Y-Co-Ni三元系1000℃恒温截面的实验研究

D0第19卷第3期ssm1001-053x.1995.0呢00紧科技大学学报 Vol.17 No.3 19956 Journal of University of Science and Technology Beijing Jun.1995 Y-Co-Ni三元系1000℃恒温截面的实验研究* 薛文彬刘国权张维敬张禹沈化森 北京科技大学材料科学与工程系，北京100083 摘要本文采用由纯金属组成的和由稀土与C0一N合金组成的两类扩散偶，辅以电子探针、金 相、SEM等手段测定了Y-Co-Ni三元相图1OC0℃恒温截面上的相关系.该截面固相区范围内 存在8个单相区、10个两相区.3个三相区. 关键词相图，扩散偶、三元系，Y,Co.Ni 中图分类号TG113.14 Experimental Study of 1000C Isothermal Section of Y-Co-Ni System" Xue Wenbin Liu Guoquan Zhany Weijing Zhang Yu Shen Huasen Department of Material Science and Engineering,USTB.Beijing 100083,PRC ABSTRACT The isothermal section of Y-Co-Ni ternary system at 1000 c was deter- mined by diffusion couple and electron microprobe techniques,supplemented by optical microscopy,scanning electron microscopy.Considering only solid phase regions,this section consists of eight single-phase.ten two-phase,and three three-phase regions. KEY WORDS phase diagrams,diffusion couples,ternary systems,Y,Co.Ni 对稀土-Co,稀土-Ni二元相图已有比较充分的研究~.Massalski编的二元合金相图集四 里已收入了较详细的Y-Co、Y-Ni相图，后来，Wu et al2重新研究了Y-Co二元 系，1992年，Okamoto!在此基础上更新了Y-Co相图.Y-Co、Y-N二元相图相似，都 存在一系列不同稀土含量的线性化合物，Nishizawa et all?和Armando各自评估了 Co-Ni相图，在1000℃时Co与Ni形成连续固溶体. 稀土与F心Co,Ni组成的三元相图已有的相平衡数据比较少？~o.本文采用三元扩散偶 法，使用金相、SEM、电子探针(EMPA)等手段较全面测定了Y-Co一Ni三元系1O00℃ 恒温截面， 1试样制备 11纯组元组成的Y-Co-Ni三元扩散偶制备 1994-4-29收稿第一作者男25岁硕士 *国家白然科学基金资助项刊

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 一 一 三元系 ℃ 恒温截面的实验研究 ’ 薛文彬 刘 国权 张维敬 张 禹 沈化森 北 京科 技 大 学 材 料 科 学 与工 程 系 ， 北 京 刀 摘要 本文采用 由纯金 属 组 成 的 和 由稀 土 与 〕 一 合金 组 成 的两类扩散偶 ， 辅 以 电 子 探 针 、 金 相 、 等手段 测 定 了 一 〔 为 一 三 元相 图 。 卫 ℃ 恒 温 截 面 上 的相 关 系 该截 面 固相 区 范 围 内 存在 个单相 区 、 个两相 区 、 个三 相 区 关键词 相 图 ， 扩散偶 ， 三 元 系 ， ， 助 ， 中图分类号 一 一 ” 曰 四 “ 夕 块 ， ， 〕 ， 一 一 而 巧 ， 以 而 ， ， 而 ， 一 ， 一 ， 一 ， ， ‘ ， ， ， 对稀 土 一 、 稀 土 一 二 元 相 图已 有 比较充分 的研究 一 编的二元合金相 图集 里 已 收 人 了 较 详 细 的 一 、 一 相 图 后 来 ， 重 新 研 究 了 一 二 元 系 ， 年 ， 〕 在此 基 础 上 更新 了 一 相 图 一 、 一 二元相 图相 似 ， 都 存 在 一 系 列 不 同 稀 土 含 量 的 线 性 化 合 物 及 习 和 口司 各 自评 估 了 一 相 图 在 ℃ 时 与 形 成 连续 固溶 体 稀 土 与 、 、 组成 的三元相 图已有的相平衡数据 比较少 一 ’ 本 文 采 用 三 元 扩 散 偶 法 ， 使 用 金相 、 、 电子 探针 等手段 较 全 面 测 定 了 一 。 