专利名称：三元铽镝铁合金的制备方法
技术领域：
本发明涉及三元合金的制备方法，尤其涉及一种稀土超磁致伸缩材料——Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金原材料的制备方法，属新材料技术领域。
目前，制备稀土超磁致伸缩材料时，其原材料均采用纯金属(Tb＞99.9％，Dy＞99％，Fe＞99.8％)，经真空感应炉熔炼成Tb0.3Dy0.7Fe1.95母合金再经特殊的热处理工艺，使磁致伸缩性能提高。该稀土超磁致伸缩材料，是由富稀土相(Tb和Dy)和基体相(RFe2)组成的合金。
根据熔炼原理，在稀土超磁致伸缩材料真空感应炉熔炼时，如果以母合金(中间合金)的形式加入合金元素，要比以纯金属形式加入更为合理，因为母合金的熔点低于纯金属的熔点(Fe3Tb合金熔点为1212℃，Fe2Dy合金熔点为1270℃，纯金属铽的熔点为1427℃，纯金属镝的熔点为1500℃)，因此，在真空感应炉熔炼实用合金时，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匀，而且又大大缩短熔炼时间，即可降低成本，又可减少合金的损失。
目前，稀土超磁致伸缩材料的原材料，其中的稀土材料(Tb，Dy)是由稀土氟化物(TbF3，DyF3)经金属钙高温热还原而制得的，该工艺过程不但较复杂，造成成本过高，而且有严重的环境污染问题。到目前为止，还没见其他可用材料。
本发明采用钙还原扩散法，直接由两种稀土氧化物(Dy2O3，Tb4O7)经还原扩散同金属铁生成TbDyFe合金，所需解决的关键技术是原材料的配比和还原扩散工艺参数。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是根据实际需要配比原材料；对还原剂(钙)的用量、还原与扩散反应温度和保温时间对镝(Dy)和铽(Tb)的含量的影响进行试验测定。
其科学原理是，根据Fe-Tb二元平衡状态图，当铽(Tb)含量达48.7％(重量)时，可形成Fe3Tb金属间化合物。当铽(Tb)含量达46％(重量)时，相当于Tb0.3Fe合金，该合金由铁和Fe3Tb金属间化合物所组成。根据Fe-Dy二种平衡状态图，当镝含量达59％(重量)时，可形成Fe2Dy金属间化合物。当镝含量达67％(重量)时，相当于D0.7Fe合金，该合金由金属镝和Fe2Dy金属间化合物所组成。根据稀土氧化物(Tb4O7，Dy2O3)的生成反应自由能，可以判断所采用的还原剂和还原反应温度，依据动力学原理，可判断其扩散反应保温时间。
采用还原扩散法制取铽镝铁合金的化学反应方程式是
根据上述反应，计算各反应物的理论用量，首先将用量的所有反应料用混料机均匀混合至少1.5小时，然后在压力机上将混均料在500kg——650kg/cm2压力下压成一定形状的料块，在有氩气保护的真空电阻炉中进行还原扩散反应，可以生成不同含稀土量(铽、镝)的三元铽镝铁合金，合金中的含稀土量(铽、镝)根据需要，可以在40％-60％(重量)范围内变化。在三元合金中，当稀土铽含量达到17.64％(重量)和稀土镝含量达到42.1％(重量)、铁含量40.26％(重量)时，该合金可作为典型稀土超磁致伸缩合金(Fe1.95Dy0.7Tb0.3)的原材料，否则该三元合金由Fe3Tb金属间化合物、Fe2Dy金属间化合物和铁所组成。还原反应温度为850℃-1000℃，保持温度时间为1小时至2小时，扩散反应温度为1000℃-1150℃，保持温度时间为2-3小时，反应完成以后，反应料冷至50℃以下，再置于水中浸泡，经搅拌静止后，去除混浊液，反复冲洗至水中无白色悬浮物为止，而后加入稀醋酸铵(3％NH4AC)水溶液洗4-5次，再用水冲洗至水溶液呈中性为止。去除水溶液，用无水乙醇清洗合金粉2-3次，再将合金粉置于真空干燥箱中干燥2小时以上。随稀土氧化物(Tb4O7，Dy2O3)用量不同，可制备出含稀土总量(Tb，Dy)为40％-60％的铽镝铁合金。
本发明的有益效果是，直接采用两种稀土氧化物(Tb4O7，Dy2O3)经金属钙还原扩散同铁形成三元铽镝铁合金(TbDyFe)。该工艺方法具有成本低、无环境污染等特点，可随稀土氧化物用量不同，制备出不同含稀土总量的三元铽镝合金，从而可满足制备稀土超磁致伸缩材料的要求，使其不必采用纯稀土金属(Tb，Dy)为原材料，这样，不但可缩短制备稀土超磁致伸缩材料的熔炼时间，而且又可减少熔炼时原材料的损失，使成本大大降低。
