室温磁制冷工质材料Y₂Fe₁₇的制备方法

专利名称：室温磁制冷工质材料Y₂Fe₁₇的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种室温磁制冷工质材料Y2Fe17的制备方法，属特殊合金材料制备 及磁性处理技术领域。
背景技术：
自2000年起蒙特利尔协议生效，污染大气环境及破坏大气臭氧层的氟里昂制冷 剂将逐渐被禁用，新的气体制冷剂相继问世并已进入商品化生产(如HFC-134a已经可 以大量生产并投放市场)。但这些气体会带来温室效应和价格昂贵等问题，而且气体 压縮制冷机的卡诺循环效率已接近其技术极限，传统的制冷工业面临困境。磁制冷技 术由于其效率高，无污染而被世人关注。磁制冷是具有(巨)磁热效应的材料作为制冷 工质，利用通过外加磁场而使磁工质的磁矩发生有序、无序的变化(相变)引起磁体吸 热和放热作用而进行制冷循环。与气体压縮制冷相比，磁制冷具有熵密高、体积小、 结构简单、噪音小、效率高及功耗低等优势备受关注。
目前在超低温(4 10 K)领域磁制冷机的开发方面己取得了实质性进展，并己接 近实用阶段。但是可用于一般冷库、家用电冰箱等从室温附近范围内的磁制冷机却还 有许多技术难题有待解决。其关键问题之一就是构成磁制冷机的工作体磁性材料的制 冷能力问题。在室温领域磁性材料的晶格熵比磁熵大得多，磁自旋系统的热骚动能量 增大，要得到充分冷冻的熵变化，就必须要有很高的外磁场，以克服磁自旋系统的热 骚动，但日前永久磁铁的磁场强度最高仅为1.5 T。从理论上讲，选用磁化强度高， 磁热效应大，居里温度范围宽的铁磁材料，可以获得较大的磁熵。基于这种理论，通 过对稀土化合物的物性分析计算，设计出了的铁磁材料，通过对比测试与分析，发现 R2Fen(R-稀土元素)的制冷效果可达到与Gd接近，但价格仅为G d的1/ 3， YzFen合 金的居里温度在室温附近，它的系列合金有希望作为磁制冷材料。

发明内容
本发明的目的是提供一种室温磁制冷工质材料Y2Fe17的制备方法。 本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明一种室温磁制冷工质材料Y2Fe17的制备方法，其特征在于具有以下的工 艺过程和步骤
a. 首先将纯度都为99.9%的Y、 Fe以Y2Fe,7化学计量配方，用电弧炉在高纯氩气气 氛下熔炼制得合金铸锭，利用真空甩带机将合金铸锭快淬得到微米晶或者纳米晶 条带，铜辊转速为10 50m/s;
b. 快淬后的条带研磨成粉末，经100 300目筛子过筛后与丙酮一起放入球磨罐中， 在高能球磨机中球磨0.5 1.8小时；
c. 将上述球磨的Y2Fen粉末装于高磁导率材料的模具腔内，在粉末压制前先进行充 磁，磁感应强度为0.5 2.0T (特斯拉)；
d. 然后将该粉末进行压制，该压制装置包括有组合模具、脉冲磁场和油压机。油压 机加压，压力为350 650MPa;
e. 将压制好的坯料在氩气气氛下烧结，即将真空抽至真空度为2.0 5.0X10々Pa时，
向真空腔里充氩气、氩气压力为0.04MPa时，在700 1200'C烧结1 4小时，使 坯料致密化；
f. 在氩气气氛下热处理，即将真空抽至真空度为2.0 5.0Xl(T2Pa时，向真空腔里 充氩气、氩气压力为0.04MPa时，在400 800。C热处理1 4小时，制得室温磁 制冷Y2Fen工质材料。
本发明是将室温制冷工质材料Y2Fe17在压制纳米晶粉末前先作磁场取向处理， 以提高材料内部的磁畴与磁矩在外加磁场变化下有序无序排列的效率，从而提高其制 冷与制热的效率。
本发明方法的特点如下所述.-
首先制得Y2Fe17磁制冷工质材料纳米晶条带，再加工得其粉末，在压制粉末前 作磁场取向处理，使其粉粒内部的磁畴和磁矩取向排列有序；在烧结的过程中，虽磁 矩又会处于无序排列，但这时的无序排列对曾经取向排列的磁畴和磁矩的有序排列具 有记忆效应，能在短时间内在外加磁场变化的刺激下恢复到原来的有序排列状态。经 上述处理后，材料中磁畴和磁矩的有序无序排列所需要的加外磁场会变小，克服了传 统工艺中没有事先磁场取向引起的缺陷。本发明方法的处理工艺可提高工质材料的磁 矩密度和磁畴密度，因磁热效应与这些密度有很大关系，高的磁矩密度和磁畴密度， 在外加磁场和温度变化下会产生高的磁熵变化，从而产生高的磁热效应。


