Фазовый состав и свойства сплавов иттрия и молибдена с кобальтом и никелем тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.01 ВАК РФ

РГ Б ОД

п ГРН

КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

МАГОМЕДОВА ЛЕЙЛА МОЛЛА-МАГОМЕДОВНА

ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И СВОЙСТВА СПЛАВОВ ИТТРИЯ И МОЛИБДЕНА С КОБАЛЬТОМ И НИКЕЛЕМ

02.00.01 - неорганическая химия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

КРАСНОДАР 1994

Работа выполнена на кафедре общей химии Химического факультета Московского Государственного Университета им. М. В. Ломоносова и на кафедре общей химии Северо-Осетине кого Государственного Университета им. К.Л. Хетагурова

доктор химических наук, профессор, член корр. РАЕН КЛЮЕВ Н.И.

Научные руководители -

доктор химических наук, Ърофессор СОКОЛОВСКАЯ Е.Ы.

Официальные оппоненты - доктор химических наук, профессор

глдзов в. и

доктор химических наук, профессор ПОГРЕБНАЯ В.Л

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии " ЦНИИ ЧЕРМЕТ"

Защита состоится " ^ " / & 1994 Г. В "_14_" часов на заседании Специализированного Совета К 063. 40. 01 при Кубанском Государственном Технологическом Университете по адресу: 350006, г.Краснодар, ул.Красная, 135, КГТУ, ауд 174

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке КГТУ

Автореферат разослан " /'" 1994 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета

кандидат химических наук, с.н.с. И.Д.

ОВЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Одной из наиболее актуальных задач неорганической химии является поиск и создание новых сплавов, обладащих совокупностью ценных эксплуатационных параметров. Научный прогноз новых составов и технологии получения материалов с заданным комплексом свойств связан с общим состоянием теории металлических сплавов. Особый интерес представляют сплавы на основе или с участием редкоземельных и переходных металлов, которые все шире привлекаются к созданию новых магнитных материалов. Благодаря уникальным свойствам, интерметаллиды РЭМ с металлами подгруппы железа находят все более широкое применение как в качестве индивидуальных веществ, так и в качестве фазовых составляющих, придающих требуемые свойства сплавам.

Однако, широкое применение сплавов на основе РЭМ сдерживается их высокой хрупкостью и низкой технологичностью.Применение молибдена в качестве легирующей добавки представляет определенный интерес, так как может решить задачу получения достаточно пластичных материалов.сдерживая разбрызгивание и растрескивание сплавов во время плавки и, в ряде случаев стабилизируя магнитные свойства.

Сведения для научной разработки сплавов, на основе которых могут создаваться материалы с определенным уровнем свойств, обеспечиваются результатами исследования фазовых равновесий, представляемых диаграммами состояния соответствующих систем.

В связи с этим исследование взаимодействия иттрия и молибдена с кобальтом и никелем представляется актуальной задачей.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с координационным планом научно-исследовательской работы АН РФ отделения физико-химии и технологии неорганических материалов, раздел 2.26.3.2 по теме " Свойства и строение твердых фаз на основе некоторых металлов с незаполненными Г- и <3- орбиталя-ми" (госрегистрация N 01860072483)

Яирялии благодарность доценту кафедри общем хинхн химического факультета ИГУ КАЗАКОВОЙ Б.9. за ювсультнроваяие и помощь во вреыя выполнения работ.

Цель работы. Установить характер фазовых равновесий в тройных системах У-Ш-Мо, Со-Ш-Мо и в четверной системе У-Ш-Со-Мо с последующим построением равновесных диаграмм состояния систем при 870 К; изучить процессы кристаллизации фаз в четверной системе У-Ш-Со-Мо по разрезам УМе5 и УгМе17 с добавкой Зат.Х молибдена с дальнейшим построением политермических сечений по указанным разрезам; изучить влияние состава сплавов и температуры исследования на магнитные свойства сплавов системы иттрий-никель-кобальт-молибден.

