РЕНТГЕНОГРАФИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СПЛАВОВ ТЕРБИЙ-МАГНИЙ С Р-ЭЛЕМЕНТАМИ III-ГРУППЫ

1

• Авторы
• Файлы

Стручева Н.Е. Новоженов В.А. Статья в формате PDF 115 KB

Исследование сплавов редкоземельных металлов с 3р-металлами является очень актуальной задачей, вследствие их очень интересных физических и физико-химических хаpaктеристик. Диаграммы состояния бинарных систем тербия с 3р-металлами изучены достаточно хорошо[1-3].

Из тройных диаграмм состояния наиболее полно изучены на предмет фазового состава системы РЗМ-Mg-Al (РЗМ=Y, La, Ce, Pr, Nd, Gd, Tb, Dy) [4-10]. Во всех тройных системах с алюминием установлено образование тернарных соединений со структурным типом MgZn₂. Из тройных систем РЗМ-Mg-Ga в литературе имеются сведения только о системах с лантаном, церием, празеодимом и неодимом [11]. Для этих систем хаpaктерно образование тройных соединений Mg₁₅Ga₃₅Ce₅₀, Mg₁₅Ga₃₅La₅₀, Mg₁₅Ga₃₅Pr₅₀, Mg₁₅Ga₃₅Nd₅₀, однако структурный тип этих соединений не установлен. Данных о тройных системах РЗМ-Mg-In в литературе нет.

В настоящей работы проводилось рентгенографическое исследование сплавов тербий-магний с р-элементами III-группы в тройных системах. Из тройных диаграмм состояния в настоящее время есть сведения только о диаграмме Tb-Mg-Al [10].

Для исследования фазовых равновесий были синтезированы образцы сплавов с различным соотношением компонентов при 743 -1013 К в вакуумированных кварцевых ампулах. Для достижения равновесия образцы сплавов подвергали гомогенизирующему отжигу при 673 К в течении 200-350 часов с последующей закалкой в холодной воде. Вследствие испарения магния (потери составили 1-3 масс.%) проводили корректировку исходного состава и впоследствии образцы сплавов получали с учетом потерь.

Исследование образцов проводили методом рентгенофазового анализа проводили до и после отжига на установке ДРОН-2,0 с кобальтовым К_a‑излучением.

В тройной системе Tb-Мg-Al при отжиге в течение 240 - 350 ч для сплавов, прилегающих к алюминиевому углу диаграммы состояния, по данным РФА, образуются два тройных соединения. Соединение (Tb_0,67Mg_0,33)Al₃ (структурный тип BaPb₃, a=6,17 Å, с=21,165 Å), обнаружено в области сплавов, богатых алюминием. Соединение (Tb_0,5Mg_0,5)Al₂ (структурный тип MgCu₂, а=7,864 Å) образуется в системе при содержании тербия 34 ат. % и магния 34 ат. %. В системе также установлено образование твердого раствора на основании соединения TbAl₂, в котором растворяется до 15 ат. % магния. Твердый раствор граничного состава в системе Tb-Мg-Al описывается формулой TbMg_0,3Al_1,7. Замена атомов алюминия на атомы магния и закономерно повышает параметры решеток. По данным РФА построено более полное изотермическое сечение при 673 К. Наши данные несколько отличаются от данных работы [10], что можно объяснить различными способами получения сплавов и продолжительностью отжига.

В образцах сплавов системы Tb-Mg-Ga после отжига обнаружены бинарные соединения TbGa₂, TbGa₆, TbMg, GaMg₂. Во всех изучаемых образцах обнаружена фаза, подобная фазе GaMg₂. Однако, эти фазы значительно отличаются по интенсивностям основных рефлексов. Соединение GaMg₂ образуется по перитектической реакции при 714 К и имеет широкую область гомогенности (31-37 ат.% Ga) [2]. Поэтому на его основе возможно образование твердого раствора, в котором часть атомов галлия статистически замещается на атомы тербия. Рентгенограмма соединения была проиндицирована в гексагональной сингонии. При этом происходит увеличение периода а (7,96-8,77 Å) и уменьшение периода с (3,19 Å), по сравнению с параметрами исходного соединения GaMg₂ (а=7,79 Å, с=6,89 Å). Растворимость тербия в GaMg₂ пока не установлена.

