La-Nd-Fe体系相平衡与相关合金性能研究

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本文通过实验构建了La-Nd-Fe三元系相图,研究了该体系中Fe含量为65 at.%的三元合金的凝固行为以及相关合金的磁性能与电磁波吸收性能。本论文为开发与La相关的新型高丰度稀土永磁体等稀土功能材料提供了理论基础。主要内容如下:(1)通过合金法和扩散偶法测定了La-Nd-Fe体系在873K下的相平衡关系。实验中发现了La Fe2和Nd Fe2相的存在,没有发现三元化合物。实验准确测定了各相的固溶度。扩散偶法测得的La-Nd-Fe三元系在873 K下的等温截面由7个单相区(La Fe2、Nd Fe2、Nd2Fe17、Nd5Fe17、La、Nd、Fe),11个两相区(La Fe2+Fe、La+La Fe2、La Fe2+Nd2Fe17、La Fe2+Nd、Nd+Nd2Fe17、La+Nd、Nd+Nd Fe2、Nd5Fe17+Nd Fe2、Nd2Fe17+Nd5Fe17、Nd2Fe17+Fe、Nd2Fe17+Nd Fe2)以及5个三相区(A1:La Fe2+La+Nd、A2:Nd+Nd2Fe17+La Fe2、A3:Nd2Fe17+Nd Fe2+Nd、A4:Nd5Fe17+Nd Fe2+Nd2Fe17、A5:Nd2Fe17+Fe+La Fe2)组成。(2)研究了La-Nd-Fe体系Fe含量为65 at.%的三元合金的凝固行为,探讨了合金法生成La Fe2和Nd Fe2相的难易程度。通过SEM/EDS和XRD等方法测试分析了La-Nd-Fe合金的铸态凝固组织和相转变反应。通过退火态合金的微观组织形貌分析了其相变反应类型。综合实验结果发现合金法很难生成La Fe2和Nd Fe2相,猜测这两个Laves相是通过包析反应生成的。(3)本文通过实验研究了LaxNd35-xFe65合金微粉的磁性能与吸波性能,及La4Nd31Fe65/GO、La19Nd16Fe65/羰基铁粉复合材料的吸波性能。实验结果表明,LaxNd35-xFe65合金的主相为Nd2Fe17或Nd5Fe17相。第二相Nd会降低Ms和Hcj。而第二相La能细化晶粒,增强晶粒间的交换耦合作用,改善磁性能。当x=4时,得到最大饱和磁化强度81.33 emu/g。La4Nd31Fe65合金的电磁波吸收性能优异。保持匹配厚度1.8 mm不变,有效频宽可达1.37 GHz,反射损耗峰值为-20.55 d B(吸收率超过99%)。改变其厚度发现,在C波段,反射损耗峰值最优为-31.95 d B(吸收率超过99.9%),匹配厚度仅为1.6 mm。用GO复合来改善La4Nd31Fe65合金的吸波性能,当GO占比总质量的5%时,La4Nd31Fe65/GO复合材料的吸收强度有了增强,有效带宽提高到了1.47 GHz。复合材料厚度为1.2 mm时有效带宽拓宽到了2.14 GHz,反射损耗峰值为-33.46 d B(吸收率超过99.9%)。La19Nd16Fe65合金的反射损耗峰值为-28.37 d B(吸收率超过99.84%),但有效频宽只有0.39 GHz,用羰基铁粉复合提高其有效带宽。当羰基铁粉占比总质量的30%时,有效带宽从0.39 GHz拓宽至4.06 GHz,反射损耗峰值从-28.37 dB提高到-31.10 dB。
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