專利名稱：三元鋱鏑鐵合金的制備方法
技術領域：
本發明涉及三元合金的制備方法，尤其涉及一種稀土超磁致伸縮材料——Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金原材料的制備方法，屬新材料技術領域。
目前，制備稀土超磁致伸縮材料時，其原材料均采用純金屬(Tb＞99.9％，Dy＞99％，Fe＞99.8％)，經真空感應爐熔煉成Tb0.3Dy0.7Fe1.95母合金再經特殊的熱處理工藝，使磁致伸縮性能提高。該稀土超磁致伸縮材料，是由富稀土相(Tb和Dy)和基體相(RFe2)組成的合金。
根據熔煉原理，在稀土超磁致伸縮材料真空感應爐熔煉時，如果以母合金(中間合金)的形式加入合金元素，要比以純金屬形式加入更為合理，因為母合金的熔點低于純金屬的熔點(Fe3Tb合金熔點為1212℃，Fe2Dy合金熔點為1270℃，純金屬鋱的熔點為1427℃，純金屬鏑的熔點為1500℃)，因此，在真空感應爐熔煉實用合金時，所需的原材料若以母合金的形式加入，更易快速熔化，不但使合金成分更加均勻，而且又大大縮短熔煉時間，即可降低成本，又可減少合金的損失。
目前，稀土超磁致伸縮材料的原材料，其中的稀土材料(Tb，Dy)是由稀土氟化物(TbF3，DyF3)經金屬鈣高溫熱還原而制得的，該工藝過程不但較復雜，造成成本過高，而且有嚴重的環境污染問題。到目前為止，還沒見其他可用材料。
本發明采用鈣還原擴散法，直接由兩種稀土氧化物(Dy2O3，Tb4O7)經還原擴散同金屬鐵生成TbDyFe合金，所需解決的關鍵技術是原材料的配比和還原擴散工藝參數。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是根據實際需要配比原材料；對還原劑(鈣)的用量、還原與擴散反應溫度和保溫時間對鏑(Dy)和鋱(Tb)的含量的影響進行試驗測定。
其科學原理是，根據Fe-Tb二元平衡狀態圖，當鋱(Tb)含量達48.7％(重量)時，可形成Fe3Tb金屬間化合物。當鋱(Tb)含量達46％(重量)時，相當于Tb0.3Fe合金，該合金由鐵和Fe3Tb金屬間化合物所組成。根據Fe-Dy二種平衡狀態圖，當鏑含量達59％(重量)時，可形成Fe2Dy金屬間化合物。當鏑含量達67％(重量)時，相當于D0.7Fe合金，該合金由金屬鏑和Fe2Dy金屬間化合物所組成。根據稀土氧化物(Tb4O7，Dy2O3)的生成反應自由能，可以判斷所采用的還原劑和還原反應溫度，依據動力學原理，可判斷其擴散反應保溫時間。
采用還原擴散法制取鋱鏑鐵合金的化學反應方程式是
根據上述反應，計算各反應物的理論用量，首先將用量的所有反應料用混料機均勻混合至少1.5小時，然后在壓力機上將混均料在500kg——650kg/cm2壓力下壓成一定形狀的料塊，在有氬氣保護的真空電阻爐中進行還原擴散反應，可以生成不同含稀土量(鋱、鏑)的三元鋱鏑鐵合金，合金中的含稀土量(鋱、鏑)根據需要，可以在40％-60％(重量)范圍內變化。在三元合金中，當稀土鋱含量達到17.64％(重量)和稀土鏑含量達到42.1％(重量)、鐵含量40.26％(重量)時，該合金可作為典型稀土超磁致伸縮合金(Fe1.95Dy0.7Tb0.3)的原材料，否則該三元合金由Fe3Tb金屬間化合物、Fe2Dy金屬間化合物和鐵所組成。還原反應溫度為850℃-1000℃，保持溫度時間為1小時至2小時，擴散反應溫度為1000℃-1150℃，保持溫度時間為2-3小時，反應完成以后，反應料冷至50℃以下，再置于水中浸泡，經攪拌靜止后，去除混濁液，反復沖洗至水中無白色懸浮物為止，而后加入稀醋酸銨(3％NH4AC)水溶液洗4-5次，再用水沖洗至水溶液呈中性為止。去除水溶液，用無水乙醇清洗合金粉2-3次，再將合金粉置于真空干燥箱中干燥2小時以上。隨稀土氧化物(Tb4O7，Dy2O3)用量不同，可制備出含稀土總量(Tb，Dy)為40％-60％的鋱鏑鐵合金。
本發明的有益效果是，直接采用兩種稀土氧化物(Tb4O7，Dy2O3)經金屬鈣還原擴散同鐵形成三元鋱鏑鐵合金(TbDyFe)。該工藝方法具有成本低、無環境污染等特點，可隨稀土氧化物用量不同，制備出不同含稀土總量的三元鋱鏑合金，從而可滿足制備稀土超磁致伸縮材料的要求，使其不必采用純稀土金屬(Tb，Dy)為原材料，這樣，不但可縮短制備稀土超磁致伸縮材料的熔煉時間，而且又可減少熔煉時原材料的損失，使成本大大降低。
