一种La-Fe-Si基磁制冷合金的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种La

【技术实现步骤摘要】
一种La
‑
Fe
‑
Si基磁制冷合金的制备方法


[0001]本专利技术涉及磁性材料制备领域，具体而言，涉及一种La
‑
Fe
‑
Si基磁制冷合金的制备方法。

技术介绍

[0002]制冷技术是现代生活中不可或缺的一部分，在能源和环境方面具有重要作用。传统的蒸汽压缩制冷方式是以低沸点的烷烃类物质作为工质，利用其体积压缩和膨胀实现制冷。这种方式具有制冷效率低下(理想卡诺循环的20％～40％)、工作噪声大、设备体积庞大、和排放温室气体等缺点。磁制冷是基于固体材料磁热效应的新型固态制冷技术，与气压缩制冷相比其主要优点在于：(1)磁制冷技术的效率可达卡诺循环的60％，远高于气压缩方式；(2)制冷工质为固体磁性材料，熵密度显著高于气体工质，有利于实现设备小型化和紧凑化；(3)磁制冷利用磁场改变工质的熵值，无需气体压缩设备，运动部件少，因此工作噪声和振动小，设备运行可靠性高；(4)固态制冷工质的使用避免了温室气体排放，无环境污染。
[0003]作为磁制冷系统的重要组成部分，磁制冷材料决定了磁制冷技术的发展和应用。在诸多具有磁热效应的材料体系如Gd
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Si
‑
Ge、La
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Fe
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Si、 Mn
‑
Fe
‑
P
‑
(As,Ge,Si)、Ni
‑
Mn
‑
(Ga,In,Sn)中，具有NaZn
13<br/>型结构的La(Fe, Si)
13
化合物(称为1:13相)成本低廉、磁热效应显著、无毒害元素，是目前公认最具应用前景的室温磁制冷材料之一。然而，La
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Fe
‑
Si材料距离理想磁制冷工质仍有一定差距，主要原因之一在于1:13相具有本征脆性，无法采用传统方法加工成型。用于磁制冷设备中的制冷工质一般要求加工成薄板、细丝、微球、具有微流道的块体等比表面积较大的形状，目的在于增加与流体之间的换热，获得高的制冷效率。为解决La
‑
Fe
‑
Si基磁制材料的加工成型问题，目前一般采用树脂/金属复合粘结，粉末冶金和增材制造等方法。上述方法会降低磁热效应或热导率，不利于制冷效率的提升。更为重要的是，这几种方法中均基于粉末制备块体材料，需引入粉末制备工艺，其流程复杂冗长，导致生产效率极低。基于常见的铸造方式制备大比表面积的块体材料工艺简洁、稳定性高，是较为理想的解决方案。
[0004]值得注意的是，常用铸造方法无法直接获得1:13相，一般只能获得α
‑
Fe 和富La相。为了得到1:13相，通常需将铸态合金在1173～1373K保温数周使α
‑
Fe和富La相发生共析反应生成磁热相，严重阻碍了磁制冷技术的发展。已报道工作中提出利用薄带快淬技术改变La
‑
Fe
‑
Si合金的凝固路径，进而促进磁热相的形成。此外，快速凝固还可以显著细化凝固组织，有利于加速退火过程中的元素扩散速率，最终薄带只需在1273K退火20分钟即可得到96％磁热相(J.Appl.Phys.2005；98(11):113904.)。四川大学报道了一种通过在高温区(1423～1573K)退火使富La相转变为液相并与α
‑
Fe相发生包晶反应的方法，快速制备1:13相(J.Alloy.Compd. 2011；509(34):8534
‑
41.)。最近，学者们提出了一种在La
‑
Fe
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Si基合金中添加额外的La或非同质元素Cu等加速1:13相的形成(Acta Mater. 2016；118:44
‑
53；中国专利ZL201811113587.1)。以上方法可以一定程度实现La
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Fe
‑
Si合金的高效制备，但普遍存在制备工艺复杂，且一定程度上降低合金力学性能或磁热性能的问题，不利于实际应
用。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种La
‑
Fe
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Si基磁制冷合金的制备方法，在传统铸造La
‑
Fe
‑
Si基合金的基础上，通过塑性变形获得大比表面积形状，同时调控α
‑
Fe和富La相的微观组织，加快热处理过程中磁热相的形成速率，短时间内形成大量磁热相并获得大磁热效应。
[0006]本专利技术提供一种La
‑
Fe
‑
Si基磁制冷合金的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0007]S1、设计La
‑
Fe
‑
Si基磁制冷合金的成分，并按照所设计的成分配置原料；