Учитывая растворимость тербия в магнии, а так же склонность к образованию твердых растворов в системе In-Mg, можно считать, что в тройной системе Tb-Mg-In образование тройных соединений невозможно, а полученные фазы будут представлять собой твердые растворы. В результате эксперимента в изучаемой тройной системе действительно установлено образование только твердого раствора на основе соединения TbMg₂, в котором растворяется до 5 ат.% индия. Твердый раствор граничного состава описывается формулой TbMg_1,9In_0,1. Твердый раствор находится в равновесии с двойными соединениями TbIn₃, MgIn, Mg₃In, Tb₅In₃ и индием. Рентгенограммы твердых растворов проиндицированы в кубической сингонии с параметром решетки а=8,775 Å. Хорошая согласованность экспериментальных и теоретических рентгенограмм указывает на структурный тип MgCu₂. Замена атомов магния на атомы индия приводит к увеличению параметров решетки. По данным РФА построено изотермическое сечение индиевого угла диаграммы состояния при 673 К.

Таким образом, добавки р-элементов в сплавы РЗМ-Mg изменяют не только их фазовый состав вследствие образования тройных соединений и твердых растворов, но и ведет к изменению структурного типа соединений, на основе которых образуются тернарные соединения и твердые растворы. На основании проведенных исследований можно считать, что во всех системах Tb-Mg-3р-металл образуются твердые растворы с одним структурным типом.

Литература

1. Van Vucht G.H.N., Buschow K.H.J. The Al-Tb system. // Philips Res. Rept., 1964, vol. 19, p.319-323.
2. Yatsenko S.P., Semyannikov A.A., Semenov B.G. et al. Phase diagrams of rare earth metals with gallium. // J. Less-Common Met. 1979. V.64. № 2. P.185-199.
3. Шакаров Х.О., Семянников А.А., Яценко С.П., Кувандыков О.К. Диаграммы состояния Nd-In, Sm-In и Tb-In. //Изв. АН СССР. Металлы. 1981. № 2. С.243-246.
4. Заречнюк О.С., Дриц М.Е., Рыхаль Р.М., Кинжибало В.В. Исследование системы Mg-Al-Y при 400 ⁰С в области содержания иттрия 0-33,3 ат.%. // Изв. АН СССР Металлы, 1980, № 5, с. 242-244.
5. Одинаев Х.О., Ганиев И.Н., Кинжибало В.В., Тыванчук А.Т. Диаграмма фазовых равновесий системы Al-Mg-La при 400 ⁰С. // Изв. вузов. Цв. металлургия, 1988, № 2, с. 81‑85.
6. Заречнюк О.С., Крипякевич П.И. Рентгеноструктурное исследование системы Ce-Mg-Al в области 0-33,3 ат.% Се. // Изв. АН СССР Металлы, 1967, № 4, с. 188-190.
7. Одинаев Х.О., Ганиев И.Н., Кинжибало В.В. Диаграмма фазовых равновесий системы Al-Mg-Pr при 673 К. // Изв. вузов. Цв. металлургия, 1988, № 5, с. 91-94.
8. Одинаев Х.О., Ганиев И.Н., Кинжибало В.В., Тыванчук А.Т. Диаграмма фазовых равновесий системы Al-Mg-Nd при 673 К. // Изв. вузов. Цв. металлургия, 1984, № 4, с. 94‑97.
9. Рохлин Л.Л, Бочвар Н.Р., Лысова Е.В. Поверхность ликвидуса системы Al-Gd-Mg. // Изв. РАН Металлы, 1997, № 5, с. 122-126.
10. Соколовская Е.М., Казакова Е.Ф., Лобода Т.П. Образование и взаимодействие фаз в многокомпонентных металлических системах алюминия с участием d- и f-переходных металлов. // Изв. вузов. Цв. металлургия, 1997, № 2, с. 45-51.
11. Кинжибало В.В., Грымак М.И. Фазовые равновесия в системах Mg‑Ga‑La и Mg-Ga-Ce при 300 °С. // Изв. РАН Металлы, 1986, № 5, с. 207-209.

---