室溫磁制冷工質材料Y₂Fe₁₇的制備方法

專利名稱：室溫磁制冷工質材料Y₂Fe₁₇的制備方法
技術領域：
本發明涉及一種室溫磁制冷工質材料Y2Fe17的制備方法，屬特殊合金材料制備 及磁性處理技術領域。
背景技術：
自2000年起蒙特利爾協議生效，污染大氣環境及破壞大氣臭氧層的氟里昂制冷 劑將逐漸被禁用，新的氣體制冷劑相繼問世并已進入商品化生產(如HFC-134a已經可 以大量生產并投放市場)。但這些氣體會帶來溫室效應和價格昂貴等問題，而且氣體 壓縮制冷機的卡諾循環效率已接近其技術極限，傳統的制冷工業面臨困境。磁制冷技 術由于其效率高，無污染而被世人關注。磁制冷是具有(巨)磁熱效應的材料作為制冷 工質，利用通過外加磁場而使磁工質的磁矩發生有序、無序的變化(相變)引起磁體吸 熱和放熱作用而進行制冷循環。與氣體壓縮制冷相比，磁制冷具有熵密高、體積小、 結構簡單、噪音小、效率高及功耗低等優勢備受關注。
目前在超低溫(4 10 K)領域磁制冷機的開發方面己取得了實質性進展，并己接 近實用階段。但是可用于一般冷庫、家用電冰箱等從室溫附近范圍內的磁制冷機卻還 有許多技術難題有待解決。其關鍵問題之一就是構成磁制冷機的工作體磁性材料的制 冷能力問題。在室溫領域磁性材料的晶格熵比磁熵大得多，磁自旋系統的熱騷動能量 增大，要得到充分冷凍的熵變化，就必須要有很高的外磁場，以克服磁自旋系統的熱 騷動，但日前永久磁鐵的磁場強度最高僅為1.5 T。從理論上講，選用磁化強度高， 磁熱效應大，居里溫度范圍寬的鐵磁材料，可以獲得較大的磁熵。基于這種理論，通 過對稀土化合物的物性分析計算，設計出了的鐵磁材料，通過對比測試與分析，發現 R2Fen(R-稀土元素)的制冷效果可達到與Gd接近，但價格僅為G d的1/ 3， YzFen合 金的居里溫度在室溫附近，它的系列合金有希望作為磁制冷材料。

發明內容
本發明的目的是提供一種室溫磁制冷工質材料Y2Fe17的制備方法。 本發明的目的是通過下述技術方案實現的。
本發明一種室溫磁制冷工質材料Y2Fe17的制備方法，其特征在于具有以下的工 藝過程和步驟
a. 首先將純度都為99.9%的Y、 Fe以Y2Fe,7化學計量配方，用電弧爐在高純氬氣氣 氛下熔煉制得合金鑄錠，利用真空甩帶機將合金鑄錠快淬得到微米晶或者納米晶 條帶，銅輥轉速為10 50m/s;
b. 快淬后的條帶研磨成粉末，經100 300目篩子過篩后與丙酮一起放入球磨罐中， 在高能球磨機中球磨0.5 1.8小時；
c. 將上述球磨的Y2Fen粉末裝于高磁導率材料的模具腔內，在粉末壓制前先進行充 磁，磁感應強度為0.5 2.0T (特斯拉)；
d. 然后將該粉末進行壓制，該壓制裝置包括有組合模具、脈沖磁場和油壓機。油壓 機加壓，壓力為350 650MPa;
e. 將壓制好的坯料在氬氣氣氛下燒結，即將真空抽至真空度為2.0 5.0X10々Pa時，
向真空腔里充氬氣、氬氣壓力為0.04MPa時，在700 1200'C燒結1 4小時，使 坯料致密化；
f. 在氬氣氣氛下熱處理，即將真空抽至真空度為2.0 5.0Xl(T2Pa時，向真空腔里 充氬氣、氬氣壓力為0.04MPa時，在400 800。C熱處理1 4小時，制得室溫磁 制冷Y2Fen工質材料。
本發明是將室溫制冷工質材料Y2Fe17在壓制納米晶粉末前先作磁場取向處理， 以提高材料內部的磁疇與磁矩在外加磁場變化下有序無序排列的效率，從而提高其制 冷與制熱的效率。
本發明方法的特點如下所述.-
首先制得Y2Fe17磁制冷工質材料納米晶條帶，再加工得其粉末，在壓制粉末前 作磁場取向處理，使其粉粒內部的磁疇和磁矩取向排列有序；在燒結的過程中，雖磁 矩又會處于無序排列，但這時的無序排列對曾經取向排列的磁疇和磁矩的有序排列具 有記憶效應，能在短時間內在外加磁場變化的刺激下恢復到原來的有序排列狀態。經 上述處理后，材料中磁疇和磁矩的有序無序排列所需要的加外磁場會變小，克服了傳 統工藝中沒有事先磁場取向引起的缺陷。本發明方法的處理工藝可提高工質材料的磁 矩密度和磁疇密度，因磁熱效應與這些密度有很大關系，高的磁矩密度和磁疇密度， 在外加磁場和溫度變化下會產生高的磁熵變化，從而產生高的磁熱效應。