[0008]S2、将配置好的原料熔炼得到La
‑
Fe
‑
Si基磁制冷合金铸锭；
[0009]S3、将步骤S2中得到的La
‑
Fe
‑
Si基磁制冷合金铸锭塑性变形得到 La
‑
Fe
‑
Si基磁制冷合金坯件；
[0010]S4、将步骤S3中得到的La
‑
Fe
‑
Si基磁制冷合金坯件经均匀化热处理得 La
‑
Fe
‑
Si基磁制冷合金。
[0011]进一步地，所述步骤S1中，La
‑
Fe
‑
Si基磁制冷合金的化学式为 La1‑
a
RE
a
(Fe1‑
b
M
b
)
c
(Si1‑
d
X
d
)
e
Z
f
，其中0≤a≤0.5，0≤b≤0.1，11.0≤c≤15.0， 0≤d≤1.0，1.0≤e≤2.0，0≤f≤1.6，RE选自稀土元素Ce、Pr、Nd、Sm、 Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一种或几种、M选自过渡族金属元素Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Zn、Ti、V、Zr和Nb中的一种或几种， X选自Al、Ga、Sn和Ge中的一种或几种，Z为非金属元素C和/或B。
[0012]进一步地，所述步骤S1中，配置原料的纯度≥99.9％。
[0013]进一步地，所述步骤S2中，熔炼方法为感应熔炼，感应熔炼的具体步骤为：先将真空感应炉腔的真空抽至1
×
10
‑2Pa，利用纯度大于99.9％的氩气洗气2次后再次充入氩气并通电熔炼，待原料完全融化且温度为 1400～1600℃时，将金属液缓慢浇入水冷铜模中得La
‑
Fe
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Si基磁制冷合金铸锭。
[0014]进一步地，所述步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种La
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Fe
‑
Si基磁制冷合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：S1、设计La
‑
Fe
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Si基磁制冷合金的成分，并按照所设计的成分配置原料；S2、将配置好的原料熔炼得到La
‑
Fe
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Si基磁制冷合金铸锭；S3、将步骤S2中得到的La
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Fe
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Si基磁制冷合金铸锭塑性变形得到La
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Fe
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Si基磁制冷合金坯件；S4、将步骤S3中得到的La
‑
Fe
‑
Si基磁制冷合金坯件经均匀化热处理得到La
‑
Fe
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Si基磁制冷合金。2.如权利要求1所述的La
‑
Fe
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Si基磁制冷合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，La
‑
Fe
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Si基磁制冷合金的化学式为La1‑
a
RE
a
(Fe1‑
b
M
b
)
c
(Si1‑
d
X
d
)
e
Z
f
，其中0≤a≤0.5，0≤b≤0.1，11.0≤c≤15.0，0≤d≤1.0，1.0≤e≤2.0，0≤f≤1.6，RE选自稀土元素Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu中的一种或几种、M选自过渡族金属元素Co、Ni、Mn、Cr、Cu、Zn、Ti、V、Zr和Nb中的一种或几种，X选自Al、Ga、Sn和Ge中的一种或几种，Z为非金属元素C和/或B。3.如权利要求1所述的La
‑
Fe
‑
Si基磁制冷合金的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，配置原料的纯度≥99.9％。4.如权利要求1所述的La
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Fe
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢翔，刘剑，苗丽娅，张一飞，张朋娜，
申请(专利权)人：宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：