实施例2将Tb4O7236克、Dy2O3550克、Fe粉470克、Ca粒530克(理论用量的2倍)，用实施例1的处理方法处理后，所得合金粉1133.8克，合金中含59％稀土总量(17.4％Tb，41.6％Dy)，40.5％Fe，Ca为0.12％，O为0.15％。
实施例3将Tb4O7150克、Dy2O3350克、Fe粉299克、Ca粒253克(理论用量的1.5倍)，用实施例1的处理方法处理后，所得合金粉722.6克，合金中含59.6％稀土总量(17.4％Tb，42.2％Dy)，40％Fe，Ca为0.15％，O为0.16％。
实施例4将Tb4O7193克、Dy2O3450克、Fe粉384克、Ca粒282克(理论用量的1.3倍)，用实施例1的方法制成的试料块，在真空电阻炉中加热到还原反应温度850℃，保持温度时间为2小时，再加热到扩散反应温度1000℃，保持温度3小时，再按实施例1的方法处理反应完毕料，所得合金粉925克，合金中含59.3％稀土总量(17.15％Tb，42.15％Dy)，40.3％Fe，Ca为0.12％，O为0.16％。
实施例5将Tb4O7172克、Dy2O3400克、Fe粉342克、Ca粒251克(理论用量的1.3倍)，用实施例1的方法制成的试料块，在真空电阻炉中加热到还原反应温度900℃，保持温度时间1小时40分，再加热到扩散反应温度1100℃，保持温度时间2小时30分，再按实施例1的方法处理反应完毕料，所得合金粉826.5克，合金中含59.6％稀土总量(17.3％Tb，42.3％Dy)，40.1％Fe，Ca为0.11％，O为0.17％。
实施例6将Tb4O7129克、Dy2O3300克、Fe粉256克、Ca粒188克(理论用量的1.3倍)，用实施例1的方法制成的试料块，在真空电阻炉中加热到还原反应温度1000℃，保持温度时间1小时，再加热到扩散反应温度1150℃，保持温度时间2小时，再按实施例1的方法处理反应完毕料，所得合金粉620.5克，合金中含59％稀土总量(17.1％Tb，42.0％Dy)，40.1％Fe，Ca为0.12％，O为0.15％。
实施例7将Tb4O7160克、Dy2O3372克、Fe粉680克、Ca粒233克(理论用量的1.3倍)，用实施例1的方法制成的试料块，在真空电阻炉中加热到还原反应温度900℃，保持温度时间1.5小时，再加热到扩散反应温度1100℃，保持温度时间2.5小时，再按实施例1的方法处理反应完毕料，所得合金粉1129克，合金中含39.7％稀土总量(11.8％Tb，27.9％Dy)，60％Fe，Ca为0.10％，O为0.14％。
实施例8将实施例2的合金粉1000克，经真空感应炉熔炼成TbDyFe(Tb0.3Dy0.7Fe1.95)母合金，经950℃退火2小时后，在400A·M-1磁场下磁致伸缩应变为1.35×10-3，经1000℃退火2小时后，在400A·M-1磁场下磁致伸缩应变为1.65×10-3。
权利要求
1.一种三元稀土铁合金TbDyFe(Tb0.3Dy0.7Fe1.95)的制备方法，该方法采用金属钙还原扩散法，其特征是直接由两种稀土氧化物(Tb4O7，Dy2O3)，通过钙还原扩散制备含40％-60％(重量)稀土总量的三元铽镝铁(TbDyFe)合金。配料按下列化学反应方程式计算金属钙还原剂的用量为理论用量的1倍-2倍，其他料按理论用量，还原反应温度为850℃-1000℃，保持温度时间为1小时至2小时，扩散反应温度为1000℃-1150℃，保持温度时间为2小时至3小时，反应完成后，反应完毕料冷至50℃以下。
2.权利要求1所述的合金的制备方法，其特征是反应完成后的冷却料，先置于水中浸泡，反复冲洗后，用稀醋酸铵(3％NH4AC)水溶液洗4次，再用水冲洗至水溶液呈中性为止，再用无水乙醇冲洗3次，在真空干燥箱中烘干2小时，真空包装。
3.权利要求1所述的合金的制备方法，其特征是稀土氧化物(Tb4O7，Dy2O3)的用量，可小于理论用量，制备出的三元铽镝铁合金由Fe3Tb金属间化合物、Fe2Dy金属间化合物和铁所组成。
全文摘要
本发明涉及一种用于稀土超磁致伸缩材料的三元铽镝铁合金的制备方法，该方法采用金属钙作还原剂，直接由两种稀土氧化物(Tb
文档编号C22C38/00GK1436871SQ0210229
公开日2003年8月20日 申请日期2002年2月6日 优先权日2002年2月6日
发明者徐军 申请人:徐军