[发明专利]通过电弧熔炼和铜模喷铸制备磁热材料Mn-Ni-Ge:Fe基系列合金棒材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及Mn-Ni-Ge:Fe基系列合金棒材的制备及其性质研究，尤其涉及一种通过电弧熔炼及铜模喷铸制备新型室温磁热材料Mn-Ni-Ge:Fe基系列合金棒材的方法。

背景技术

基于磁热效应的磁制冷技术以其高效、环保、节能、体积小及运行可靠等优点被誉为最有可能替代当今气体压缩制冷的一项制冷技术，目前，磁制冷材料正沿着室温、低场、大熵变、小磁滞的方向发展，对于二级磁相变材料来说，虽然没有热滞和磁滞的困扰，但小的磁热效应限制其走向实际应用；而对于一级磁相变材料，虽然有大的磁热效应，但不可避免的热滞和磁滞损耗又是其进一步发展的瓶颈。因此开发出同时具有大磁热效应和小热滞、磁滞的磁制冷材料是目前磁热效应的研究方向。其中室温区磁制冷技术尤其在国民经济和科研、国防等重大领域内占据着举足轻重的地位，因此成为世界各国科学家争相研究的热点和各国政府竞相关注的重点。而室温区磁制冷的关键技术是寻找性能优异的磁制冷工艺，该工质要求具有大的磁热效应和小的热滞、磁滞，以减小磁滞损耗。Mn-Ni-Ge:Fe基系列合金是近些年研究的具有一定发展潜力的室温区磁制冷材料，但根据已有的研究结果发现目前在研的Mn-Ni-Ge:Fe基系列合金样品存在以下问题：（1）目前的研究大多集中在块体和薄带，而关于棒材的研究还鲜有报道；（2）对于块体来说要得到均质的单相样品，所需的退火时间非常的长，常常需要4-5天的退火时间才能成相，成本大大的增加了。棒材相对于块体来说已经经历过一次急冷过程，因此不需要很长时间的退火过程就可成相，所需退火的时间大大缩短了，节约了能源，成本易于控制，有利于实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种通过电弧熔炼和铜模喷铸制备磁热材料Mn-Ni-Ge:Fe基系列合金棒材的方法，它具有高效环保、低能耗和简单方便等优点。

本发明是这样来实现的，通过电弧熔炼和铜模喷铸制备磁热材料Mn-Ni-Ge:Fe基系列合金棒材的方法，其特征在于方法步骤为：

(一)配料：按化学计量比计算出所需Mn、Ni、Fe、Ge和等金属单质的质量，其Mn的配比比计算的量多3at.%；成分配比采用MnNi_1-xFe_xGe和Mn_1-xFe_xNiGe，其中x限定范围对MnNi_1-xFe_xGe是0.12<x<0.21；对Mn_1-xFe_xNiGe是0.04<x<0.10；

(二)电弧熔炼：将已经配好的原料放入水冷式电弧炉的铜坩埚中，然后将真空度抽至10^-4Pa以下，回充入纯度为99.999%氩气达0.9大气压后进行电弧熔炼，重复3-4次，获得比较均匀的Mn-Ni-Ge:Fe基合金铸锭；

(三)铜模喷铸：打磨掉熔炼好的Mn-Ni-Ge:Fe基合金铸锭表面的氧化层，剪碎，然后放入内径10mm的石英管中，将炉腔内真空度抽至10^-4Pa，再回充入纯度为99.999%的氩气至1个大气压，通过高频感应加热设备将铸锭熔化，然后通过氮气加压使熔融样品通过直径约为0.1-0.2mm的小孔喷到带有水冷的铜模上，从而得到棒材，样品直径2-6mm；

(四)均匀化热处理：将棒材样品取其一部分放入一端封闭的内径10mm石英管中，将真空度抽至4Pa以下，充入0.5个大气压的氩气用来洗气，重复操作3-5次，然后用乙炔焰迅速将细长的石英管烧断，将棒材样品封入抽真空后的石英管中；然后将封好的样品放入高温炉中进行退火热处理，退火温度根据具体成分设定在600℃-900℃，时间设定24h-100h，然后取出迅速放入冷水中淬火或者随炉降温至室温，即获得理想的Mn-Ni-Ge:Fe基系列合金棒材。