一 三 元 系 ℃ 恒温 截 面 试样制备 纯组 元组成的 一 一 三 元扩散偶 制备 卯 一 以 一 收 稿 第一 作 者 男 岁 硕 士 国 家 自然 科 学 基 金 资 助 项 」 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1995．03．009

…244· 北京科技大学学报 1995年No.3 本文使用了纯组元组成的三元扩散偶及二元偶基础上配制三元扩散偶两种方法， 采用纯度为99.9%的电解Co、Ni作原料，Y的纯度（其中∑REM表示稀土总量）为 (%):Y/∑REM:99.9;O:<0.45;C:<0.05;Fe:<0.05;Si:<0.05;Ca:<0.05;Mg:<0.02; Al:<0.05. 所用电解N内部有较明显的电解沉积层，故将其在非自耗真空电弧炉里重熔并热锻成 长方样坯.把加工好的Y,Co,Ni金属块按照图1所示方式组装起来，并保证它们之间 紧密接触，如此制备的扩散偶纵截面上有4个Y、Co、N交汇点，都可能包含丰富的三元 相平衡信息，从而使实验成功率大大增加· -Φ5 把装好的扩散偶放入Φ5mm英管中，然后 进行真空封口，在石英管的一侧预先放入小块 稀土Y作吸气剂，充适量高纯Ar作保护气 体，石英管放人管式电阻炉中扩散退火，先 把有吸气剂一端放人炉中，加热一段时间 后，整个样品放人恒温区，在1000℃退火 Co-Ni 15d后打碎石英管迅速淬人水中. -12 为防止扩散偶中形成的脆性扩散层脱落、 把退火样品纵向切开后需从800号砂纸磨起，图1Y-C0-i三元扩散偶设计（外形为方形） 采用细呢绒布和0.5~1.0μm金刚石研磨膏抛光，I%Nital浸蚀.电子探针试样要比金 相试样浸蚀浅一些· 6 1.2Y-(C0-Ni)型扩散偶的制备 Co 采用与上面相同的原料制备稀土Y与Co -Ni合金拼接的扩散偶.先按CoNi为2080、 40:60、60:40、80:20配比在非自耗真空电弧炉中 冶炼二元合金.每个锭子至少翻转2次，冶炼3 遍，然后把4个C0-Ni合金锭置入1000℃退 火6h炉冷至室温.把加工好的Y及Co一Ni合 金块按图2组装好，然后分别用Ta箔包好放入 石英管中，按照纯组元Y-C0一Ni扩散偶同样 方法封口、退火、抛光、浸蚀.退火时间及温度为 图2Y一(C0一的扩散偶的设计（内外均正方形） 1000℃/20d.Y-(80Co-20Ni),Y-(60Co-40Ni).Y(40Co-60Nm).Y-(20C0-80Ni扩散偶分别 记为(13A#,13B#)、33#、43#、23#,其中13A#、13B#均由Y与80C0-20Ni合金拼接而 成，退火样品在离表面3~4mm处切开.断面上扩散层大致为圆形分布， 2扩散偶的形貌 2.1Y-C0-Ni扩散偶的金相分析 纯组元组成的Y-C0一N扩散偶样品形成的扩散层示意图见图3.中心位置出现了一 个体积收缩孔

· 北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 本文使用 了纯组元组 成 的三元 扩散偶及 二 元偶基 础上 配制 三元扩散偶两 种方法 采 用 纯 度 为 的 电 解 、 作 原 料 ， 的 纯 度 其 中艺 表 示 稀 土 总 量 为 艺 所用 电解 内部有 较 明显 的 电解沉 积 层 ， 故将其 在非 自耗真 空 电弧 炉 里重熔并 热锻成 长方 样坯 把加工 好 的 ， ， 金 属 块 按 照 图 所 示 方 式 组 装 起 来 ， 并 保 证 它 们 之 间 紧密接触 如此制 备 的扩散偶 纵截 面 上 有 个 、 、 交 汇 点 ， 都 可 能 包含 丰 富 的 三 元 相平 衡信 息 ， 从而 