[发明专利]一种钴、铁、重稀土三元系非晶合金的成分设计方法

权利要求书

1.一种钴、铁、重稀土三元系非晶合金的成分设计方法，其特征是，它包括以下步骤：

1)建立模型和数据库：

1.1)纯组元相：

由SGTE纯元素数据库得到Co、Fe和hRE的数据；

1.2)固溶体相：

liquid相、bcc相、fcc相和hcp相的吉布斯自由能表达式为：

式中：R为理想气体常数，x_i，i＝Co，Fe，hRE，为纯组元i的摩尔分数，为过剩吉布斯自由能的Redlic-Kister-Muggianu表达式：

式中：Fe，hRE，且i≠j，为二元交互作用参数，表达式为：

为三元交互作用参数，表示为：

式中，和是需要优化的参数；

1.3)线性化合物：

线性化合物由Co-hRE体系中的Co₇hRE₂、Co₃hRE、Co₂hRE、Co₃hRE₄、CohRE₃和Fe-hRE体系中的Fe₂₃hRE₆、Fe₃hRE组成；用M表示Co和Fe的混合物缩写，则(Co,Fe)_mhRE_n可以表示为M_mhRE_n；

式中：m＝7n＝2，或者m＝3n＝1，或者m＝2n＝1，或者m＝3n＝4，或者m＝1n＝3，或者m＝23n＝6；

每摩尔M_mhRE_n的吉布斯自由能公式为：

式中，y_i，_i＝Co或Fe，是i在M亚点阵的占位分数；i=Co或Fe，表示当M亚点阵被元素i占据时，化合物M_mhRE_n的吉布斯自由能，它是相对于纯组元Co、Fe和hRE在其标准元素参考状态下的焓；表示M子晶格中元素Co和Fe之间的第n个交互作用参数，是对吉布斯自由能的磁贡献；

1.4)金属间化合物：

Fe-hRE体系中的金属间化合物Fe₁₇hRE₂可由三个子点阵模型(Fe₂,hRE)hRE₂Fe₁₅描述，所述的金属间化合物Fe₁₇hRE₂与Co-hRE体系的Co₁₇hRE₂和Co₅hRE具有相同的CaCu₅型结构；每摩尔式单位(Fe₂,hRE)hRE₂Fe₁₅的吉布斯能如下所述：

式中：i=Fe₂或hRE、和分别是第一、第二和第三亚点阵中组分的占位分数，参数表示第一、第二和第三亚点阵分别被i、hRE和Fe占据的稳态或亚稳态化合物的吉布斯自由能，这与纯Co、hRE和Fe在其标准元素参考状态下的焓有关；所述的纯Co、hRE和Fe具有相同的CaCu₅型晶体结构，Co-Fe-hRE体系的金属间化合物M₁₇hRE₂和M₅hRE均被视为一个相，用δ表示，为三个亚点阵模型(Co₂,Fe₂,hRE)(Co₂,hRE)₂(Co,Fe)₁₅，每摩尔(Co₂,Fe₂,hRE)(Co₂,hRE)₂(Co,Fe)₁₅吉布斯自由能如下：

式中：i＝Co₂、Fe₂或hRE；j＝Co₂或hRE；k＝Co或Fe；分别是第一、第二和第三亚点阵中组分i、j和k的占位分数；参数表示第一、第二和第三亚点阵分别被i、j和k占据的稳定或亚稳化合物的吉布斯自由能，它们与纯Co、hRE和Fe在其标准元素参考状态下的焓有关；和是第一个亚点阵中，Co₂和Fe₂、Co₂和hRE及Fe₂和hRE三者之间的第n个交互作用参数，且其他亚点阵由组分j和k占据；是第二亚点阵中Co₂和hRE之间的第n个交互作用参数，第一和第三亚点阵分别被组分i和k占据；是第三亚点阵中Co和Fe之间的第n个交互作用参数，而第一和第二亚点阵分别被组分i和j占据，是磁场对吉布斯自由能的贡献；

1.5)磁场对吉布斯自由能的贡献：

M_mhRE_n，和按下式计算：

式中，y_i(i＝Co，Fe)为i在M亚点阵的占位分数，和i＝Co，Fe，是化合物M_mhRE_n中M的亚点阵被元素i占据时的严格计量比化合物的磁有序临界温度和波尔磁矩，根据测得的临界温度和每摩尔单位的平均玻尔磁矩得出；和是M亚点阵中元素Co和Fe之间的第n个磁交互作用参数；

对于化合物δ-(Co₂,Fe₂,hRE)(Co₂,hRE)₂(Co,Fe)₁₅，和β^δ描述如下：

式中：i＝Co₂、Fe₂或hRE；和k＝Co或Fe，分别是第一、第二和第三亚点阵中组分i、hRE和k的占位分数；和分别是严格计量比化合物Co₁₇hRE₂、Co₁₅hRE₃即Co₅hRE、Fe₁₇hRE₂和Fe₁₅hRE₃即Fe₅hRE磁有序临界温度；和分别是每摩尔Co₁₇hRE₂、Co₁₅hRE₃即Co₅hRE、Fe₁₇hRE₂和Fe₁₅hRE₃即Fe₅hRE的玻尔磁矩；

由此建立起数据库；

2)非晶相形成驱动力的热力学计算：

在过冷液体中，非晶合金表现为低的结晶驱动力，可使形核速率降低，反而提高了玻璃形成能；计算相形成驱动力的公式为：

其中：N_i和N^θ分别为系统中组分i的量和θ相的量；稳定平衡的相的驱动力为零，无法形成的相的驱动力为负，自发形成的相的驱动力为正；

2.1)成分Co摩尔分数不变，而改变Fe和hRE的含量时，过冷液相中所有结晶相形成驱动力和Fe含量变化的关系；

2.2)成分Fe摩尔分数不变，而改变Co和hRE的含量时，过冷液相中所有结晶相形成驱动力和hRE含量变化的关系；

2.3)成分hRE摩尔分数不变，而改变Co和Fe的含量时，过冷液相中所有结晶相形成驱动力和Co含量变化的关系；

2.4)成分Co和Fe摩尔分数的比值不变，而改变hRE的含量时，过冷液相中所有结晶相形成驱动力和hRE含量变化的关系；

3)非晶形成成分预测：

根据所述步骤2)中2.1)、2.2)、2.3)和2.4)情况的分析，把各种截面选取方式所得的局部最小点的位置进行比较，可根据趋势预测非晶形成能力的大小，确定钴、铁、重稀土三元系非晶合金的成分。