一种可用于纺织的Ni‑Mn‑Ga合金纤维及制备方法技术

一种可用于纺织的Ni‑Mn‑Ga合金纤维，纺织纤维领域。该合金纤维的成分为Ni50+xMn23+yGa27‑x‑y(2≤x≤4,2≤y≤4)。按照名义成分进行配料，在真空通入氩气的保护下，利用电弧炉熔炼成合金锭，热处理以后，利用泰勒玻璃包覆法，经过水冷制备出合金纤维。制备出的合金纤维在常温下是马氏体结构，直径在5‑100μm之间，长度可达5‑200cm。Ni‑Mn‑Ga合金纤维抗拉强度较大，在常温下可任意弯曲变形，柔软度与纺织所用的普通纤维丝线相近，可用作纺织纤维，纺织成布料或者编织在面料中。利用Ni‑Mn‑Ga合金纤维编织成的衣物，具有防辐射、磁屏蔽等功能，舒适易于穿着；可有效解决纺织纤维领域，衣服中起屏蔽作用的金属丝为铁丝或者不锈钢丝，由于二者刚度过大，不能满足衣服柔软度的需求的问题。

A Ni can be used for Mn Ga alloy and preparation method of textile fiber

A Ni can be used for Mn Ga alloy fiber textile, textile fiber field. The alloy fiber component is Ni50+xMn23+yGa27 x y (2 = x = 4,2 = y = 4). In accordance with the nominal composition of ingredients, the protection of argon in vacuum, into ingots by arc melting, heat treatment, coating method using Taylor glass, after the water was prepared by alloy fiber. The prepared alloy fiber is martensite structure at room temperature, the diameter of between 5 100 m, length up to 5 200cm. Ni Mn Ga alloy fiber tensile strength of large bending deformation can be arbitrary at room temperature, softness and common fiber used in textile yarn is similar, can be used as textile fibers, woven into cloth or woven into fabrics. Woven by Ni Mn Ga alloy fiber clothing, with anti radiation, magnetic shielding function, comfortable and easy to wear; can effectively solve the problem in the field of textile fibers, clothing wire shielding for wire or stainless steel wire, because they had large, can not meet the demand of the clothes softness problem.

