一种高通量合金制备和Ho-Fe-B相图测试方法与流程

本发明属于永磁材料领域，具体涉及一种高通量合金制备和ho-fe-b相图测试方法。

背景技术：

稀土永磁材料的开发，生产和应用程度是一个国家高新技术和社会发展的物质基础；广泛应用于计算机技术、信息技术、航空航天技术、自动化技术、医疗器械以及家用家电；没有稀土永磁材料就没有工业现代化，更加没有人类文明的进步。我国蕴含着丰富的稀土资源，同时我国也是稀土生产大国。据中国稀土行业协会统计，2016年我国生产的稀土永磁体毛坯达14万t，其中出口2.69万t，并且继续保持高速增长；截至2018年全球共有稀土储量1.2亿吨，我国有4400万吨，占比38％。然而稀土永磁在快速发展和应用的过程中，消耗了大量的pr、nd、dy、tb等稀土元素，使得pr、nd、dy、tb稀土资源紧缺而价格便宜的gd、ho、ce等稀土资源大量积压；同时，在稀土分离提纯过程中造成严重的生态环境污染。为了实现稀土资源的均衡利用，降低生产成本，寻找和开发新的稀土材料替代钕铁硼强磁稀土永磁材料成为当今科研工作者的研究方向之一。

在稀土元素中，除了eu和pm外，均可以和fe、b形成re2fe14b结构，re2fe14b在稀土永磁材料中属于硬磁主相，稀土永磁材料的磁性均来与此成分相。其中nd2fe14b具有高矫顽力和高的剩磁，被称为“磁王”，而pr、nd、sm、tb、dy和ho都具有很高的各向异性场ha。ho2fe14b具有高的各向异性场，可以提高材料的矫顽力。通过ho来替代部分nd来提高钕铁硼性能的同时，也实现了nd稀土资源的平衡。所以确定ho-fe-b相图的成相规律和凝固特征对烧结双主相ho-nd-fe-b永磁体是非常重要的。

常规测定相图的方法是采用合金法，然而利用合金法测定相图效率低且容易忽略某些相成分，从而造成相图的缺失。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于高通量制备和测试获取稀土合金ho-fe-b相图技术绘制ho-fe-b体系的相关系和成相规律。高通量制备和测试获取稀土合金ho-fe-b相图技术比传统的合金法绘制相图缩短的实验周期，大大节省人力和物力，并且可以获得清晰准确的ho-fe-b相关系。

绘制ho-fe-b体系800℃等温截面相图的方法，包含下述主要步骤：

(1)本申请中使用ho、fe和b的初始原材料纯度≥99.99％，根据高通量制备和测试的技术，首先根据设计需要称量配比出feb各质量；

(2)将配比好的fe、b进行熔炼形成feb合金化合物，然后在相同条件下制备出ho的铸锭，整个过程均以惰性气体氩气作为保护气体；

(3)feb合金在熔炼过程中，由于冷却速度不同，需要将熔炼好的feb铸锭在真空状态下对其进行均匀化热处理；

(4)经处理好的样品进行切割，切割尺寸为φ10×3mm的圆柱体；然后对其进行金相处理；

(5)采用真空烧结炉(sps)烧的方式，将经过金相处理后的feb合金和ho圆柱体完成结合；

(6)将经高通量制备出的feb-ho置于真空封管，并在800℃保温480h，使其进行相互扩散以及去应力处理；

(7)扩散结束，取出制备出的样品，此时样品已经完成扩散，并且形成扩散层，切割样品观察扩散层形成的相组织；

(8)完成上述过程后采用高通量测试获取扩散层金相组织分布分析各扩散层之间的相组织关系，从而获得ho-fe-b三元体系在800℃的相图。

所述熔炼，采用非自耗真空电弧炉中进行，为了获得合格的样品，需要控制加热方式以及对样品进行翻转。

所述热处理，是经保温120小时后淬火。热处理温度以1000℃为宜，保温时间以120小时最佳。

所述金相处理，采用400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#、3600#以及5400#进行打磨抛光。

所述真空烧结，将feb合金和ho圆柱体经过金相处理的样品，放入相应的模具中烧结。并对其施加30mp的压力，在烧结温度600℃，保温20分钟。

高通量制备和测试获取稀土合金ho-fe-b相图技术的关键技术检测指标：

确保feb合金和ho在进行金相处理时，能够获得光滑平整的样品表面，样品表面不够平整就不会完成相互扩散形成扩散层；在进行真空烧结时，要控制好加热温度和保温时间以及对于样品所施加的压力，这些可以确保样品进行的是固态扩散，不是液态渗入；通过电子探针和场发射扫面电镜对形成后的扩散层进行测试，详细清楚的确定出各个组织相之间的关系，从而完成ho-fe-b在800℃的相图。