Научная новизна даботы. Проведено физико-химическое исследование фазовых равновесий в тройных системах У-Ш-Мо, Со-Ш-Мо и в четверной системе У-Ш-Со-Мо. Впервые построено изотермическое сечение диаграммы состояния системы У-Ш-Мо и схемы фазовых равновесий в системах Со-Ш-Мо и У-Ш-Со-Мо при 870 К. Впервые изучены процессы кристаллизации фаз в четверной системе У-Ш-Со-Мо по разрезам УМе5 и УгМе17 с постоянным содержанием в сплавах 3 ат.% Мо. Впервые изучено совместное влияние добавок никеля и молибдена на магнитные свойства сплавов на основе интерметаллического соединения УСоб, изучен характер изменения намагниченности насыщения, остаточной намагниченности, коэрцитивной силы и магнитной восприимчивости сплавов, расположенных по разрезу УМеэ в температурном интервалле от комнатной до температуры перехода сплавов в магнитоупорядоченное состояние.

Практическая значимость работы. Построены диаграммы состояния тройных систем У-Ш-Мо и Со-И1-Мо и четверной системы У-Ш-Со-Мо, которые могут служить справочным материалом для исследователей, работающих в области физико-химии металлических сплавов, а также руководством для направленного синтеза сплавов, обладающих определенным набором физико-химических свойств.

Полученные данные будут включены в справочник ВИНИТИ по диаграммам состояния и использованы в учебных курсах по физико-химическому анализу и методам исследования новых неорганических материалов.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Фазовые равновесия в системах У-Ы1-Мо, Со-Ш-Мо при 870 К.

2. Фазовые равновесия в системе У-Ы1-Со-Мо в области существования соединений УМв5 и УгМе17 при содержании в системе 3 и 6 ат.Х молибдена.

3. Строение политермических сечений диаграмм состояния системы У-Ш-Со-Мо по разрезам УМе5 + 3 ат.% Мо и УгМе17+ 3 ат. % Ыо.

4. Результаты магнитных исследований по влияние легирующих добавок и температуры исследования на магнитные свойства сплавов четверной системы У-Ш-Со-Мо.

Апробация работу и публикации. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Совещании Химиков Северного Кавказа ( Владикавказ, 1993г.) , по материалам диссертации опубликовано 3 печатные работы.

Объеи и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложения. Работа изложена на 200 страницах машинописного текста, включает 60 рисунков, 25 таблиц, 35 фотографий. Во вйедении обоснована актуальность темы, выбор объектов исследования, сформулированы задачи исследования и основные положения, выносимые на защиту.

В литературном обзоре рассмотрены физико-химические характеристики исходных компонентов, дан анализ литературных данных о взаимодействии металлов в двойных и тройных системах, изложены современные представления о факторах, определяющих стабильность интермегаллических соединений, в том числе интерметаллидов со структурой фаз Лавеса и их производных, реализующихся в системах иттрия с кобальтом и никелем, рассмотрены магнитные свойства интерметаллидов РЗМ.

В экспериментальной части описаны методика эксперимента и результаты физико-химического исследования фазовых равновесий в тройных системах иттрий-никель-молибден и кобальт-никель-молибден, а так же в четверной системе итт-

рий-никель-кобальт-молибден, изложены результаты иследования характера кристаллизации фаз в четверной системе по разрезам УМе5 и У2Мв17, представлены результаты по изучению влияния добавок молибдена и никеля на магнитные свойства соединения УСоб, а так же влияния температуры исследования на магнитные свойства сплавов системы иттрий-никель-кобальт-молибден.

В приложении приведены результаты исследования физико-химических свойств сплавов указанных систем.

ЭКСПЕР МЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Материал/ и методы приготовления образцов. Для приготовления сплавов использовали металлы высокой чистоты: иттрий электролитический ( 99,63 мас.Х У), кобальт электролитический ( 99,95 мас.Х Со), никель электролитический (99,95 мас.Х N1) и молибден ( 99,95 мас.Х Мо).

Сплавы тройных и четверной систем готовились методом дуговой плавки в электродуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом в атмосфере аргона. Контроль за составом сплавов осуществлялся взвешиванием образцов до и после плавки и локальным рентгеноспектральным анализом выборочных образцов. Для исследования брались сплавы, угар которых не превышал 1,5 мае.X.

Для приведения сплавов в равновесное состояния проводили гомогенизирующий отжиг в двойных вакуумированных ампулах. Режим отжига зависил от температуры и способа образования соединений в двойных системах, а так же от содержания компонентов в сплавах, и варьировался в пределах от 870 до 1270 К и от 2000 до 3000 часов. Закалка образцов проводилась с 870 К в ледяную воду.