图1为本发明方法中所用的Y2Fen磁致冷工质材料粉末压制模具图。
具体实施例方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述。 实施例l
本实施例的工艺过程和步骤如下所述
首先将纯度都为99.9%的Y、 Fe以Y2Fe17化学计量配方，用电弧炉熔炼法在高纯 氩气气氛下熔炼制得合金铸锭。然后利用真空甩带机将合金锭制备得微米晶条带，铜 辊转速为20m/s。再将其条带研磨成粉末，经200目筛子过滤放入到高能球磨罐中， 在丙酮保护下于高能球磨机中球磨1小时。将上述球磨的Y2Fen粉末装于高磁导率 材料的模具腔内，在粉末压制前先进行充磁，磁感应强度为1.5T (特斯拉)。然后将 粉末进行压制，压力为400MPa;将压制好的坯料在真空度到达3X10—4a后、充入 氩气，当氩气压力为0.04MPa时，在温度为100(TC下进行烧结2小时，使其致密化。 将真空度升高到2X10—2Pa时，充入氩气，氩气压力为0.04MPa，在温度为550'C下 进行热处理1小时，使其相组织更加均匀化。制得室温磁制冷Y2Fen工质材料。测 试得到的绝热温变可以达到0.9K。 实施例2
本实施例的工艺过程和步骤如下所述
首先将纯度都为99.9%的Y、 Fe以Y2Fe17化学计量配方，用电弧炉熔炼法在高纯 氩气气氛下熔炼制得合金铸锭。然后利用真空甩带机将合金锭制备得晶纳米晶条带， 铜辊转速为30m/s，再将其条带研磨成粉末，经100目筛子过滤放入到高能球磨罐中， 在丙酮保护下于高能球磨机中球磨1.5小时；将上述球磨的Y2Fen粉末装于高磁导率 材料的模具腔内，在粉末压制前先进行充磁，磁感应强度为1.5T (特斯拉)。然后将 粉末进行压制，压力为550MPa;将压制好的坯料在真空度到达3X10—2Pa后、充入 氩气，当氩气压力为0.04MPa时，在温度为1050。C下进行烧结1小时，使其致密化。 再将真空度升高到2Xl(T2Pa时，充入氩气，氩气压力为0.04MPa，在温度为530°C 下进行热处理1.5小时，使其相组织更加均匀化。制得室温磁制冷Y2Fen工质材料。 测试得到的绝热温变在外加磁场1.2特斯拉下可以达到1.2K。 实施例3
本实施例的工艺过程和步骤如下所述-
首先将纯度都为99.9%的Y、Fe以Y2Fe17化学计量配方，用电弧炉熔炼法在高纯
氩气气氛下熔炼制得合金铸锭。然后利用真空甩带机将合金锭制备得纳米晶条带，铜 辊转速为40m/s，再将其条带研磨成粉末，经IOO目筛子过滤放入到高能球磨罐中， 在丙酮保护下于高能球磨机中球磨1.6小时；将上述球磨的Y2Fen粉末装于高磁导率 材料的模具腔内，在粉末压制前先进行充磁，磁感应强度为1.5T (特斯拉)。然后将 粉末进行压制，压力为650MPa;将压制好的坯料在真空度到达5X10—2Pa后、充入 氩气，当氩气压力为0.04MPa时，在温度为950'C下进行烧结3小时，使其致密化。 再将真空度升高到5Xl(T2Pa时，充入氩气，氩气压力为0.04MPa，在温度为510°C 下进行热处理1.8小时，使其相组织更加均匀化。测试得到的绝热温变在外加磁场1.2 特斯拉下可以达到1.6K。
权利要求
1.一种室温磁制冷工质材料Y2Fe17的制备方法，其特征在于该方法具有以下的工艺过程和步骤a. 首先将纯度都为99.9％的Y、Fe以Y2Fe17化学计量配料，用电弧炉在高纯氩气气氛下熔炼制得合金铸锭，然后利用真空甩带机将合金铸锭快淬成微米晶或者纳米晶条带，铜辊转速为10～40m/s；b. 将快淬后的条带研磨成粉末，经100～300目筛子过筛后与丙酮一起放入球磨罐中，在高能球磨机中球磨0.5～1.8小时；c. 将上述球磨的Y2Fe17粉末装于高磁导率材料的模具腔内进行充磁，磁感应强度为0.5～2.0T(特斯拉)；d. 将充磁后的粉末进行压制，压制压力为350～650MPa；e. 将压制好的坯料在氩气气氛下烧结，即抽真空至2.0～5.0×10-2Pa，向真空腔里充氩气至0.04M Pa，在700～1200℃烧结1～4小时，使坯料致密化；f. 在氩气气氛下热处理，即抽真空至2.0～5.0×10-2Pa，向真空腔里充氩气至0.04MPa，在400～800℃热处理1～4小时，制得室温磁制冷Y2Fe17工质材料。
全文摘要
本发明涉及一种室温磁制冷工质材料Y₂Fe₁₇的制备方法，该方法主要步骤为按Y₂Fe₁₇化学计量配料，用电弧炉熔炼制得合金锭，利用真空甩带机将合金锭制成微米晶或者纳米晶条带，然后经研磨、过筛后球磨；再将粉末装于高磁导率材料的模具腔内在0.5～2.0T磁场下充磁，将充磁后的粉末压制成坯料，在氩气中在700～1200℃烧结1～4小时；在氩气中在400～800℃热处理1～4小时，制得室温磁制冷Y₂Fe₁₇工质材料。本发明方法可以提高室温磁制冷工质材料的磁矩密度和磁畴密度，从而产生大的磁热效应。
文档编号C21D8/12GK101368243SQ20081020030
公开日2009年2月18日 申请日期2008年9月24日 优先权日2008年9月24日
发明者侯雪玲, 倪建森, 周邦新, 鹏 张, 晖 徐, 胡星浩 申请人:上海大学