高通量制备和测试获取稀土合金ho-fe-b相图技术的优点是：

由于高通量可以在一个样品获得多个三相、两相平衡关系，避免重复制备和测试多个样品，因此，本发明采用高通量制备和测试完全可以避开“合金法测定相图效率低且容易忽略某些相成分，从而造成相图的缺失”的缺点。因此本申请采用高通量制备和测试获取稀土合金ho-fe-b相图技术阐明ho-fe-b相关系和成相规律，建立ho-fe-b稀土永磁材料成分、组织结构与性能的数据库，从而实现稀土资源的高效、平衡和高值利用。

高通量制备和测试获取稀土合金相图技术是将两个样品进行烧结，在加热处理使其形成扩散层，根据每一个扩散层代表着一种相组织，测定组织就可以获得化合物或者固溶度，根据测定的数据就可以对ho-fe-b进行绘制。高通量制备和测试获取稀土合金相图技术大大减少的工作量，同时有获得了清晰完整的相关系，加快了对于稀土合金相图的测定。本发明提供的高通量制备和测试获取稀土合金ho-fe-b相图技术测定ho-fe-b体系800℃相图，比传统合金法成本低、效率高、研究周期短。

由于相在高温箱可以达到动态平衡，淬火可以快速冷却，本发明在经过均匀化热处理后用冰水混合物进行淬火，从而可以保持高温下相的平衡态。

本发明采用真空烧结炉烧结时，在600℃保温8分钟，可以在此温度下达到扩散平衡。

附图说明

图1是本发明高通量制备和测试获取稀土合金ho-fe-b相图技术流程图；

图2为经烧结时采用的堆垛方式；

图3为fe25b75-ho扩散层的背散射图；

图4为fe85b15-ho扩散层的背散射图；

图5为通过高通量制备和测试获取ho-fe-b在800℃相平衡关系图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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。

如图1所示,本实施例测定ho-fe-b三元体系800℃等温相图的具体实施步骤包括：

(1)本申请中使用ho、fe和b的初始原材料纯度≥99.99％，根据高通量制备和测试的技术，首先根据设计需要称量配比出feb各质量；

(2)将配比好的fe、b进行熔炼形成fe25b75和fe85b15合金化合物，然后在相同条件下制备出ho的铸锭，整个过程均以惰性气体氩气作为保护气体，为了保证本次实验的有效性，制作三个铸锭合金，并且进行3-4次反复熔炼；

(3)将熔炼完成的fe25b75和fe85b15首先进行可行性确定，若是不满足预定的合金成分，需要重新制备，满足要求的铸锭，则需要放置于真空条件下，1000℃温度下保温120h进行均匀化热处理，然后用冰水混合物进行淬火；

(4)将1000℃，保温120h后的fe25b75和fe85b15，以及铸锭ho进行电火花切割，切割尺寸为φ10×3mm的圆柱体；然后用400#、600#、800#、1000#、1200#、1500#、2000#、3600#以及5400#进行打磨抛光获得干净平整的镜面；

(5)将打磨抛光后的fe25b75、fe85b15分别与铸锭ho圆柱体置于真空烧结炉(sps)进行烧结，采用上下的堆垛方式,如图2所示，使fe25b75和ho、fe85b15和ho完成连接，形成fe25b75-ho和fe85b15-ho。

本实施例烧结时间设置为20分钟，以10℃/min升到600℃，并在此温度下保温8分钟，然后以10℃/min降至室温，烧结过程压力保持30mp；

(6)将烧结后的fe25b75-ho和fe85b15-ho真空封管后，放入马弗炉内，在800℃温度下退火480h；

(7)将高通量制备出来的fe25b75-ho以及fe85b15-ho沿着轴线位置进行切割，然后在对其进行打磨抛光，使用电子探针(epma)观察扩散层金相组织分布；其散射图如图3、图4所示。根据图3、图4可以看出，一个样品可以确多个相平衡关系。如：ho+hob2+hofe2、hofeb3+hob2+hofe2、hofeb3+hob2+hob4、hofeb3+feb+hob4、feb+hob6+hob4、ho5fe17b17+hofe2+hofeb3、ho5fe17b17+hofe2+hofe3、ho5fe17b17+ho6fe23+hofe3、ho5fe17b17+ho2fe14b+ho6fe23、ho5fe17b17+ho2fe14b+fe、ho5fe17b17+fe2b+fe等三相平衡关系。

(8)分析扩散层的相组织关系，绘制ho-fe-b体系800℃相图，如图5所示。本发明是基于高通量制备和测试获取稀土合金ho-fe-b相图技术比传统的合金法绘制相图缩短的实验周期，大大节省人力和物力，并且可以获得清晰准确的ho-fe-b相关系。本专利主要利用高通量制备和测试获取稀土合金ho-fe-b体系，在800℃的等温截面相图。在fe25b75-ho的扩散层中，出现了feb、hob4和hofeb3的节点，以及hob2、hofe2和hofeb3的节点；而在fe85b15-ho的扩散层中出现了hofe3、fe23ho6和ho5fe17b17以及ho2fe14b和hofe2，通过这些节点和关键合金，确定了三元体系ho-fe-b在800℃的相平衡图。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。