в областях II и III, а также незначительным количеством г'-фазы в области IV. Тем не менее после термообработки во всех областях Формируются Фазовые состояния, аналогичные исходным литым сплавам. На этом основании анализ Фазовых состоят«» был проведен с учетом водорода, как основного. Фактора гтлоилиэапнн

Концентрационные области с характерным Фазовым составом для быстрозакаленных и отожженных сплавов Ре1оо-хМс1х

Конц • обл. Состав X вазовый состав зжс Фазовый состав 600°С 0.5 ч Фазовый состав 600°С 2 ч

г 12,3<х<34,0 НЛ^Ре^ + а-т РИ2Ре17 + а-М Ка2Ре17 + а-Ш

II 34.0<Х<48,8 А + «-N£1 "Рг" + ♦ а-Мй М2Ре17 + а-Ш

III 50,0<Х<72.5 - * А а-иа + иа2Ре17 + -Р^' + г- а-ыа + «а2Ре1? + у-

IV 72,5<х<93,8 ск-М + "Р^" ♦ Г' + "Р1" + у- а-иа + "Р " + г-

фаз, не характерных для двойной системы Ре-ыа, и предложен подход к рассмотрению процессов в рамках тройной системы

По данным дифракции рентгеновских лучей и электронов аморфная Фаза присутствует в сплавах от 72 до 34 ат.* Ш, причем ее количество максимально в сплавах, близких к стехиометрии

. Аморфная фаза этого состава Ферромагнитна, имеет' температуру Кюри Тс»235°С и обуславливает коэрцитивную силу до 2 кЭ. Максимальная коэрцитивная сила 5 кЭ в '.ллаве 48,8 ат.V N4 соответствует аморфно-кристаллическому состоянию. Кристаллизация

амо^ной фазы происходит при температуре ~500°С с образованием, на начальной стадии Фазы "Р|".

По данным ренггеноструктурного анализа в всех сплавах, получен них ЗХС. в исходном состоянии обнаружен тверд»гй раствор на основе четырехслойного а-М<1 с параметрами решетки а«0.363-0,364 им, с-1,161-1.174 нм. которые соответствуют уменьшенному объему элементарной ячейки по сравнении с таковым для равновесного «-N11. Согласно оценке, использующей металлические радиусы элементов, такое уменьшение объема ячейки соответствует пересиленному твердому•раствору по типу замещения с содержанием ~6 а.т.% Ее, что превышает максимальную растворимость Те в а-№ (4 ат.%1 при 650°С. Обнаружено, что при кристаллизации в поверхностном слое ~3мкм в условиях ускоренного охлаждения рост кристаллов. твердого раствора на основе «-N¿1 происходит вдоль нормали к плоскости, имеющей минимальнуи поверхностную энергию (для а-ГМЛ- (001)). ч о приводит .к Формированию поверхностной аксиальной текстуры.

В заэвтектических сплавах >75 аТ.% N(1 выделение кристаллов пересыщенного твердого раствора на основе а-гм из переохлажденной жидкости приводит к обогаиению ее яел эом • >1 . водородом с последующим распадом на "Р1". у' и «-N<1, в то. время как в литых сплавах происходит выделение кристаллов у'-Фазы непосредственно из жидкости. Отличие механизма образования /-'-Фазы в бистрозакаленных сплавах- от литых, по-видимому, приводит к изменению ее • состава. прежде всего по водороду, уменьшению ее количества и колебаниям параметров решетки от 0,540 ДО 0,564 НМ. '

Фаза "Р^" в бистрозакаленных сплавах >75 ат,?у N«1 является единственной Ферромагнитной Фазой и распределена в немягтггной

- '¿О -

матригэ в виде однодометшх невзаимодействующих частиц, что било определено по характеру перемагничивания образцов.

