阅读说明：本技术 一种扩散多元结绘制La-Fe-B体系等温截面相图的方法 (Method for drawing isothermal cross-section phase diagram of La-Fe-B system by diffusion multi-element junction ) 是由 姚青荣 韦奇 王江 卢照 黄伟超 饶光辉 周怀营 于 2019-11-19 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种扩散多元结绘制La-Fe-B体系等温截面相图的方法,利用FeB和La块固体紧密接触在一起,在高温下相互扩散形成稳定的扩散层,然后测定扩散层中成分渐变的固溶体和化合物,最终绘制出La-Fe-B相图。扩散多元结技术测定相图比传统的合金法效率更高,成本更低,研发周期更短,适合发现性能优异的化合物。(The invention discloses a method for drawing an isothermal section phase diagram of a La-Fe-B system by diffusion multinary junctions. Compared with the traditional alloy method, the method for measuring the phase diagram by the diffusion multi-element junction technology has higher efficiency, lower cost and shorter research and development period, and is suitable for finding compounds with excellent performance.)

一种扩散多元结绘制La-Fe-B体系等温截面相图的方法

技术领域

本发明属于永磁材料技术领域，具体涉及一种扩散多元结绘制La-Fe-B体系等温截面相图的方法。

背景技术

稀土永磁产业是稀土应用领域发展最快、规模最大的产业，也是我国为数不多的在国际上具有重要地位和较大影响力的产业之一，体现了我国战略新兴产业领域的重大发展方向。据统计2014年我国稀土永磁年产量近11万吨，消耗了稀土应用总量的41％。传统稀土永磁材料消耗了大量的资源紧缺Pr、Nd、Dy、Tb等稀土元素，而高丰度的La、Ce等元素大量积压；同时，在稀土分离提纯过程中造成严重的生态环境污染。由于我国以23％的稀土储量承担了全球90％以上的稀土消耗，稀土资源的高效、平衡利用成为我国稀土产业可持续发展必需解决的问题。因此，实现高丰度稀土，特别是原矿未分离或部分分离的混合稀土，在永磁材料中的广泛应用已成为极其重要的国家战略目标。

理论上看，高丰度稀土元素La的RE₂Fe₁₄B化合物内禀永磁性较好，具有发展成高性能永磁材料的潜力，但美国能源部阿莫斯实验室(Ames Laboratory of USDOE)等研究机构尝试了高丰度稀土替代钕铁硼磁体中的Nd，发现永磁性能显著恶化。一般认为高丰度稀土元素La的RE₂Fe₁₄B化合物成相相对困难，导致显微组织结构破坏，难以获得较高的磁性能。研究表明，相结构的稳定和组织结构的优化是发展高丰度稀土永磁材料的关键。所以确定La-Fe-B相图的成相规律和凝固特征对烧结双主相La-Nd-Fe-B永磁体是非常重要的。

采用扩散多元结技术技术阐明RE-Fe-B相关系和成相规律，建立双(多)主相稀土永磁材料成分、组织结构与性能的数据库，实现稀土资源的高效、平衡和高值利用。

发明内容

本发明的目的在于利用扩散多元结技术绘制La-Fe-B体系的相关系和成相规律。扩散多元结技术比传统的合金法绘制相图更加节约成本、缩短了研发周期。

本发明具体通过以下技术方案实现：

一种扩散多元结绘制La-Fe-B体系等温截面相图的方法，包括以下步骤：

1)以纯度≥99.99％的La、Fe、B为原料，按FeB分子式的化学计量比配料；

2)在氩气保护下熔炼出FeB合金和La铸锭；

3)FeB铸锭在真空1000℃进行均匀化热处理120h；

4)热处理后的FeB和La铸锭切割成φ10×3的圆柱体并抛光；

5)抛光后的FeB和La圆柱体在真空烧结炉(SPS)烧结使FeB和La扩散结合，形成扩散偶FeB-La；

6)扩散偶FeB-La真空封管后放入800℃退火炉退火240h；

7)退火后的扩散偶FeB-La切割抛光，使用电子探针(EPMA)观察扩散层金相组织分布；

8)分析扩散层相组织关系，绘制La-Fe-B体系800℃相图。

进一步的，所述的熔炼于标准的非自耗真空电弧炉中进行，为了保证合金的成分均匀性，需翻转熔炼3～4次。

进一步的，所述的均匀化热处理温度为1000℃，保温时间以120小时最佳。该过程包括保温之后冰水淬火。

进一步的，所述的抛光采用自动抛光机AutoMet^TM250按600目、1200目、3600目、5400目的顺序抛光。

进一步的，所述的真空烧结具体为将FeB和La圆柱体两个抛光圆面贴合放入模具中烧结。所述的真空烧结条件为：烧结温度600℃，压力30Mp，时间20分钟最佳。

本发明扩散多元结关键技术检测指标：

确保扩散偶FeB-La是固态扩散的方式形成的扩散层，而不是高温液化渗透形成的扩散层。所以在真空烧结时控制好温度、压力和时间参数至关重要。经过真空烧结炉烧结出来的扩散偶必须经过切割、抛光后，在电子探针(EPMA)下观察扩散层是否出现液相，如果扩散偶出现液相为不合格扩散偶，会影响成相规律；扩散层没出现液相为固态扩散，可进行真空封管。