Метода исследования сплавов. В работе были использованы следующие методы физико-химического анализа : рентгофазовый, микроструктурный, измерение твердости и микротвердости, локальный ретгеноспектральныи, высокотемпературный дифференциально- термический и измерение магнитных характеристик.

Рентгенофазовый анализ проводили методом порошка на мо-нохромированном железном излучении на приборе Дрон- ЗМП.

Идентификация фаз проводилась с помощью компьютера IBM PS/AT по картотеке GCPDS.

Локальный рентгеноспектральный анализ проводили на приборе " JXA - 840 " при U - 20 Кв.

Измерение ыикротвердости проводили на приборе ПМТ - 3 по методу Виккерса.

Измерение твердости проводили на приборе ТП-7Р-1 при нагрузке 49 H методом вдавливания алмазной пирамидки с углом при вершине 136°.

Микроструктуру исследуемых равновесных сплавов снимали на микроскопе " Neophot - 2 " (х 250-500 ).

Высокотемпературный дифференциально-термический анализ проводили на установке ВТД -986 с помощью вольфрам- вольфрам- рениевой термопары при непрерывном равномерном нагревании образцов до 1800 К со скоростью 25 град./мин. Регистрация температуры осуществлялась с помощью компьютера IBM PS/AT.

Измерение температуры Кюри, кривых магнитного гистерезиса и кривых намагничивания проводились на вибрационном магнитометре фирмы LDG (США) модели 9500 в поле напряженности 20 кЭ на текстурованных образцах объемом 1 мм3.

«ЗШЮ-ХЛШИЕСЯОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАКНОДЕЙСТВИЯ НТТРИЯ И «ШШДЕНА С КОБАЛЬТОМ И НИНЗШН

Анализ литературных данных показал, что взаимодействие в двойных системах иттрия с молибденом, кобальтом и никелем изучено достаточно подробно. Имеются также сведения о строении некоторых тройных систем : Y-Co-Mo, Y-Nl-Co ( при 870 К ) и Co-Ni-Mo ( при 1170 и 1270 К ). Сведения о взаимодействии компонентов в четверной системе Y-Nl-Co-Mo и составляющих ее тройных системах Y-Nl-Mo и Co-Ni-Mo при 870 К к началу настоящего исследования в литературе отсутствовали. Поэтому, первым этапом данного эксперимента явилось изучение фазовых равновесий в вышеуказанных тройных и четверной системах при 870 К с последующим построением изотермических и политермических сечений.

Использование комплекса методов физико - химического

- а -

анализа (микроетруктурного, рентгенофазового, локального рентгеноспекгрального, дюро - и микродюрометрического, высокотемпературного дифференциально - термического и измерения магнитных характеристик сплавов) позволило решить поставленную задачу. Полученные результаты, согласующиеся и дополняющие друг друга, показывают, что в исследуемых системах в твердом состоянии характер взаимодействия компонентов обусловлен строением двойных и тройных ограничивающих систем, а также процессами, протекающими непосредственно в соответствующих тройных и четверной системах.

Система У -Н1 -Но. Изотермическое сечение диаграммы состояния системы У-Ы1-Мо при В70 К представлено на рис.1. В результате исследования подтверждено существование в указанной системе при 870 К следующих ингерметаллических соединений: У2М117, УЫ15, УгШу, УЫ13, УШ, У3Ы1, моии, МоЫ1з, МоЫ1.

Растворимость третьего компонента в двойных интерметал-лидах иттрия и молибдена с никелем невелика и не превышает 5 ат. % третьего компонента . Интерметаллическое соединение УзЫ1 не проникает в тройную систему , что аналогично поведению соединения УзСо в системе У-Со-Мо . Границы твердых растворов на основе исходных компонентов и двойных интерме-таллидов определяли с помощью локального рентгеноспектраль-ного, рентгенофазового, микроструктурного анализов, а также по точкам излома на диаграммах " состав-свойство( параметры решетки фазы, твердость сплавов) " при переходе из одно- в двухфазную область.

Из литературы известно, что в тройных системах РЗЫ с металлами триады железа образуется тройная тетрагональная фаза типа ТШП12, родственная бинарным интерметаллидам в системах РЗЫ - Ме. Поэтому в настоящей работе особое внимание было уделено поиску данной фазы. Однако, как показало исследование, фаза на основе тройного интерметаллического соединения типа ТШщ2 в системе У-1Л-Мо при 870 К не образуется.