使 实验成 功率大 大增加 把装好 的扩散偶 放人中 们氏 石 英 管 中 ， 然 后 进行真 空 封 口 ， 在 石英 管 的 一 侧 预 先 放 人 小 块 稀 土 作 吸 气 剂 ， 充 适 量 高 纯 作 保 护 气 体 石英管放人管式 电阻炉 中扩散退 火 先 把 有 吸 气 剂 一 端 放 人 炉 中 ， 加 热 一 段 时 间 后 ， 整 个样 品放人 恒 温 区 ， 在 ℃ 退 火 巧 后 打碎 石 英 管迅 速淬人水 中 为 防止扩散偶 中形 成 的脆 性 扩 散 层 脱 落 ， 把退 火样 品纵 向切 开 后 需 从 号 砂 纸 磨 起 ， 图 采 用 细 呢 绒 布 和 一 拜 金 刚 石 研 磨 膏 抛 光 ， 相 试 样 浸 蚀 浅 一 些 一 一 、 三 元扩 散偶设计 外形 为方形 浸 蚀 电 子 探 针 试 样 要 比金 一 一 型 扩散偶 的制备 采 用 与上 面相 同的原料 制 备稀 土 与 一 合金 拼 接 的扩 散偶 先按 为 、 、 、 配 比在 非 自耗真 空 电弧炉 中 冶炼二元合金 每 个锭 子 至 少翻 转 次 ， 冶 炼 遍 ， 然 后 把 个 。 一 合金 锭置 入 ℃ 退 火 炉冷至 室 温 把加 工 好 的 及 一 合 金块按 图 组 装好 ， 然后 分别 用 箔 包好 放入 石英 管 中 ， 按照 纯组 元 一 一 扩散偶 同样 方法 封 口 、 退 火 、 抛 光 、 浸蚀 退 火 时 间及 温度 为 伪 图 一 一 扩散偶的设计 内外均正方形 以〕 ℃ 一 一 、 一 一 、 仔 。 一 、 气 一 扩 散偶分别 记 为 ， 、 、 、 ， 其 中 、 均 由 与 一 合金 拼接 而 成 ， 退 火 样 品 在 离 表 面 一 处 切 开 断面上 扩 散层 大致 为 圆形 分布 扩散偶的形貌 一 一 扩散偶 的金相分析 纯组元组成 的 一 一 扩散偶样 品形 成 的扩 散 层示 意 图见 图 中心 位 置 出现 了一 个体积 收缩孔

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· 北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 本文使用 了纯组元组 成 的三元 扩散偶及 二 元偶基 础上 配制 三元扩散偶两 种方法 采 用 纯 度 为 的 电 解 、 作 原 料 ， 的 纯 度 其 中艺 表 示 稀 土 总 量 为 艺 所用 电解 内部有 较 明显 的 电解沉 积 层 ， 故将其 在非 自耗真 空 电弧 炉 里重熔并 热锻成 长方 样坯 把加工 好 的 ， ， 金 属 块 按 照 图 所 示 方 式 组 装 起 来 ， 并 保 证 它 们 之 间 紧密接触 如此制 备 的扩散偶 纵截 面 上 有 个 、 、 交 汇 点 ， 都 可 能 包含 丰 富 的 三 元 相平 衡信 息 ， 从而 使 实验成 功率大 大增加 把装好 的扩散偶 放人中 们氏 石 英 管 中 ， 然 后 进行真 空 封 口 ， 在 石英 管 的 一 侧 预 先 放 人 小 块 稀 土 作 吸 气 剂 ， 充 适 量 高 纯 作 保 护 气 体 石英管放人管式 电阻炉 中扩散退 火 先 把 有 吸 气 剂 一 端 放 人 炉 中 ， 加 热 一 段 时 间 后 ， 整 个样 品放人 恒 温 区 ， 在 ℃ 退 火 巧 后 打碎 石 英 管迅 速淬人水 中 为 防止扩散偶 中形 成 的脆 性 扩 散 层 脱 落 ， 把退 火样 品纵 向切 开 后 需 从 号 砂 纸 磨 起 ， 图 采 用 细 呢 绒 布 和 一 拜 金 刚 石 研 磨 膏 抛 光 ， 相 试 样 浸 蚀 浅 一 些 一 一 、 三 元扩 散偶设计 外形 为方形 浸 蚀 电 子 探 针 试 样 要 比金 一 一 型 扩散偶 的制备 采 用 与上 面相 同的原料 制 备稀 土 与 一 合金 拼 接 的扩 散偶 先按 为 、 、 、 配 比在 非 自耗真 空 电弧炉 中 冶炼二元合金 每 个锭 子 至 少翻 转 次 ， 冶 炼 遍 ， 然 后 把 个 。 