實施例2將Tb4O7236克、Dy2O3550克、Fe粉470克、Ca粒530克(理論用量的2倍)，用實施例1的處理方法處理后，所得合金粉1133.8克，合金中含59％稀土總量(17.4％Tb，41.6％Dy)，40.5％Fe，Ca為0.12％，O為0.15％。
實施例3將Tb4O7150克、Dy2O3350克、Fe粉299克、Ca粒253克(理論用量的1.5倍)，用實施例1的處理方法處理后，所得合金粉722.6克，合金中含59.6％稀土總量(17.4％Tb，42.2％Dy)，40％Fe，Ca為0.15％，O為0.16％。
實施例4將Tb4O7193克、Dy2O3450克、Fe粉384克、Ca粒282克(理論用量的1.3倍)，用實施例1的方法制成的試料塊，在真空電阻爐中加熱到還原反應溫度850℃，保持溫度時間為2小時，再加熱到擴散反應溫度1000℃，保持溫度3小時，再按實施例1的方法處理反應完畢料，所得合金粉925克，合金中含59.3％稀土總量(17.15％Tb，42.15％Dy)，40.3％Fe，Ca為0.12％，O為0.16％。
實施例5將Tb4O7172克、Dy2O3400克、Fe粉342克、Ca粒251克(理論用量的1.3倍)，用實施例1的方法制成的試料塊，在真空電阻爐中加熱到還原反應溫度900℃，保持溫度時間1小時40分，再加熱到擴散反應溫度1100℃，保持溫度時間2小時30分，再按實施例1的方法處理反應完畢料，所得合金粉826.5克，合金中含59.6％稀土總量(17.3％Tb，42.3％Dy)，40.1％Fe，Ca為0.11％，O為0.17％。
實施例6將Tb4O7129克、Dy2O3300克、Fe粉256克、Ca粒188克(理論用量的1.3倍)，用實施例1的方法制成的試料塊，在真空電阻爐中加熱到還原反應溫度1000℃，保持溫度時間1小時，再加熱到擴散反應溫度1150℃，保持溫度時間2小時，再按實施例1的方法處理反應完畢料，所得合金粉620.5克，合金中含59％稀土總量(17.1％Tb，42.0％Dy)，40.1％Fe，Ca為0.12％，O為0.15％。
實施例7將Tb4O7160克、Dy2O3372克、Fe粉680克、Ca粒233克(理論用量的1.3倍)，用實施例1的方法制成的試料塊，在真空電阻爐中加熱到還原反應溫度900℃，保持溫度時間1.5小時，再加熱到擴散反應溫度1100℃，保持溫度時間2.5小時，再按實施例1的方法處理反應完畢料，所得合金粉1129克，合金中含39.7％稀土總量(11.8％Tb，27.9％Dy)，60％Fe，Ca為0.10％，O為0.14％。
實施例8將實施例2的合金粉1000克，經真空感應爐熔煉成TbDyFe(Tb0.3Dy0.7Fe1.95)母合金，經950℃退火2小時后，在400A·M-1磁場下磁致伸縮應變為1.35×10-3，經1000℃退火2小時后，在400A·M-1磁場下磁致伸縮應變為1.65×10-3。
權利要求
1.一種三元稀土鐵合金TbDyFe(Tb0.3Dy0.7Fe1.95)的制備方法，該方法采用金屬鈣還原擴散法，其特征是直接由兩種稀土氧化物(Tb4O7，Dy2O3)，通過鈣還原擴散制備含40％-60％(重量)稀土總量的三元鋱鏑鐵(TbDyFe)合金。配料按下列化學反應方程式計算金屬鈣還原劑的用量為理論用量的1倍-2倍，其他料按理論用量，還原反應溫度為850℃-1000℃，保持溫度時間為1小時至2小時，擴散反應溫度為1000℃-1150℃，保持溫度時間為2小時至3小時，反應完成后，反應完畢料冷至50℃以下。
2.權利要求1所述的合金的制備方法，其特征是反應完成后的冷卻料，先置于水中浸泡，反復沖洗后，用稀醋酸銨(3％NH4AC)水溶液洗4次，再用水沖洗至水溶液呈中性為止，再用無水乙醇沖洗3次，在真空干燥箱中烘干2小時，真空包裝。
3.權利要求1所述的合金的制備方法，其特征是稀土氧化物(Tb4O7，Dy2O3)的用量，可小于理論用量，制備出的三元鋱鏑鐵合金由Fe3Tb金屬間化合物、Fe2Dy金屬間化合物和鐵所組成。
全文摘要
本發明涉及一種用于稀土超磁致伸縮材料的三元鋱鏑鐵合金的制備方法，該方法采用金屬鈣作還原劑，直接由兩種稀土氧化物(Tb
文檔編號C22C38/00GK1436871SQ0210229
公開日2003年8月20日 申請日期2002年2月6日 優先權日2002年2月6日
發明者徐軍 申請人:徐軍