Все двойные интерметаллические соединения системы иттрий-никель, кроме УзМ! и УгМ117 взаимодействуют с тройным твердым раствором на основе молибдена, образуя при этом узкие двухфазные области и трехфазные поля.

Спстеаа Со -111 -ti». Фазовые равновесия, существующие в системе представлены на рас. 2 в виде схемы фазовых равновесии в системе Co-Nl-Mo при 870 К. Физико-химическое исследование взаимодействия молибдена с кобальтом и никелем позволило установить, что превращения в твердом состоянии, происходящие в данной системе при 870 К, характеризуются незначительный проникновением в систему твердого раствора на основе исходных компонентов кобальта и никеля и двойных интерметаллических соединений систем кобальт-молибден и никель-молибден.

Результаты исследования сплавов системы кобальт - никель - молибден с помощью методов физико - химического анализа показали, что при 870 К в области составов с содержанием молибдена до 50 ат.Х между исходными компонентами кобальтом и никелем образуется г - твердый раствор, проникающий в тройную систему не менее, чем на 3,8 + 3 ат.Х и не более, чем на 17 + 3 ат.% на основании собственных экспериментальных данных и с учетом строения двойных ограничивающих систем .

Твердые растворы на основе интерметаллических соединений систем Со - lío и Ni - lío имеют узкие области гомогенности и незначительно (не более 3 ат.Х) проникают в тройную систему вдоль соответствующих их составу изоконцентрат молибдена.Исключение составляет фаза С07М06 00» распространяющаяся в систему Co-Nl-Mo приблизительно на 10 ат.% (по данным ЛРСА).

Все интерметаллические соединения, реализующиеся в системе взаимодействуют с г - твердым раствором на основе исходных компонентов : кобальта и никеля, образуя при этом области двух и трехфазных равновесий (рас. 2).

В системах иттрии - кобальт и иттрий-никель образуется большое число интерметаллидов, при этом реализуется гомологический ряд соединений УМег + Y2Mei7 (где Ме - Со, N1). Интерметаллические соединения иттрия с кобальтом и никелем имеют узкие концентрационные интервалы устойчивости. Это, очевидно, обусловлено требованиями плотнейшей упаковки, поскольку соединения гомологического ряда являются либо фазами

Y

puez. 1

pua. 2

Лавеса, либо генетически связаны с фазами Лавеса. Следовательно на них, а также на характер твердых тройных растворов на их основе оказывают влияние пространственные ограничения - требования плотнейшей шаровой упаковки атомов.

В настоящей работе подтверждено существование в системе иттрий - никель - молибден бинарных интерметаллидов систем иттрий - никель и никель - молибден, таких как: Y3NI, YNi, YN12, YNi3, Y2N17, YN15, Y2Nii7, MoNi4, M0NI3 hMoNI. Однако, нами не обнаружены фазы YNI4 и Y3NI2. о которых есть сведения в литературе . Это, по-видимому связано с различиями во времени отжига и чистоте исходных компонентов.

В системе кобальт -никель -молибден по результатам настоящего исследования в области составов до 50 ат,X молибдена реализуются интерметаллические соединения составов СозМо,Со7Мо6, NlMo,Ni4Mo,Nl3Mo.

В условиях настоящего эксперимента в системах иттрия с никелем и с кобальтом реализуются фазы состава YNI5 и YC05. В литературе имеются противоречивые сведения о температурном интервале существования интерметаллических соединении RMes (где Ме - Со, N1) . Сравнительный анализ литературных данных о стабильности соединении типа RC05 (где R - редкоземельньй металл) показал, что эвтектоидный распад в них на соседние фазы 1?гМе7 и R2Mei7 наблюдается для всех РЭМ. На стабильность соединений Bfes (где R - легкий РЗМ или Y), по видимому сильно влияют такие факторы, как чистота исходных металлов и точность стехиометрического состава соединения, время и температура отжига.

Главным фактором, определяющим стабильность ШС состава YMes в тройных системах, вероятно, является размерный фактор. Среднее значение К - tr / гмв, свойственное структурному типу CaCus, равно 1,44. Для соединения YC05 К - 1,439. Замещение некоторой части атомов кобальта на большие по радиусу атомы легирующего компонента приводит к уменьшению соотношения tr / гма и, следовательно, к более благоприятным условиям реализации интерметаллида состава YC05.