一 合金 锭置 入 ℃ 退 火 炉冷至 室 温 把加 工 好 的 及 一 合 金块按 图 组 装好 ， 然后 分别 用 箔 包好 放入 石英 管 中 ， 按照 纯组 元 一 一 扩散偶 同样 方法 封 口 、 退 火 、 抛 光 、 浸蚀 退 火 时 间及 温度 为 伪 图 一 一 扩散偶的设计 内外均正方形 以〕 ℃ 一 一 、 一 一 、 仔 。 一 、 气 一 扩 散偶分别 记 为 ， 、 、 、 ， 其 中 、 均 由 与 一 合金 拼接 而 成 ， 退 火 样 品 在 离 表 面 一 处 切 开 断面上 扩 散层 大致 为 圆形 分布 扩散偶的形貌 一 一 扩散偶 的金相分析 纯组元组成 的 一 一 扩散偶样 品形 成 的扩 散 层示 意 图见 图 中心 位 置 出现 了一 个体积 收缩孔

· 北 京 科 技 大 学 学 报 卯 年 本文使用 了纯组元组 成 的三元 扩散偶及 二 元偶基 础上 配制 三元扩散偶两 种方法 采 用 纯 度 为 的 电 解 、 作 原 料 ， 的 纯 度 其 中艺 表 示 稀 土 总 量 为 艺 所用 电解 内部有 较 明显 的 电解沉 积 层 ， 故将其 在非 自耗真 空 电弧 炉 里重熔并 热锻成 长方 样坯 把加工 好 的 ， ， 金 属 块 按 照 图 所 示 方 式 组 装 起 来 ， 并 保 证 它 们 之 间 紧密接触 如此制 备 的扩散偶 纵截 面 上 有 个 、 、 交 汇 点 ， 都 可 能 包含 丰 富 的 三 元 相平 衡信 息 ， 从而 使 实验成 功率大 大增加 把装好 的扩散偶 放人中 们氏 石 英 管 中 ， 然 后 进行真 空 封 口 ， 在 石英 管 的 一 侧 预 先 放 人 小 块 稀 土 作 吸 气 剂 ， 充 适 量 高 纯 作 保 护 气 体 石英管放人管式 电阻炉 中扩散退 火 先 把 有 吸 气 剂 一 端 放 人 炉 中 ， 加 热 一 段 时 间 后 ， 整 个样 品放人 恒 温 区 ， 在 ℃ 退 火 巧 后 打碎 石 英 管迅 速淬人水 中 为 防止扩散偶 中形 成 的脆 性 扩 散 层 脱 落 ， 把退 火样 品纵 向切 开 后 需 从 号 砂 纸 磨 起 ， 图 采 用 细 呢 绒 布 和 一 拜 金 刚 石 研 磨 膏 抛 光 ， 相 试 样 浸 蚀 浅 一 些 一 一 、 三 元扩 散偶设计 外形 为方形 浸 蚀 电 子 探 针 试 样 要 比金 一 一 型 扩散偶 的制备 采 用 与上 面相 同的原料 制 备稀 土 与 一 合金 拼 接 的扩 散偶 先按 为 、 、 、 配 比在 非 自耗真 空 电弧炉 中 冶炼二元合金 每 个锭 子 至 少翻 转 次 ， 冶 炼 遍 ， 然 后 把 个 。 一 合金 锭置 入 ℃ 退 火 炉冷至 室 温 把加 工 好 的 及 一 合 金块按 图 组 装好 ， 然后 分别 用 箔 包好 放入 石英 管 中 ， 按照 纯组 元 一 一 扩散偶 同样 方法 封 口 、 退 火 、 抛 光 、 浸蚀 退 火 时 间及 温度 为 伪 图 一 一 扩散偶的设计 内外均正方形 以〕 ℃ 一 一 、 一 一 、 仔 。 一 、 气 一 扩 散偶分别 记 为 ， 、 、 、 ， 其 中 、 均 由 与 一 合金 拼接 而 成 ， 退 火 样 品 在 离 表 面 一 处 切 开 断面上 扩 散层 大致 为 圆形 分布 扩散偶的形貌 一 一 扩散偶 的金相分析 纯组元组成 的 一 一 扩散偶样 品形 成 的扩 散 层示 意 图见 图 中心 位 置 出现 了一 个体积 收缩孔

Vol.17 No.3 薛文彬等：Y-C0-Ni三元系1000℃恒温截面的实验研究 .247. 束流1.5E-08A,标样为稀土氧化物及高纯Co、Ni.按照前面所示方法测出足量的相平 衡成分共轭线，依据这些数据及相应形貌特征尝试着绘出了1000℃Y-CO-Ni三元系 恒温截面及由一系列实测共轭线组成的Y-(C0-N)扩散偶样品扩散路径，如图7所 示.Y-Co、Y-Ni二元系中存在许多线性化合物，相应地在Y-Co-Ni三元系中形成了 一系列Y(Co,N)6型化合物，其中t(1:2),n(1:3),p(2:7)相中C0和Ni可任意替换，这可 从图4c中1：2.1：3、2：7型化合物层完全连续得到印证.Chuang等人研究Y(Co1-Ni)后 发现Ni可以任意置换Co,即x可在0~1之间变化.