【技术实现步骤摘要】
一种可用于纺织的Ni-Mn-Ga合金纤维及制备方法
本专利技术属于纺织纤维领域，具体涉及一种可用于纺织的Ni-Mn-Ga合金纤维。
技术介绍
目前，随着人们生活水平的提高，对衣物的要求越来越高。由于工作等的需要，人们对日常所穿的衣服不仅仅要舒适，而且要具有防辐射、磁屏蔽等功能。但现在具有防辐射、磁屏蔽等功能的衣服，一般由基于嵌入衣服里的金属丝这种复合的特殊面料制成，所用金属丝一般均为铁或者不锈钢微丝。如中国专利CN104746194A《一种电磁屏蔽防辐射家用纺织纤维材料及其面料和应用》。由于铁丝或者不锈钢微丝刚度过大，柔软度远远不能满足度衣服舒适度的需求。因此，研究开发一种高柔软度的合金纤维成为了关键。铁磁形状记忆合金是将无扩散马氏体相变与该类合金的铁磁性巧妙结合的新型功能材料。目前Heusler型Ni-Mn-Ga合金体系在温度场、应力场及磁场下会发生马氏体相变，并且其多晶样品具有多功能特性包括较好的形状记忆效应、磁场诱发形状回复应变和较高的磁场驱动效率等，同时该类材料的价格相对低廉，使得Ni-Mn-Ga合金成为更适合于实际应用新型功能材料。一种柔软的Ni-Mn-Ga合金纤维属于形状记忆合金丝材，其记忆效应源于低温下的马氏体相变。在较低的温度下，Ni-Mn-Ga合金呈马氏体结构，存在三种类型的马氏体，即5层调制马氏体(5M)、7层调制马氏体(7M)和非调制马氏体(NM)。马氏体状态下的Ni-Mn-Ga合金呈片层状马氏体孪晶变体，在应力下马氏体孪晶变体的再取向，表现为宏观形状随应力的作用发生变化。这种马氏体变体结构，使得Ni-Mn-Ga合金纤维具有柔软度，与纺织所用的普通纤维相近，可实现任意的弯曲变形，并具有抗拉轻度较大、不易拉断的特点。Ni-Mn-Ga合金马氏体相变点对成分特别敏感，可以通过调节各元素之间的原子比，按使用要求把Ni-Mn-Ga合金纤维的马氏体相变点调节在室温以上相应的温度区间，在使用温度下Ni-Mn-Ga合金纤维呈马氏体结构，具有柔软度。因此，Ni-Mn-Ga合金纤维可用作纺织纤维编制在面料中，用于制备具有防辐射、磁屏蔽等功能的防护衣服。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可用于纺织的Ni-Mn-Ga合金纤维，制备得到的合金纤维具备柔软度，可任意弯曲变形，抗拉强度较大，与纺织所用的普通纤维丝线相近，可用作纺织纤维或者编织在面料中。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种可用于纺织的Ni-Mn-Ga合金纤维，合金纤维丝具备柔软度，与可任意弯曲变形，抗拉强度较大，纺织所用的普通纤维相近，可用作纺织纤维或者编织在面料中。该合金丝成分为：Ni50+xMn23+yGa27-x-y(2≤x≤4,2≤y≤4)。制备的合金纤维长度可达5-200cm，直径在5-100μm之间，合金纤维表面光滑圆整。一种可用于纺织的Ni-Mn-Ga合金纤维的制备方法，所述方法按以下步骤进行：(1)熔炼按照名义成分Ni50+xMn23+yGa27-x-y(2≤x≤4,2≤y≤4)的原子比，称重配料，所用单质Ni、Mn、Ga的纯度均在99.98％以上。将上述单质放入电弧熔炼炉中，抽到高真空(～x10-4Pa)状态后，充入氩气至0.05MPa后进行熔炼，熔炼过程中翻转4-5次，并利用电磁搅拌均匀化成分，降低偏析程度，得到合金锭。(2)热处理将熔炼得到的合金锭，与钛块、单质锰片一起封入石英管中，放入箱式炉中退火。钛块用于防止氧化，单质锰片应用于在石英管内形成Mn氛围，减少Mn的挥发。退火温度为900-1000℃，退火时间5至48小时，然后进行水淬处理。(3)利用泰勒玻璃包覆法制备合金纤维：Ni-Mn-Ga纤维的制备采用的是玻璃包覆拉丝机，玻璃包覆拉丝机专利公开号为CN102127720A。将退火后的合金锭切割成小块，经打磨、清洗、干燥后，装入玻璃管中；启动真空系统抽真空后充氩气至0.1Pa，并利用真空系统洗气2-5次，以减小合金氧化程度；启动高频感应加热装置，待合金充分熔化开始沸腾，玻璃管底部熔融软化时，用带尖端的玻璃棒从玻璃管底部快速引出合金微丝，通过水冷的方式冷却，即获得直径为5-100μm、长度为5-200cm的Ni-Mn-Ga合金纤维；所制备的合金纤维表面形成均匀的玻璃包覆层。(4)去除玻璃包覆层由于制备出的纤维丝柔软度高，可以实现随意弯折变形，而玻璃层很脆，所以纤维经过多次弯折后，表面所包覆的玻璃层几乎完全去除。