Таким образом, существование при 870 К фазы YMes, (где Ме - Со, Ni) можно попытаться объяснить недостаточным временем отжига, при котором может начаться эвтектоидный распад, а также наличием в стружке кобальта, из которой приготовля-

лись сплавы, незначительного количества примесей ( чистота кобальта 99,95 масс. 2).

Растворимость молибдена в бинарных интерметаллических соединениях системы иттрий - никель не превышает 5 ат.%.

Расположение областей гомогенности и характер изменения периодов решеток интерметаллидов свидетельствуют о том, что при взаимодействии молибдена с соединениями иттрия с никелем происходит образование твердого раствора замещения за счет статистического размещения атомов молибдена в подрешетке никеля.

Система У -Н1 -Со -Но. Взаимодействие компонентов, двойных интерметаллических соединений и соединения <> (система У-Со-Мо), обладающих различными кристаллическими решетками, структурными типами и стехиометрией, приводит к образованию двух- и трехфазных областей в тройных системах. Развитие этого взаимодействия в четырехкомпонентной системе иттрий-кобальт-никель-молибден определяет наличие большого количества двух-, трех- и четырехфааных областей.

В настоящем исследовании изучена часть четверной системы в области существования соединении составов УМе5 и УгМе^ с содержанием молибдена до 6 ат.%. На основании литературных данных о характере взаимодействия компонентов в системах иттрий-кобальт-молибден и иттрий-никель-кобальт, результатов исследования диаграмм состояния систем иттрий-никель-молибден и кобальт-никель-молибден и экспериментальных данных , полученных при анализе сплавов системы иттрий-никель-кобальт-молибден построены схемы расположения фаговых областей в системе У-Ш-Со-Мо при содержании молибдена 3 ат.% (рис.3) и 6 ат.% (ркс.4 ).

Установлено, что при содержании молибдена 3 ат.% между интерметаллидами УСоэ и УЫ1б образуется непрерывный ряд твердых растворов (рнс.Э).

Характерной особенностью взаимодействия компонентов в системе У - N1 - Со - Мо по разрезу между фазами состава УгМв17 (где Ме - Со,N1) с постоянным содержанием молибдена 3 ат.% является отсутствие взаимодействия фаз УгСо!? и ¥£N117.Данные рентгенофазового анализа указывают на стабилизацию в четверной системе промежуточной фазы УМеи.

Puo. 3

УМв5 ♦ V |.v -YMef-r-

гГгСо„*-Г „•Г«*

Л/ ^Coj

<еУ »-У » Mo

^YMe; ' M <7 Л'Ме, -Motó 'Wo

Уме;- (о.МтНаВ., « MOfe <

. « 11 • ', „

/yweí » ~

.Oo^í^^^ñO-.X J^Ylè; » CoiHq. 'HoVt^S

Y He s* Motfit* f-

CoaHO ♦ ÏJ"

CojMo

»¿y

YMe^MoJ/i

TMej-Mo^tj^o^ YMes' KIoNii

YMex'WöVi, ' TWeji^I'i,,-v MotJii

YA'

'Mt>w¡i • гг

UC . ^

Как видно из рис.3 в четверной системе иттрий - никель -кобальт - молибден при содержании молибдена 3 ат.%, твердый раствор на основе соединения состава УгСо17 распространяется в четверную систему не более, чем 5 ат.% вдоль изоконцентра-ты иттрия. Что касается соединения У2И117, то область его гомогенности меньше и составляет ~ 4 ат.% .

При содержании молибдена 3 ат.% в области составов до 17 ат.% иттрия при 870 К в системе иттрий - никель - кобальт -молибден реализуется одна область четырехфазного равновесия, 4 - трехфазные и 8 двухфазных областей (рис.3).

Анализ зависимости свойств сплавов от состава в системе иттрий - никель - кобальт - молибден по разрезу УМв5 показал, что в области составов 10 - 20 ат.% никеля и 60 - 70 ат.% кобальта происходит некоторое ослабление взаимодействия в кристаллической решетке фазы УМб5, что объясняет появление максимума на кривой зависимости параметров решетки от состава и минимума на кривой твердости в данной области составов.

Схема расположения фазовых областей в четверной системе при содержании 6 ат.% молибдена, представлена на рис.4 .

Данные рентгенофазового анализа свидетельствуют о сложном характере взаимодействия фаз, распространяющихся в четверную систему из тройных. Данные микроструктурного анализа подтверждают схему расположения фазовых областей, показанную на рис.4.