Частичное замещение железа кобальтом в сплавах вблизи эвтектического состава (Ге0 95Со0 05)27 8М72 2 и

(Ре0 995Со0 005'24 1М~75 9 "е меняет общих тенденций Фазообразования при закалке из жидкости и превращениях в твердом состоянии в процессе отжига. Однако, такое незначительное количество кобальта существенно влияет на магнитные свойства

сплавов, прошедших термообработку. Отжиг 600°С 0,5 ч приводит к

*

образованию в обоих сплавах Ферромагнитной Фазы Р1 с температурой Кюри Тс»340°С. По данным микроанализа соотношение

количества переходных за-элементов и неодима в частицах *

Ферромагнитной *азы Р1 примерно такое же, как и в Фазе "Р1", а рентгеновские дифракционные спектры сплавов, содержащих кобальт, .не имеют■существенных отличий от дифракционной картины сплавов

без кобальта, что позволяет отождествить кристаллическую *

структуру Фазы Р1 со структурой Фазы "Р1".

Влияние кобальта проявляется не только в изменении температуры Кюри, но и в значительном увеличении поля магнитной

кри галлограФической анизотропии от 30 кЭ для Фазы Р1 до 60 кЭ *

для Фазы [1], что обуславливает наличие' коэрцитивной силы "19 кЭ в быстрозакаленном сплаве (Ге0 95Со0 05®27 8^72 2 П0СЛе термообработки..

В Заключении обсуждается роль водорода как Фазообразушщего элемента, приводится сравнение полученных в настоящей работе' результатов для системы Ке-Ш-Н с диаграммой состояния Ре-^а-В. Рассмотрены литературные данные » э наводораживангез интерметал ических соединений в системах редкоземельт|х элементов и переходных 3<1-металлов с точки зрения интерпретации

кристаллических структур Фаз, обнаруженных в системе Fe-Nd-H при неравновесных условиях затвердевания,

ВЫВОДЫ

1. На основании анализа Фазового состава, структуры и магнитных свойств сплавов системы Fe-Nd, полученных методами индукционной плавки, электродугового переплава и ' закалки из жидкого состояния, выяснена необходимое!" учета, водорода как Фактора, влияющего на Газообразование и Фазовые превращения. Сплавы системы Fe-Nd, полученные по традиционной технологии без специальной дегазации следует рассматривать как сплавы диаграммы Fe-Nd-H при содержании водорода <20ат.*.

2. При изучении сплавов Feioo-xNdx' где 12-х-94• кроме равновесных для двойной системы Фаз: твердого раствора на основе a-Nd (структурный ТИП La) и Nd2Fe17 (структурный ТИП Th2Zn17) обнаружена новая немагнитная Фаза г' с кубической структурой. и параметром решетки а»0,547 им, а также- подтверждено существование Ферромагнитной Фазы с температурой Кюри' Тс«240°С ("Pj"). Установлено, что причиной образования /'-Фазы является присутствие в сплавах до 20 ат.% водорода, а сама onf-• представляет собой гидридное ' сое 1инение Nd_3FeH, не имеющее аналога на известной диаграмме состояния Fe-Nd.

'3. Установлено, .что »'•-Фаза образуется, в литых сплавах Fe100-xNdx при х-50 ат.Я. Показано, что в заэвтектических сплавах х>75- эта Фаза содержит öt 16 до 24 ат.\ Fe. В сплавах 50<х<75 г'-фаза присутствует только как одна из составляющих структуры эвтектического типа, г'-фаза является нестабильной по отношении к деформационным воздействиям и распадается в ■результате термической обработки при 600°С.

4 . Экспериментально установлено. что соотношение Ш и Ре в

Фазе "Р1" составляет 30:70. Предложена стехиометрическая Формула

Ыс1Ке „Н , где г«0-1,Э. С изменением соотношения Ре и N<1 в ~2 г

»

сплавах количество Фазы "Р^" изменяется немонотонно, но независимо от метода галучения максимум соответствует содержании неодима 75 ат.%.

5. Увеличение скорости охлаждения до 105-106 К/сек при закалке из жидкого состояния приводит к образовании пересыщенного твердого раствора на основе a-N^¡ с содержанием Ре до 6 ат.% и к подавлению кристаллизации Фазы Ыс^Ре}7 в концентрационном интервале >34 ат.« N<1.

