4-28、稀土永磁材料的成相规律和相图热力学数据库

王江，卢照，姚青荣，饶光辉，周怀营

桂林电子科技大学

摘要：稀土永磁材料广泛应用于工业自动化、智能制造及节能环保等重要领域。目前，我国已建立了较完整的稀土永磁材料制备与应用工业体系，稀土永磁产业技术和规模均取得了长足发展，稀土永磁产业成为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。稀土Nd-Fe-B永磁材料消耗了大量的紧缺资源 Pr、Nd、Dy、Tb 等稀土元素，而储量丰富的 La、Ce 等元素大量积压，且在稀土分离提纯过程中也会造成严重的生态环境污染。因此，如何实现La、Ce等稀土元素的高效利用是稀土永磁材料领域的共性难题。 在国家重点研发计划“材料基因工程关键技术与支撑平台”重点专项项目“基于材料基因工程的高丰度永磁材料研究（2016YFB0700900）”的支持下，围绕稀土永磁材料的成相规律与相结构演变，采用材料基因工程的扩散偶高通量制备技术，结合金相观察、X射线衍射（XRD）、热学分析（DTA/DSC）、扫描电镜（SEM）、定量电子探针（EPMA）等实验手段，测定稀土永磁合金体系晶体结构、组织结构演变规律，获得合金体系的实验相图；采用相图计算（CALPHAD） 方法，对合金体系的相图和热力学数据进行评估和优化，建立完善的度稀土永磁材料相图热力学数据库。主要研究结果：（1）采用差热分析和示差扫描量热法（DTA/DSC）实验测定了La-Ce-Pr-Nd-Fe-B多元系中RE-Fe（RE= La, Ce, Pr, Nd,）二元体系的关键相转变和零变量反应温度。通过严格文献评估及实测的实验结果，采用CALPHAD方法，完成了La-Ce、La-Pr、La-Nd、Ce-Pr、Ce-Nd、Pr-Nd、La-Fe、Ce-Fe、Pr-Fe、Nd-Fe、La-B、Ce-B、Pr-B、Nd-B 等14个边际二元系的热力学优化与计算。（2）采用扩散偶高通量实验技术，获得了稀土RE-Fe-B（RE= La, Ce, Pr, Nd,）三元体系的相平衡，在评估文献报道的稀土RE-Fe-B三元体系实验相图数据的基础上，系统地优化了La-Fe-B、Ce-Fe-B、Pr-Fe-B、Nd-Fe-B三体系的热力学描述，获得了与实验数据相一致的稀土RE-Fe-B三元系热力学数据库。（3）采用热力学计算外推方法，构建了La-Ce-Pr-Nd-Fe-B多元合金体系的相图热力学数据库。基于所构建的相图热力学数据库，采用希尔（Scheil）凝固模拟方法，对稀土RE-Fe-B合金进行凝固过程模拟，获得关键合金凝固过程的非平衡凝固路径、各相体积分数以及合金元素在各相中的分布，为高效建立合金成分-晶体结构-组织结构-磁性能的构效关系提供了重要的热力学依据。

通讯作者：王江，电话：+86 773 2291680，Email: wangjiang158@163.com

DOI:10.12110/secondfmge.20181014.428