В данной части четверной системы существует 13 областей четырехфазного равновесия, 23 трехфазные области и 16 двухфазных областей.

Как известно, двухфазные области в четверной системе могут иметь различную форму. Геометрический образ любого трехфазного равновесия в четверной системе - это совокупность трех сопряженных поверхностей. Равновесие трех фаз в четверном сплаве при постоянной температуре изображается конодным треугольником, вершинами которого являются составы равновесных фаз. Объем трехфазного равновесия в четверной системе имеет форму призмы. Значит, на изотермическом разрезе трехфазное равновесие будет изображаться либо в виде треугольника, если сечение параллельно, или почти параллельно конодно-му треугольнику, либо трапецией, если сечение перпендикулярно, или почти перпендикулярно конодному треугольник.

Стороны треугольника, изображающего трехфазное равновесие на четверной изотерме, могут быть прямыми линиями в двух случаях:

1. Если сторона треугольника является линией, разделяющей области трехфазного и четырехфазного равновесия на сечении.

2. Если эта сторона соединяет вершины треугольника, лежащие в однофазных областях, распространяющихся в четверную систему паралльлельно, т.е. вдоль соответствующих изокон-центрат одного из компонентов.

Так, например, на рчс.З области трехфазных равновесий УМв5 + г + УгС017 (^2^117) имеют форму треугольников, стороны которых изображены прямыми линиями, так как вершины треугольников опираются на однофазные области, параллельно распространяющиеся в четверную систему вдоль изоконцентрат иттрия. Одна из сторон треугольника, ограничивающего трехфазную область УгСо17+ г + С03М0 является прямой линией, т.к. через нее указанная трехфазная область граничит с областью четырехфазного равновесия УгСо17 +г + С03М0 + ф . Две другие стороны, разделяющие трехфазную область с двухфазными, повторяют форму последних.

С целью изучения характера кристаллизации фаз в четверной системе по разрезам УМе5 и УгМе17 с добавкой 3 ат.% Ыо был проведен высокотемпературный дифференциально - термический анализ.

Построенные на основании данных ВДТА, рентгенофазового, дюрометрического и микроструктурного анализов политермические сечения диаграммы состояния системы иттрий - никель -кобальт - молибден по разрезам УМеэ + 3 ат.Х Мо и УгМв17 + 3 ат.Х Мо имеют довольно сложный вид (рис.5, 6 ). Ликвидус и солидус разрезов состоят из нескольких ветвей, каждая из которых - след от сечения вертикальной плоскостью разреза поверхности начала и конца кристаллизации соответствующих фаз. Представленные политермические сечения характеризуются наличием большого количества объемов, в которых протекает совместная кристаллизация нескольких фаз, а также перитектичес-кие и эвтектические реакции, распространяющиеся в четверную систему из соответствугщих двойных и тройных систем.

Существование одно-, двух- и трехфазных областей в суб-

lL+VMt5*yiM,t

3 L ♦YiM.r

солидусной части сечения по разрезу УгМе^ + 3 ат.% молибдена подтверждается данными рентгенофаэового, микроструктурного и дюрометрического анализов.

Существование непрерывного ряда твердых растворов УМе5 в субсолидусной части политермического сечения по разрезу УМе5 + 3 ат.% Мо также подтверждается комплексом методов физико-химического анализа сплавов, расположенных по изоконцент-рате иттрия 17 ат.%, закаленных с 870 К .

ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНЫХ СВОЙСТВ СПЛАВОВ НТТРНЯ И КОЛИБДЕНА С КОБАЛЬТОУ И ННККЛЕЫ

Изучение фазового состава явилось теретической основой для выбора и исследования сплавов, обладающих наиболее интересными магнитными свойствами.

Исследование магнитных характеристик сплавов проводилось при нескольких темпера^гурах в интервалле от 295 до 920 К, что позволило установить зависимость намагниченности насыщения, остаточной индукции, магнитной восприимчивости и коэрцитивной силы сплавов не только от состава, но и от температуры.

Результаты магнитных исследований сплавов системы иттрий-никель-кобальт-молибден представлены в табл.1 . Как видно из рис.3 между фазами УШб и УСоб в системе У-Ы1-Со-Мо при содержании молибдена Зат.% существует непрерывный ряд твердых растворов. Магнитные исследования показали, что сплавы,расположенные по указанному разрезу и содержащие от О до 35 ат.% N1 являются ферромагнитными, а сплавы с содержанием никеля до 80 ат.% - парамагнитны.

