一种基于熔体甩丝法制备高磁热性能La-Fe-Si纤维方法技术

一种基于熔体甩丝法制备高磁热性能La‑Fe‑Si纤维方法，属于La‑Fe‑Si纤维技术领域。本发明专利技术要解决现有La‑Fe‑Si块体合金存在后续高温热处理时间长，使用时热传导效率低，退磁系数高等问题。本发明专利技术方法：一、将La‑Fe‑Si合金通过熔体纺丝法制备La‑Fe‑Si纤维；二、然后置于丙酮中超声清洗，干燥；三、将耐高温陶瓷管依次进行清洗和干燥处理，将其一端封口，再距开口端全长1/4～1/3处进行缩口处理，将纤维置于封口的一侧，再装入钛丝；四、然后抽真空后通入高纯氩气，再抽真空，反复洗气至少三次后，将开口端密封；五、然后热处理后空冷至室温，敲破耐高温陶瓷管。本发明专利技术方法获得了高磁热性能、高热导率、低退磁系数、低磁场驱动的磁热材料。 1

A method for preparing La-Fe-Si fibers with high magnetic and thermal properties based on melt spinning

A method of preparing La Fe Si Si with high magnetic and thermal properties based on melt spinning method belongs to the technical field of La Fe Si fiber. The invention aims to solve the problems of long time following high temperature heat treatment, low heat transfer efficiency and high demagnetization coefficient of the existing La Fe Fe block alloy. The method of the invention is to prepare the La Fe Si alloy by melt spinning to prepare La Fe Si fiber; two, and then put in acetone for ultrasonic cleaning and drying; three, cleaning and drying the high temperature resistant ceramic tube in turn, seal one end of the tube, and then carry out the shrinkage treatment at the full length of the open end from 1/4 to 1/3. One side of the seal, then loaded with titanium wire; four, then pump vacuum after high pure argon, then vacuum, after repeated washing gas at least three times, the opening end is sealed; five, after heat treatment, air cold to room temperature, breaking the high temperature ceramic tube. The magnetic heat material with high magnetic heat performance, high thermal conductivity, low demagnetization coefficient and low magnetic field driving is obtained by the method. One