5 6

6. При закалке из жидкого состояния 10 -10 К/сек) происходит частичная аморФызация сплавов в интервале составов 34^x275, причем максимальное количество аморфной Фазы получено вблизи стехиометрического состава Ис1Ке2. Кристаллизация аморфной Фазы происходит с образованием на начальной стадии Фазы "Р^". Аморфная Фаза обуславливает коэрцитивную силу 2 кЭ. Максимальная коэрцитивная сила 5 кэ наблюдается в сплаве, содержащем 48,8 ат.% N<1 и соответствует аморфно-кристаллическому состоянию сллава.

7. На основании анализа концентрационных интервалов

существования кристаллических Фаз <>-N<1. Ш^е^, "Р1 "-Фазы.

г '-Фазы и обларти амортизации в сплавах, получешшх при

2 6

различных скс^остях охлаждения (от 10 до 10 К/сек) предложен вариант ,азмещения некоторых Фазовых областей в тройной системе-Рс-.М-Н.

8. Показано, что частичное замещение * -леза кобальтом (до 5 ат.*) приводит к образованию Ферромагнитной Фазы N(1 (Гр, Со? * '•"Р 2=0-1,3, с температурой Кюри Гс»ЗА1)пС и

кристаллической структурой Фазы "Р При отаиге 600°С 0.5 ч

сплава (Fa„ „-Со- „_).,, „№2,0 „(И), полученного закалкой из и , jo 0,05 ¿1, J 7 ¿,2

гил'.сости, образование Фазы " Р ^ " обуславливает наличие "сзршгшпнсП силы 19 кЭ.

Основные положения диссертации опубликованы в следукляих работах:

1. E.V. Obrucheva, V.P. ¡ienushenkov Л.Н. Gabay, Yu.A. SIcalcov, Л.З. Llleev and N.P. Dyakonova Phase coexistence and nagnetic properties of as-cast and annealed Fe-Nd alloys // Proc. 2nd Int. Syrep. on Phys. tlagn. flater. , Beijing, 1*92, p. 109

2. E.B. Обручева, Н.П. Дьяконова, 10.Л. Осаков, О.В. Леонтьева О кристаллизации в тонких • пленках Fe-Nd // Тезисы докл. IV Всес. конФ.: Проблемы исследования структуры аморфных материалов, Ижевск. 1992, стр. 66.

3. В.П. Менушеюсов, Е.В. Обручева, Н.П. -Дьяконова, А.С. Лилеев, С.А. Мельников Фазовый состав и магнитные свойства" быстрозакаленных и литых сплавов Fe-Nd // Тезисы докл. Всес. Симпозиума по Физике . аморфных магнетиков, Красноярск, 1989, стр.135.

4. Варли К.В. , Дьяконова Н.П.. Менушенков В.П.. Миляев И.М., Обручева Е.В., Милор-оров Г.С. Фазовые состояния в сплавах на основе систем Fe-Nd и Fe-Nd-B // Тезисы -докл. 5-оП Всес. конФ. по кристаллохимии интерметаллических соединений, Львов, 1989, стр. 68.

5. В.П. Менуменков. А.Н. ГабоЯ. В.Г. Лившиц. А.С. Лилеев. Б.В. Обручева Структура, сверхтонкие характеристики и магнитные свойства литых Сплавов Nd-Fe // Тезисы докл. X Всес. конФ. по постоянным магнитам, Суздаль, 1991, стр.3.

6. Е.В. Обручева. В.П. Менушенков. A.M. ГабаП. н.В. Белая Новые Фазы в сплавах Fe-Nd. полученных закалкой из жидкого состояния // Металловедение и термическая обработка металлов. 1992. N 9, стр. 13-16.

Заказ ш Объем 1 п. л. Тираж 100 экз Типография S03 МИСиС, ул. Орджоникидзе. 8/9