Температуру перехода сплавов в магнитоупорядоченное состояние расчитывали для ферромагнитных сплавов по максимуму наклона кривых В - Т (Т), а для парамагнитных сплавов экстраполяцией кривых 1/х - Г (Т) . Расчет температур перехода в магнитоупорядоченное состояние показал, что с увеличением содержания в сплавах никеля, температура Кюри уменьшается от 924 до 30 К (табл.1 ).

Падение температур Кюри для сплавов, расположенных по разрезу между фазами УСоз и УШб в системе У-Ш-Со-Мо можно

отнести к ослаблению магнитных взаимодействии в кристаллической решетке непрерывного ряда твердых растворов YMes. В сплавах с высоким содержанием никеля (50-80 ат.%) температура Кюри меняется незначительно при изменении состава, что связано, по-видимому, с тем, что изменение концентрации никеля в сплавах не оказывает практически никакого влияния на характер обменных взаимодействий между атомами d-металла.

Полученное в настоящей работе значение температуры Кюри для сплава состава Y-17aT.%, Со-80ат.%, Мо-Зат.Х составляет 924 К, что на 16 К ниже, чем известное из литературы значение температуры Нюри для сплава указанного состава в системе Y-Co-Mo (940 К). Понижение температуры перехода в магнитоу-порядоченное состояние для сплава YC05, легированного молибденом по сравнению с чистым YC05 (977 К) определяется ослаблением обменного взаимодействия в подрешетке 3-d металла, вследствии растворения молибдена в интерметаллическом соединении указанного состава.

Изучение формы петель гистерезиса для ферромагнитных сплавов показало, что при увеличении содержания никеля в сплавах происходит уменьшении намагниченности насыщения и остаточной намагниченности. Это, по-видимому связано с тем, что в кристаллической решетке фазы YMes атомы никеля, несущие меньший ,чем у кобальта магнитный момент,статистически замещают атомы кобальта, т.е. имеет место так называемое магнитное разбавление. Коэрцитивная сила сплавов при изменении состава несколько увеличивается (табл.1 ).

При увеличении температуры от комнатной до 920 К для всех образцов наблюдается плавное уменьшение значений намагниченности насыщения и остаточной намагниченности. Это связано с усилением теплового движения атомов, вследствии чего наблюдается разупорядочение магнитных моментов d-атомов. Происходит некоторое хаотическое отклонение первоначальной ориентации атомных магнитных моментов и, вследствии этого ослабляется ферромагнитное обменное взаимодействие d-атомов в узлах кристаллической решетки фазы YMes.

Коэрцитивная сила при увеличении температуры практически не меняется. Такая стабилизация обусловлена тем, что в температурном интервалле от 295 до 920 К ,судя по диаграммам состояния двойных систем, а также исходя из схемы расположе-

га&шца 1

Магнитные хараятеристкяя сплавов систечи У - N1 - Со - Но при Еоипатпой температуре

Состав сплавов,ат.% Фазовый Т Кюри, Вшах, Вг, Нс, ** 10 У N1 Со Мо состав Г Г Г Э

,"4

80 3 УМе5 924 3201 806 610

17 20' 60 3 УМе5 670 1523 383 642

17 35 45 3 УМеБ 390 764 322 810

17 50 30 3 УМв5 120

14,4

17 65 15 3 УМе5 70

17 80

3 УМеэ 30

10,8 1,8

1

-гонт фазовых областей в системе иттрий-никель-кобальт-молибден и из строения представленного на рис.5 политермического сечения диаграммы состояния системы У-Ы1-Со-Мо по разрезу УМе5 + Зат.Х Мо, в сплавах не происходит фазовых превращений.

В литературе имеются сведения, что соединение УМ15 является паулевским парамагнетиком . Как показало настящее исследование, легирование соединения УШб молибденом и кобальтом приводит к изменению магнитного поведения указанной фазы. Магнитное поведение парамагнитных сплавов УИ15, легированных молибденом и кобальтом, подчиняются закону йори-Вей-са. Это связано с тем, что в соединении УШб ЗД-орбиталь атома никеля полностью заполнена и магнитный момент соединения равен нулю. Статистическое замещение атомов никеля атомами кобальта, несущего больший по величине магнитный момент, в кристаллической решетке УМез приводит к появлению локализованных электронов, и, вследствии этого температурной зависимости магнитной восприимчивости сплавов; При этом, как показало исследование эффективный момент атома никеля практически не зависит от концентрации кобальта.