【技术实现步骤摘要】
一种基于熔体甩丝法制备高磁热性能La-Fe-Si纤维方法
本专利技术属于La-Fe-Si纤维
；具体涉及一种基于熔体甩丝法制备高磁热性能La-Fe-Si纤维方法。
技术介绍
随着科学技术的日益发展，人们对于磁制冷装置提出了更多的要求，相比于传统的气体压缩制冷技术，基于磁热效应的磁制冷技术具有高效率、低成本、不产生温室气体的优点，近年来得到了广泛地研究和关注。近年来，La-Fe-Si铁磁性合金因具有以下优势而获得广泛关注：(1)材料制备不需要纯度极高和价格高的原材料；(2)其热导率与Gd相近，优于Gd5(Si，Ge)4和MnAs合金；(3)磁制冷性能高；(4)热滞后和磁滞后小。然而，La-Fe-Si块体合金在实际生产中应用受限，主要有以下原因：(1)应用传统的电弧熔炼方式无法获得均一的La(Fe，Si)13相(1:13相)，即产生磁热效应的相，通常在铸造过程中还会产生α-Fe和LaFeSi(1:1:1)相，而α-Fe和LaFeSi(1:1:1)相对磁热性能几乎没有贡献；(2)La-Fe-Si合金通过发生包晶反应：L+α-Fe→La(Fe,Si)13来实现成分均匀化，包晶反应温度高、时间长，因此块体合金需要长时间的高温热处理来保证成分均匀性；(3)块体La-Fe-Si合金比表面积小，与周围介质热传导效率低；(4)退磁系数高；(5)工作时需要高磁场驱动。
技术实现思路
本专利技术要解决现有La-Fe-Si块体合金存在后续高温热处理时间长，使用时热传导效率低，退磁系数高等问题。针对现有问题，本专利技术公布了一种La-Fe-Si纤维的制备方法和短时热处理工艺，利用熔体甩丝法制备直径达微米尺寸的La-Fe-Si纤维，随后对纤维进行短时热处理即可实现迅速提高组织均匀性、增强其磁热性能的目的，从而获得一种高磁热性能、高热导率、低退磁系数、低磁场驱动的磁热材料。为解决上述技术问题，本专利技术基于熔体甩丝法制备高磁热性能La-Fe-Si纤维方法是按下述步骤进行的：步骤一、将La-Fe-Si合金铸锭切割成一定形状(如用电火花线切割切成15～20mm的圆柱)浸入丙酮溶液中超声清洗以去除表面油污，干燥，再在高纯氩气保护下通过熔体纺丝法制备La-Fe-Si纤维；步骤二、将步骤一获得的La-Fe-Si纤维置于丙酮中超声清洗以去除表面油污和灰尘，干燥；步骤三、将耐高温陶瓷管依次进行清洗和干燥处理，将其一端封口，再距开口端全长1/4～1/3处进行缩口处理，先装入步骤二处理后的La-Fe-Si纤维，所述纤维置于封口的一侧，再装入钛丝，钛丝与纤维之间最小距离为50mm；步骤四、然后抽真空后通入高纯氩气，再抽真空，反复洗气至少三次后，将开口端密封；步骤五、然后以(5～10)℃/min速度升温，在1080℃～1120℃下热处理，保温15min～30min后空冷至室温，敲破耐高温陶瓷管，即得到高磁热性能La-Fe-Si纤维。进一步地限定，步骤一在(373K～423K)条件下干燥2～4h。进一步地限定，步骤一中所述熔体纺丝法制备纤维是由下述步骤完成的：步骤1、将铸锭放入氮化硼坩埚中，将设备腔体抽真空至0.5×10-3Pa～5×10-3Pa后充入高纯氩气；步骤2、启动金属辊轮，设置钼轮转速Vw为1500～1800r/min；步骤3、开启感应加热装置，调节加热功率为20kW～24kW，合金溶液上端形成球面熔池；步骤4、控制坩埚向辊轮方向移动，其中坩埚的进给速率为30～50μm/s；步骤5、钼轮接触合金熔池，即获得直径为50～100μm的La-Fe-Si纤维。进一步地限定，步骤二中放入丙酮中利用超声清洗10～15min。进一步地限定，步骤二中在(353K～393K)条件下干燥2～4h。进一步地限定，步骤三中将两端开口的耐高温陶瓷管浸入3％～5％(质量)的稀硝酸溶液中，超声清洗30～40min，取出后用蒸馏水洗净，干燥20～24h。进一步地限定，步骤三所述钛丝是由200μm厚的钛箔加工而成。由于金属钛有吸附氧的能力，因此加入钛丝可以防止纤维的氧化。进一步地限定，步骤四抽真空至0.5×10-3～5×10-3Pa。高纯氩气：符合国标GB/T10624－1995，氩气纯度>99.999％，氮含量<5ppm，氧含量<2ppm，氢含量<1ppm，总碳含量(以甲烷计)<2ppm，水分含量<4ppm。由于纤维的比表面积高，经过计算，在1HZ的工作效率下，直径为50～200μm的纤维热传导效率极佳，且纤维在沿其长度方向上退磁系数几乎为零，同时由于纤维中晶粒细小，其热处理时间由7天以上减少到15～30min。本专利技术也可以应用到其他需要高温长时间热处理才能达到均匀化、且具有高磁热性能、高热导率、低退磁系数、低磁场驱动的铁磁性合金制造中。本专利技术针对La-Fe-Si块体合金后续高温热处理时间长，热传导效率低，退磁系数高，驱动磁场大等问题，提出通过熔体甩丝法制备小尺寸纤维，使晶粒尺寸下降，减少热处理时间，增加热传导效率，使其长度方向退磁系数降到零的方法，并且通过将纤维在1080℃-1120℃下保温15～30min后空冷，使显微组织中1:13相含量增加，α-Fe含量减少，从而提高纤维的磁热性能。附图说明图1是利用熔体甩丝法制备的La-Fe-Si纤维电子扫描图像；图2是铸态La-Fe-Si纤维抛光后的背散射电子扫描图像；图3是在1100℃下保温20min后空冷的La-Fe-Si纤维的背散射电子扫描图像；图4是图2中铸态纤维线扫描成分分析结果，图4中1—Fe元素，2—Si元素，3—La元素；图5是图3中1100℃下保温20min后空冷纤维线扫描分析结果，图5中，1—Fe元素，2—Si元素，3—La元素；图6是铸态纤维，1100℃下保温20min后空冷纤维和1050℃下保温14天后淬火的块体合金(与纤维相同成分)的X射线衍射(XRD)图像；图7是铸态纤维在磁场(H)为200Oe和50kOe下升温过程中的磁化强度-温度(M-T)关系曲线；图8是热处理后纤维在磁场(H)为200Oe和50kOe下升温过程中的磁化强度-温度(M-T)关系曲线；图9是高温长时间热处理后块体合金在磁场(H)为200Oe和50kOe下升温过程中的磁化强度-温度(M-T)关系曲线。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的La-Fe-Si合金铸锭的制备方法是按下述步骤进行的：步骤(1)、按照所需元素的质量比例配制原材料，试样的设计成分为LaFe13.2Si0.7(原子百分比)，总试样质量为50g，La、Fe、Si的纯度分别为99.99％、99.99％、99.999％，配制时先配制Fe和Si，熔炼时再配制La。考虑La元素熔炼过程中易于氧化而质量受损，配制时La的含量在学计量比基础上补加2％。步骤(2)、样品采用电弧熔炼的方法进行熔炼，为保证合金中成分的均匀性，将合金在电弧熔炼炉中翻转5次，随后吸铸成直径为10.1mm，长度为80mm的铸锭。采用上述La-Fe-Si合金铸锭基于熔体甩丝法制备高磁热性能La-Fe-Si纤维方法是按下述步骤进行的：步骤一、将La-Fe-Si合金铸锭用电火花线切割切成15mm的圆柱，浸入丙酮溶液中超声清洗去除表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于熔体甩丝法制备高磁热性能La‑Fe‑Si纤维方法，其特征在于所述La‑Fe‑Si

