ИСТИНА

Актуальность темы исследования Соединения на основе редкоземельных (РЗМ, R) и переходных (ПМ, M) металлов получили широкое распространение в последние годы и представляют интерес как с фундаментальной, так и с прикладной точек зрения. Они имеют много потенциальных применений и показывают особые магнитные свойства для производства постоянных магнитов. Новыми перспективными магнитными материалами являются постоянные магниты на основе редкоземельных металлов типа RCo5, R2Co7, R2Co17, которые имеют очень большую магнитную кристаллографическую анизотропию и характеризуются рекордными значениями коэрцитивной силы Hc, (2-20)×106 А/м. Соединения R2Fe17-xMx также представляют интересную область исследований для производства новых высокоэнергетических материалов для постоянных магнитов. При этом, бинарные соединения R2Fe17 демонстрируют высокие значения намагниченности, но имеют легкую плоскую магнитную анизотропию и низкие температуры Кюри. Температуру Кюри, однако, можно повысить путем незначительного частичного замещения железа марганцем, кобальтом, никелем и другими элементами, а также путем введения атомов водорода, азота или углерода. Фундаментальной основой для разработки новых материалов с заданным и управляемым комплексом свойств являются диаграммы состояния многокомпонентных систем и сопутствующая информация о физико-химическом взаимодействии компонентов. Знание химического и фазового состава и структуры сплавов, концентрационно-температурных интервалов стабильности фаз и процессов образования фаз позволит выбрать состав и условия термообработки материалов для производства постоянных магнитов. Однако данные о фазовых равновесиях и типах превращений в системах РЗМ-Fe-ПM и РЗМ-Fe-C ограничены. При этом информация о фазовых равновесиях в этих системах при кристаллизации практически отсутствует. Таким образом, получение систематической информации о строении диаграмм состояния тройных систем Fe-РЗМ-ПM и Fe-РЗМ-C (ПМ = Mn, Co, Ni; РЗМ = La, Ce) в широком интервале температуры, включая кристаллизацию, и данных о термодинамических свойствах фаз – является актуальным. Целью работы является построение диаграмм состояния трехкомпонентных систем Fe-РЗМПM и Fe-РЗМ-C (ПМ = Mn, Co, Ni; РЗМ = La, Ce) во всей области концентраций в широком температурном интервале, от температур плавления до более низких температур, а также исследование термодинамических свойств фаз. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: 1. Исследовать структуру и фазовый состав литых и отожженных сплавов, измерить температуры фазовых превращений в сплавах, установить состав фаз, которые находятся в равновесии. 3 2. На основе полученных экспериментальных и литературных данных и построить диаграммы состояния шести трехкомпонентных систем Fe-РЗМ-ПM и Fe-РЗМ-C (ПМ = Co, Ni; РЗМ = La, Ce) включая проекции поверхностей ликвидус, солидус, диаграммы плавкости, изотермических сечений и схем реакций, а также некоторых двухкомпонентных систем. 3. Исследовать термодинамические свойства (энтальпии образования) бинарных и тройных фаз. Научная новизна 1. Проведено систематическое исследование фазовых равновесий в шести трехкомпонентных системах Fe-{La, Ce}-С и Fe-{La, Ce}-{Co, Ni}, а также ограничивающей бинарной системе Fe-La во всей области концентраций в широком диапазоне температур от плавления до более низких температур. Построены проекции поверхностей ликвидус и солидус, диаграммы плавкости, изотермические сечения и схемы реакций при кристаллизации. 2. Установлено новое бинарное соединение Ce5Ni19, с кристаллической ромбоэдрическая структурой как (структура типа Ce5Co19, hR72-R-3m) с параметрами решетки a = 4,924(1), c = 48,418 (5) Å. Показано, что данное соединение образуется по перитектической реакции L + CeNi5 ⇄ Ce5Ni19 при температуре 1123 °C. 3. Построена новая версия диаграммы состояния системы Fe-La, которая существенно отличается от предложенной в литературе. Наличие интерметаллических соединений, как и расслоение в жидкой фазе, в отличие от предыдущих работ, в данной работе не подтвердилось. Показано, что система La-Fe относится к простому эвтектическому типу с координатами эвтектики 788 °C и 88 ат.% La. Кроме того, показано, что жидкая фаза в метатектической реакции (δFe) ⇄ L + (Fe) содержит ~50 ат. % La 4. Установлено наличие замкнутого разрыва смешиваемости в жидкой фазе в тройной системе La-Fe-C. Показано, что тройное соединение La3.67FeC6 (τ) образуется по перитектической реакции L + LaC2 + La2C3 ⇄  при температуре 1250 °C и принимает участие в равновесии с большинством фаз ограничивающих бинарных систем. 5. Показано, что тройное соединение в системе Fe-Ce-C образуется в твердом состоянии при температуре выше 1100 °C. Определен его точный состав как 23Fe-29Ce-48C. 6. Установлено, что изоструктурные фазы Лавеса CeFe2 и CeПМ2 (ПM = Co, Ni) (структура типа MgCu2, cF24-Fd-3m) образуют непрерывные ряды твердых растворов Ce(Co,Fe)2 и Ce(Fe,Ni)2 при температуре солидус. 7. Установлено, что изостехиометрические соединения Ce2Fe17 (структура типа Zn17Th2, hR57-R-3m) и Ce2Co17 (структура типа Th2Ni17, hP38-P63/mmc) образуют непрерывный ряд твердого раствора Ce2(Co,Fe)17 при температуре солидус и при 900 °С. 4 8. Показано, что тройное соединение (Co,Fe)17La2 (τ) образуется по перитектической реакции L + LaCo13 + LaCo5 ⇄  при температуре ~1000 °C и имеет широкую область гомогенности от 46 до ~78 ат. % Co при температуре солидус. Установлено, что область гомогенности тройного соединения расположена вдоль изоконцентраты 11 ат.% La, а не 15 ат.% La как было показано ранее. 9. Определены энтальпии образования фазы Лавеса Fe2Ce, а также тройной интерметаллической фазы Fe13.1-11.0Mn3.9-6.0Ce2 различного химического состава методом калориметрии сброса и растворения. Практическая значимость работы Полученные данные о строении диаграмм состояния трехкомпонентных систем Fe-{La, Ce}-C и Fe-{La, Ce}-{Co, Ni}, структуре и свойствах сплавов формируют теоретический фундамент, необходимый для разработки конструкционных и функциональных материалов с заданным и управляемым комплексом свойств. Они позволяют осознанно выбрать оптимальное содержание основных и легирующих компонентов и условия термообработки материалов. Полученные данные пополнят базы данных по фазовым равновесиям и могут быть использованы в справочных изданиях. Результаты, полученные в данной работе, представляют собой согласованные данные о способе образования соединений, концентрационных и температурных интервалов существования структурно сложных интерметаллических соединений, что является необходимыми данными для разработки методов синтеза однофазных поликристаллических и монокристаллических материалов с целью изучение физических и химических свойств и поиска областей применения новых материалов на их основе.