Итак, благодаря стабилизации магнитных свойств сплавов УСоб, легированных молибденом и никелем ,в температурном интервале от комнатной до температуры перехода в магнитоупоря-доченное состояние, их можно считать перспективными для применения в качестве магнитных материалов в широком температурном интервалле.

ВЫВОДЫ

1. На основании полученных результатов установлены фазовые равновесия в системе иттрий-никель-молибден при 870 К. Построено изотермическое сечение диаграммы состояния системы при указанной температуре. В тройной системе иттрий-никель-молибден при 870 К обнаружены все интерметалличесчкие соединения систем иттрий-никель и никель-молибден, кроме УЫ14 и УзЫ12- Установлено, что растворимость третьего компонента в интерметаллических соединениях никеля с иттрием и молибденом не превышает 5 ат.%. Промежуточная фаза на основе

тройного интерметаллического соединения со структурой типа ТЬМп12 в данной системе не образуется.

2. На основании порученных данных впервые установлены фазовые равновесия в системе кобальт-никель-молибден при 870 К в области составов до 50 ат.Х молибдена. Построена схема фазовых равновесий в указанной системе при 870 К. Установлено, что г твердый раствор на основе исходных компонентов кобальта и никеля проникает в тройную систему не менее, чем на 3,8 и не более, чем 17 ат.Х.

3. С помощью комплекса методов физико-химического анализа установлен характер взаимодействия фаз в части четверной системы иттрий-никель-кобальт-молибден в области существования соединений УМе5 и УгМе17 ( где Ме - Со, N1 ) при содержании в системе 3 и 6 ат.Х молибдена. На основании полученных результатов построены схемы расположения фазовых областей в системе иттрий-никель-кобальт-молибден при 870 К при содержании молибдена 3 и 6 ат.Х. Установлено, что в четверной системе стабилизируются соединения состава УМе5 (где Ме - Co.Nl).

4. Установлен характер кристаллизации фаз в четверной системе иттрий-никель-кобальт-молибден по разрезам УМе5+ • Зат.Х Ыо и УгМе17+ Зат.Х Мо. На основании результатов комплекса методов физико-химического анализа построены политермические сечения диаграммы состояния четверной системы иттрий-никель-кобальт-молибден по указанным разрезам.Установлено, что политермические сечения характеризуются наличием большого числа объемов, в которых протекает совместная кристаллизация нескольких фаз, а также перитектические и эвтектические реакции, распространяющиеся в четверную систему из соответствующих двойных и тройных систем.

5. По результатам исследования магнитных свойств сплавов четверной системы иттрий-никель-кобальт-молибден по разрезу УМез + Зат.Х молибдена установлено, что часть сплавов, расположенных по указанному разрезу ( с содержанием никеля до 35 ат.% ) являются ферромагнетиками, а часть сплавов ( с содержанием никеля от 35 до 80 ат.%) - парамагнетиками.Для сплавов системы иттрий-никель-кобаьт-молибден определены температуры перехода в магнитоупорядочнное состояние. Установлено, что для ферромагнитных сплавов системы при увеличе-

нии температуры от комнатной до 920 К происходит стабилизация магнитных свойств ( намагниченности насыщения, остаточной индукции и коэрцитивной силы ).

Пубмяащм:

1. Соколовская Е.М. .Калоев Н.И. .Казакова Е.Ф. .Магомедова Л.М. Взаимодействие фаз в четверной системе Y-Nl-Co-Mo по разрезу YMes + Зат.Х Мо

Деп. в ВИНИТИ N 245 В- 94

2. Соколовская Е.М..Калоев Н.И. .Казакова Е.Ф..Магомедова Л.М. Изотермическое сечение диаграммы состояния системы Y-Nl-Mo при 870 К

Деп. в ВИНИТИ N 470 В- 94

3. Соколовская Е.М. .Калоев Н.И. .Казакова Е.Ф. .Магомедова Л.М. Влияние фазового состава на магнитные свойства сплавов системы Y-Nl-Co-Mo

Деп. в ВИНИТИ N 1011 В- 94