【技术特征摘要】
1.一种基于熔体甩丝法制备高磁热性能La-Fe-Si纤维方法，其特征在于所述La-Fe-Si纤维的制备方法是按下述步骤进行的：步骤一、将La-Fe-Si合金铸锭切割成一定形状浸入丙酮溶液中超声清洗，干燥，再在高纯氩气保护下通过熔体纺丝法制备La-Fe-Si纤维；步骤二、将步骤一获得的La-Fe-Si纤维置于丙酮中超声清洗，干燥；步骤三、将耐高温陶瓷管依次进行清洗和干燥处理，将其一端封口，再距开口端全长1/4～1/3处进行缩口处理，先装入步骤二处理后的La-Fe-Si纤维，所述纤维置于封口的一侧，再装入钛丝，钛丝与纤维之间最小距离为50mm；步骤四、然后抽真空后通入高纯氩气，再抽真空，反复洗气至少三次后，将开口端密封；步骤五、然后以(5～10)℃/min速度升温，在1080℃～1120℃下热处理，保温15min～30min后空冷至室温，敲破耐高温陶瓷管，即得到高磁热性能La-Fe-Si纤维。2.根据权利要求1所述一种基于熔体甩丝法制备高磁热性能La-Fe-Si纤维方法，其特征在于步骤一在(373K～423K)条件下干燥2～4h。3.根据权利要求1所述一种基于熔体甩丝法制备高磁热性能La-Fe-Si纤维方法，其特征在于步骤一中所述熔体纺丝法制备纤维是由下述步骤完成的：步骤1、将铸锭放入氮化硼坩埚中，将设备腔体抽真空至0.5×10-3Pa～5×10-3Pa后充入高纯氩气；步骤2、启动金属辊轮，设置钼轮转速Vw为1500～1800r/min；步骤3、开启感应加热装置，调节加热功率为20kW～2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张学习，张若琛，钱明芳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23