本实验结果与其一致，在图7上表 现为YCos与YNis之间构成无限固溶体. 及 10 90 20 80 30 70 Co(atom)/% 40 60 50 50 60 40 I3A#13B#33# 43# 23# 0 -12 30 -p- 80 -12 -13 十1 27 20 14 10 -1:5 90 6 10-217 4 C010203040506070 8090 Ni Ni(atom)/% 图7Y-C0-Ni三元系1000℃恒温截面图及13A#、13B-、33乎，43#.23#扩散偶的扩散路径 c(Co,Ni,)固溶体；Y,C01-Ni,h,菱方结构；dY,C0,-Nim六角结构；Y(Co,-Ni: Y(Co-Ni)s p:Y:(Co Ni);Y(Co Ni).:Y(Co Ni);1:4+B+p;2a+B+y;3:a+B+;4: x+;5B+cx+所7：x+88B+89B+p10+B11:1+%12p+花13：n+t Okamoto!评估的Y-Co相图中，Y,Co,存在菱方、六角两种结构，转变温度为 1300℃，<1300℃时为菱方结构.Y2Ni,只存在六角结构.为检验Y2Ni,、Y,Co1,的晶 体结构，将冶炼出的Y,Ni,、Y,Co,化合物1000℃真空退火11d后淬入水中，然后制成 300目粉末，在日本理学电机DMAX-RB12kW旋转阳极X射线衍射仪上进行连续扫描， 结果表明Y,Co,化合物在1000℃时为菱方结构，Y:Ni,在1000℃时为六角结构.因 此，可以确认存在两种结构的Y(Co,-.Ni),相.与2：17相有关的Y-Co-Ni系1000℃ 恒温截面相图局部构形还需要进一步研究

薛 文 彬 等 一 一 三 元 系 ℃ 恒 温 截 面 的 实 验 研究 束 流 一 ， 标 样 为 稀 土 氧 化 物 及 高 纯 、 按 照 前 面 所 示 方 法 测 出 足 量 的 相 平 衡 成 分 共 扼 线 ， 依 据 这 些 数 据 及 相 应 形 貌 特 征 尝 试着 绘 出 了 ℃ 一 一 三 元 系 恒 温 截 面 及 由一 系 列 实 测 共 扼 线 组 成 的 一 一 扩 散 偶 样 品 扩 散 路 径 ， 如 图 所 示 一 、 一 二 元 系 中存 在 许 多 线 性 化 合物 ， 相 应 地 在 一 一 三 元 系 中形 成 了 一 系 列 ， 。 型 化 合 物 ， 其 中 ， 叮 ， 相 中 和 可 任意 替 换 ， 这 可 从 图 中 、 、 型 化 合 物 层 完 全 连 续 得 到 印 证 等人 研 究 ，一 后 发 现 可 以 任 意 置 换 ， 即 可 在 一 之 间 变 化 ’ 本 实 验 结 果 与其一致 ， 在 图 上表 现 为 与 之 间 构成 无 限 固溶 体 、 一 一 一 ， 一 一 一 ‘ 甸 ， ， ，叫 ， 甘 称 炸 、了 、 、 、 ︸夕 ﹃ ， 泛匀︸ 护 一 声二 一 一 一 尸，﹄， 一户了 产 一 一 一 一 · ， 一 以 一 图 一 一 三元 系 侧洲 ℃ 恒温截面 图及 广 、 『 、 犯 、 月 、 刀 扩散偶的扩散路径 二 ， ， 的 固溶体 界 矶 一 洲 击 ，， 菱方结构 次 ， 一 尸 击 ， 六 角结构 尽 一 认 七 ， 一 尸叭 户 ， 一 月认 叮 一 洲认 ， 一 万认 又 刀 去 。 刀 呢 主 刀 毋 曦 占 刀 占 丘 口 下 径 口 贷 刀 任 又 几 又 去 粉 叮 评 估 的 一 相 图 中 ， 又 存 在 菱 方 、 六 角 两 种 结 构 ， 转 变 温 度 为 ℃ ， ℃ 时 为菱 方 结 构 只 存在 六 角 结 构 为 检 验 矶 、 又 的 晶 体结构 ， 将 冶炼 出的 、 化 合 物 ℃ 真 空 退 火 后 淬 人 水 中 ， 然 后 制 成 目粉末 ， 在 日本理 学 电机 阿 一 旋转 阳极 射 线 衍 射 仪 上 进 行 连 续 扫 描 ， 结 果 表 明 丫 化 合 物 在 ℃ 时 为菱 方 结 构 ， 在 ℃ 时 为六 角结构 因 此 ， 可 以 确 认 存 在 两 种 结 构 的 丫 ， 、 二 【 相 与 相 有 关 的 一 一 系 ℃ 恒 温截 面相 图局部 构形 还需 要 进一步 研 究