圖1為本發明方法中所用的Y2Fen磁致冷工質材料粉末壓制模具圖。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明進行詳細描述。 實施例l
本實施例的工藝過程和步驟如下所述
首先將純度都為99.9%的Y、 Fe以Y2Fe17化學計量配方，用電弧爐熔煉法在高純 氬氣氣氛下熔煉制得合金鑄錠。然后利用真空甩帶機將合金錠制備得微米晶條帶，銅 輥轉速為20m/s。再將其條帶研磨成粉末，經200目篩子過濾放入到高能球磨罐中， 在丙酮保護下于高能球磨機中球磨1小時。將上述球磨的Y2Fen粉末裝于高磁導率 材料的模具腔內，在粉末壓制前先進行充磁，磁感應強度為1.5T (特斯拉)。然后將 粉末進行壓制，壓力為400MPa;將壓制好的坯料在真空度到達3X10—4a后、充入 氬氣，當氬氣壓力為0.04MPa時，在溫度為100(TC下進行燒結2小時，使其致密化。 將真空度升高到2X10—2Pa時，充入氬氣，氬氣壓力為0.04MPa，在溫度為550'C下 進行熱處理1小時，使其相組織更加均勻化。制得室溫磁制冷Y2Fen工質材料。測 試得到的絕熱溫變可以達到0.9K。 實施例2
本實施例的工藝過程和步驟如下所述
首先將純度都為99.9%的Y、 Fe以Y2Fe17化學計量配方，用電弧爐熔煉法在高純 氬氣氣氛下熔煉制得合金鑄錠。然后利用真空甩帶機將合金錠制備得晶納米晶條帶， 銅輥轉速為30m/s，再將其條帶研磨成粉末，經100目篩子過濾放入到高能球磨罐中， 在丙酮保護下于高能球磨機中球磨1.5小時；將上述球磨的Y2Fen粉末裝于高磁導率 材料的模具腔內，在粉末壓制前先進行充磁，磁感應強度為1.5T (特斯拉)。然后將 粉末進行壓制，壓力為550MPa;將壓制好的坯料在真空度到達3X10—2Pa后、充入 氬氣，當氬氣壓力為0.04MPa時，在溫度為1050。C下進行燒結1小時，使其致密化。 再將真空度升高到2Xl(T2Pa時，充入氬氣，氬氣壓力為0.04MPa，在溫度為530°C 下進行熱處理1.5小時，使其相組織更加均勻化。制得室溫磁制冷Y2Fen工質材料。 測試得到的絕熱溫變在外加磁場1.2特斯拉下可以達到1.2K。 實施例3
本實施例的工藝過程和步驟如下所述-
首先將純度都為99.9%的Y、Fe以Y2Fe17化學計量配方，用電弧爐熔煉法在高純
氬氣氣氛下熔煉制得合金鑄錠。然后利用真空甩帶機將合金錠制備得納米晶條帶，銅 輥轉速為40m/s，再將其條帶研磨成粉末，經IOO目篩子過濾放入到高能球磨罐中， 在丙酮保護下于高能球磨機中球磨1.6小時；將上述球磨的Y2Fen粉末裝于高磁導率 材料的模具腔內，在粉末壓制前先進行充磁，磁感應強度為1.5T (特斯拉)。然后將 粉末進行壓制，壓力為650MPa;將壓制好的坯料在真空度到達5X10—2Pa后、充入 氬氣，當氬氣壓力為0.04MPa時，在溫度為950'C下進行燒結3小時，使其致密化。 再將真空度升高到5Xl(T2Pa時，充入氬氣，氬氣壓力為0.04MPa，在溫度為510°C 下進行熱處理1.8小時，使其相組織更加均勻化。測試得到的絕熱溫變在外加磁場1.2 特斯拉下可以達到1.6K。
權利要求
1.一種室溫磁制冷工質材料Y2Fe17的制備方法，其特征在于該方法具有以下的工藝過程和步驟a. 首先將純度都為99.9％的Y、Fe以Y2Fe17化學計量配料，用電弧爐在高純氬氣氣氛下熔煉制得合金鑄錠，然后利用真空甩帶機將合金鑄錠快淬成微米晶或者納米晶條帶，銅輥轉速為10～40m/s；b. 將快淬后的條帶研磨成粉末，經100～300目篩子過篩后與丙酮一起放入球磨罐中，在高能球磨機中球磨0.5～1.8小時；c. 將上述球磨的Y2Fe17粉末裝于高磁導率材料的模具腔內進行充磁，磁感應強度為0.5～2.0T(特斯拉)；d. 將充磁后的粉末進行壓制，壓制壓力為350～650MPa；e. 將壓制好的坯料在氬氣氣氛下燒結，即抽真空至2.0～5.0×10-2Pa，向真空腔里充氬氣至0.04M Pa，在700～1200℃燒結1～4小時，使坯料致密化；f. 在氬氣氣氛下熱處理，即抽真空至2.0～5.0×10-2Pa，向真空腔里充氬氣至0.04MPa，在400～800℃熱處理1～4小時，制得室溫磁制冷Y2Fe17工質材料。
全文摘要
本發明涉及一種室溫磁制冷工質材料Y₂Fe₁₇的制備方法，該方法主要步驟為按Y₂Fe₁₇化學計量配料，用電弧爐熔煉制得合金錠，利用真空甩帶機將合金錠制成微米晶或者納米晶條帶，然后經研磨、過篩后球磨；再將粉末裝于高磁導率材料的模具腔內在0.5～2.0T磁場下充磁，將充磁后的粉末壓制成坯料，在氬氣中在700～1200℃燒結1～4小時；在氬氣中在400～800℃熱處理1～4小時，制得室溫磁制冷Y₂Fe₁₇工質材料。本發明方法可以提高室溫磁制冷工質材料的磁矩密度和磁疇密度，從而產生大的磁熱效應。
文檔編號C21D8/12GK101368243SQ20081020030
公開日2009年2月18日 申請日期2008年9月24日 優先權日2008年9月24日
發明者侯雪玲, 倪建森, 周邦新, 鵬 張, 暉 徐, 胡星浩 申請人:上海大學