本发明的有益效果为：

扩散多元结技术打破传统合金法测定相图的模式，利用FeB和La块固体紧密接触在一起，在高温下相互扩散形成稳定的扩散层，然后测定扩散层中成分渐变的固溶体和化合物，最终绘制出La-Fe-B相图。扩散多元结技术将大幅度的减少实验量，同时紧密结合有针对性的实验研究，提高实验成功率与研究效率、避免了实验的盲目性，大大缩短高丰度稀土永磁材料的研发周期，降低研发成本，有效推动高丰度稀土的广泛应用。

本申请主要利用扩散多元结技术测定了La-Fe-B体系800℃的等温截面相图，发现了La₂Fe₁₄B和LaFe₄B₄两个三元化合物。化合物La₂Fe₁₄B的内禀永磁性较好，具有发展成高性能永磁材料的潜力，为发展多主相La-Ce-Pr-Fe-B永磁材料提供了理论依据。

附图说明

图1为采用电子探针(EPMA)测出扩散偶FeB-LaFe的扩散层背散射图；

图2为扩散偶Fe₈B₂-La扩散层的背散射图；

图3为扩散多元结技术测定的La-Fe-B体系800℃相图。

具体实施方式

下面将结合本发明具体的实施例，对本发明技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种扩散多元结绘制La-Fe-B体系等温截面相图的方法，利用了扩散多元结技术绘制出了La-Fe-B三元体系800℃的等温截面相图。具体包括以下内容：

以纯度≥99.99％的La、Fe、B为原料，按FeB分子式的化学计量比配料，在氩气保护下熔炼出FeB合金和La铸锭，熔炼于标准的非自耗真空电弧炉中进行，为了保证合金的成分均匀性，需翻转熔炼3～4次。将得到的FeB铸锭在真空1000℃条件下进行均匀化热处理120h后水淬。热处理后的FeB和La铸锭切割成φ10×3的圆柱体并抛光，抛光采用自动抛光机AutoMet^TM250按600目、1200目、3600目、5400目的顺序抛光。抛光后的FeB和La圆柱体在真空烧结炉(SPS)烧结使FeB和La扩散结合，形成扩散偶FeB-La，真空烧结具体为将FeB和La圆柱体两个抛光圆面贴合放入模具中烧结，真空烧结条件为：烧结温度600℃，压力30Mp，时间20分钟最佳。扩散偶FeB-La真空封管后放入800℃退火炉退火240h，退火后的扩散偶FeB-La切割抛光，使用电子探针(EPMA)观察扩散层金相组织分布，分析扩散层相组织关系，绘制La-Fe-B体系800℃相图。

实施例

测定La-Fe-B三元体系800℃等温相图的具体实施步骤：

(1)以纯度≥99.99％的La、Fe、B为原料，按FeB、Fe₂B₈分子式的化学计量比配料(分别配两个成分)；

(2)使用真空熔炼炉在氩气保护下熔炼出FeB合金、Fe₂B₈、La铸锭各两个，保证合金的成分均匀性，需翻转熔炼3～4次；

(3)FeB、Fe₂B₈铸锭在真空1000℃进行均匀化热处理120h，然后用冰水淬火取出；

(4)热处理后的FeB、Fe₂B₈和La铸锭切割成φ10×3的圆柱体并抛光，使用AutoMet^TM250自动抛光机按600目/1200目/2400目/3600目的顺序抛光；

(5)抛光后的FeB、Fe₂B₈和La圆柱体在真空烧结炉(SPS)烧结使FeB和La扩散结合，形成扩散偶FeB-La和Fe₂B₈-La。烧结时间20分钟，前6分钟升温至600℃，保温8分钟，6分钟降温至室温，烧结过程压力保持30Mp；

(6)扩散偶FeB-La和Fe₂B₈-La真空封管后放入800℃退火炉退火240h；

(7)退火后的扩散偶FeB-La和Fe₂B₈-La切割抛光，使用电子探针(EPMA)观察扩散层金相组织分布(图1和图2)；

(8)分析扩散层的相组织关系，根据相区的局部平衡原理，扩散区中每一个无限薄的层都与相邻层处于热力学平衡状态。即三个不同的相相互接触形成结点，则这三个相处于三相平衡状态。如图1中，LaB6,FeB和Fe2B相互接触形成结点A，测可以确定LaB6,FeB和Fe2B三相平衡，最终可以确定图3中，由LaB6,FeB和Fe2B构成的三角形区域。根据该原理绘制出La-Fe-B体系800℃相图(图3)。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。