极少部分未去除的玻璃层，可以通过砂纸轻微的摩擦或者用蘸有氢氟酸轻擦去除，合金纤维表面光滑圆整，最终得到一种可用于纺织的Ni-Mn-Ga合金纤维。本专利技术合金纤维与传统金属丝纤维相比，有益效果在于：(1)合金纤维柔软度高，表面光滑圆整，可任意弯曲变形，抗拉强度也较大，不易拉断。(2)合金纤维可用作纺织纤维丝线，纺织成柔软的布料或者编织在面料中。(3)用含合金纤维布料制备的衣物，具备电磁屏蔽防辐射功能。【附图说明】图1是本专利技术Ni-Mn-Ga合金纤维室温下的XRD图谱。图2是本专利技术Ni-Mn-Ga合金纤维表面形貌的微观SEM图像。图3是本专利技术Ni-Mn-Ga合金纤维打结状态的微观SEM图像。图4是本专利技术Ni-Mn-Ga合金纤维扭结状态的微观SEM图像。【具体实施方式】下面对本专利技术的具体实施方法做进一步的说明。实施本专利技术所提供的一种可用于纺织的Ni-Mn-Ga合金纤维，其成分为：Ni50+xMn23+yGa27-x-y(2≤x≤4,2≤y≤4)。在Ni-Mn-Ga系合金中，合金本身在马氏体状态下时，存在三种类型的马氏体：5层调制马氏体(5M)、7层调制马氏体(7M)、非调制马氏体(NM)。Ni-Mn-Ga合金纤维的XRD结果如图1所示，所标记的峰位均为马氏体峰。如图2所示，制备的Ni-Mn-Ga合金纤维表面均为马氏体孪晶片层结构，呈片层状马氏体孪晶变体的取向各有不同。马氏体状态下的Ni-Mn-Ga合金纤维呈片层状的孪晶变体结构，在应力作用下孪晶变体再取向，表现为Ni-Mn-Ga合金纤维丝可实现弯曲变形，因此Ni-Mn-Ga合金纤维具有很大的柔软度，可以任意弯曲打结如图3所示，也可以随织物的褶皱任意扭结变形如图4所示。实例1：一种可用于纺织的Ni-Mn-Ga合金纤维，成分是Ni52Mn25Ga23，对应分子式Ni50+xMn23+yGa27-x-y(x＝2,y＝2)。本实施例中的可用于纺织的Ni-Mn-Ga合金纤维制备方法如下：(1)熔炼按照名义成分Ni52Mn25Ga23的原子比，称重配料，所用单质Ni、Mn、Ga的纯度均在99.98％以上。将上述单质经过裁剪、超声震荡等步骤清洗后，放入电弧熔炼炉中，抽到高真空(～x10-4Pa)状态后，充入氩气至0.05MPa后进行熔炼。熔炼过程中，电极末端保持在样品上方2-3cm处，均匀对样品加热，翻转4次，并利用电磁搅拌均匀化成分，降低偏析程度，得到该合金的合金锭。待到炉腔冷却到室温后取出。(2)热处理将(1)中熔炼得到的合金锭，与2-4克钛块、3-4克单质锰片一起封入石英管中，放入箱式炉中退火。纽扣锭、钛块和锰片之间不互相接触。钛块用于防止氧化，单质锰片用于在石英管内形成Mn氛围，以减少合金锭中Mn的挥发。退火温度为900℃，退火时间为48小时，然后本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可用于纺织的Ni‑Mn‑Ga合金纤维，其特征在于：其原子百分比含量为Ni50+xMn23+yGa27‑x‑y(2≤x≤4,2≤y≤4)，且所用单质原材料Ni、Mn、和Ga纯度大于99.98wt.％；用于纺织的Ni‑Mn‑Ga合金纤维，直径为5‑100μm，长度为5‑200cm。

【技术特征摘要】
1.一种可用于纺织的Ni-Mn-Ga合金纤维，其特征在于：其原子百分比含量为Ni50+xMn23+yGa27-x-y(2≤x≤4,2≤y≤4)，且所用单质原材料Ni、Mn、和Ga纯度大于99.98wt.％；用于纺织的Ni-Mn-Ga合金纤维，直径为5-100μm，长度为5-200cm。2.根据权利要求1所述可用于纺织的Ni-Mn-Ga合金纤维的制备方法，其特性在于以下步骤：(1)熔炼；按照合金名义成分Ni50+xMn23+yGa27-x-y(2≤x≤4,2≤y≤4)的原子百分比，将所需要的Ni、Mn、Ga逐一进行称取，质量精确到千分位，然后利用高真空电弧炉进行熔炼，抽到高真空状态后，充入氩气进行熔炼，为了保证合金成分的均匀性，合金应反复熔炼4次以上，且应保证中间两次熔炼过程中配合电磁搅拌；熔炼完成后，为了尽量减小Mn元素的挥发对合金成分造成的影响，称取母合金锭质量，质量偏差1％以内的合金锭才能用来进行下一步生产；(2)热处理：将熔炼...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱洁，刘德星，丁志义，张新振，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11