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一種可用于紡織的Ni?Mn?Ga合金纖維及制備方法與流程

文檔序號:12300889閱讀:346來源:國知局
一種可用于紡織的Ni?Mn?Ga合金纖維及制備方法與流程

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于紡織纖維領(lǐng)域,具體涉及一種可用于紡織的ni-mn-ga合金纖維。



背景技術(shù):

目前,隨著人們生活水平的提高,對衣物的要求越來越高。由于工作等的需要,人們對日常所穿的衣服不僅僅要舒適,而且要具有防輻射、磁屏蔽等功能。但現(xiàn)在具有防輻射、磁屏蔽等功能的衣服,一般由基于嵌入衣服里的金屬絲這種復合的特殊面料制成,所用金屬絲一般均為鐵或者不銹鋼微絲。如中國專利cn104746194a《一種電磁屏蔽防輻射家用紡織纖維材料及其面料和應(yīng)用》。由于鐵絲或者不銹鋼微絲剛度過大,柔軟度遠遠不能滿足度衣服舒適度的需求。因此,研究開發(fā)一種高柔軟度的合金纖維成為了關(guān)鍵。

鐵磁形狀記憶合金是將無擴散馬氏體相變與該類合金的鐵磁性巧妙結(jié)合的新型功能材料。目前heusler型ni-mn-ga合金體系在溫度場、應(yīng)力場及磁場下會發(fā)生馬氏體相變,并且其多晶樣品具有多功能特性包括較好的形狀記憶效應(yīng)、磁場誘發(fā)形狀回復應(yīng)變和較高的磁場驅(qū)動效率等,同時該類材料的價格相對低廉,使得ni-mn-ga合金成為更適合于實際應(yīng)用新型功能材料。

一種柔軟的ni-mn-ga合金纖維屬于形狀記憶合金絲材,其記憶效應(yīng)源于低溫下的馬氏體相變。在較低的溫度下,ni-mn-ga合金呈馬氏體結(jié)構(gòu),存在三種類型的馬氏體,即5層調(diào)制馬氏體(5m)、7層調(diào)制馬氏體(7m)和非調(diào)制馬氏體(nm)。馬氏體狀態(tài)下的ni-mn-ga合金呈片層狀馬氏體孿晶變體,在應(yīng)力下馬氏體孿晶變體的再取向,表現(xiàn)為宏觀形狀隨應(yīng)力的作用發(fā)生變化。這種馬氏體變體結(jié)構(gòu),使得ni-mn-ga合金纖維具有柔軟度,與紡織所用的普通纖維相近,可實現(xiàn)任意的彎曲變形,并具有抗拉輕度較大、不易拉斷的特點。

ni-mn-ga合金馬氏體相變點對成分特別敏感,可以通過調(diào)節(jié)各元素之間的原子比,按使用要求把ni-mn-ga合金纖維的馬氏體相變點調(diào)節(jié)在室溫以上相應(yīng)的溫度區(qū)間,在使用溫度下ni-mn-ga合金纖維呈馬氏體結(jié)構(gòu),具有柔軟度。因此,ni-mn-ga合金纖維可用作紡織纖維編制在面料中,用于制備具有防輻射、磁屏蔽等功能的防護衣服。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于提供一種可用于紡織的ni-mn-ga合金纖維,制備得到的合金纖維具備柔軟度,可任意彎曲變形,抗拉強度較大,與紡織所用的普通纖維絲線相近,可用作紡織纖維或者編織在面料中。

為實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:

一種可用于紡織的ni-mn-ga合金纖維,合金纖維絲具備柔軟度,與可任意彎曲變形,抗拉強度較大,紡織所用的普通纖維相近,可用作紡織纖維或者編織在面料中。

該合金絲成分為:ni50+xmn23+yga27-x-y(2≤x≤4,2≤y≤4)。

制備的合金纖維長度可達5-200cm,直徑在5-100μm之間,合金纖維表面光滑圓整。

一種可用于紡織的ni-mn-ga合金纖維的制備方法,所述方法按以下步驟進行:

(1)熔煉

按照名義成分ni50+xmn23+yga27-x-y(2≤x≤4,2≤y≤4)的原子比,稱重配料,所用單質(zhì)ni、mn、ga的純度均在99.98%以上。將上述單質(zhì)放入電弧熔煉爐中,抽到高真空(~x10-4pa)狀態(tài)后,充入氬氣至0.05mpa后進行熔煉,熔煉過程中翻轉(zhuǎn)4-5次,并利用電磁攪拌均勻化成分,降低偏析程度,得到合金錠。

(2)熱處理

將熔煉得到的合金錠,與鈦塊、單質(zhì)錳片一起封入石英管中,放入箱式爐中退火。鈦塊用于防止氧化,單質(zhì)錳片應(yīng)用于在石英管內(nèi)形成mn氛圍,減少mn的揮發(fā)。退火溫度為900-1000℃,退火時間5至48小時,然后進行水淬處理。

(3)利用泰勒玻璃包覆法制備合金纖維:ni-mn-ga纖維的制備采用的是玻璃包覆拉絲機,玻璃包覆拉絲機專利公開號為cn102127720a。將退火后的合金錠切割成小塊,經(jīng)打磨、清洗、干燥后,裝入玻璃管中;啟動真空系統(tǒng)抽真空后充氬氣至0.1pa,并利用真空系統(tǒng)洗氣2-5次,以減小合金氧化程度;啟動高頻感應(yīng)加熱裝置,待合金充分熔化開始沸騰,玻璃管底部熔融軟化時,用帶尖端的玻璃棒從玻璃管底部快速引出合金微絲,通過水冷的方式冷卻,即獲得直徑為5-100μm、長度為5-200cm的ni-mn-ga合金纖維;所制備的合金纖維表面形成均勻的玻璃包覆層。

(4)去除玻璃包覆層

由于制備出的纖維絲柔軟度高,可以實現(xiàn)隨意彎折變形,而玻璃層很脆,所以纖維經(jīng)過多次彎折后,表面所包覆的玻璃層幾乎完全去除。極少部分未去除的玻璃層,可以通過砂紙輕微的摩擦或者用蘸有氫氟酸輕擦去除,合金纖維表面光滑圓整,最終得到一種可用于紡織的ni-mn-ga合金纖維。

本發(fā)明合金纖維與傳統(tǒng)金屬絲纖維相比,有益效果在于:

(1)合金纖維柔軟度高,表面光滑圓整,可任意彎曲變形,抗拉強度也較大,不易拉斷。

(2)合金纖維可用作紡織纖維絲線,紡織成柔軟的布料或者編織在面料中。

(3)用含合金纖維布料制備的衣物,具備電磁屏蔽防輻射功能。

【附圖說明】圖1是本發(fā)明ni-mn-ga合金纖維室溫下的xrd圖譜。

圖2是本發(fā)明ni-mn-ga合金纖維表面形貌的微觀sem圖像。

圖3是本發(fā)明ni-mn-ga合金纖維打結(jié)狀態(tài)的微觀sem圖像。

圖4是本發(fā)明ni-mn-ga合金纖維扭結(jié)狀態(tài)的微觀sem圖像。

【具體實施方式】

下面對本發(fā)明的具體實施方法做進一步的說明。

實施本發(fā)明所提供的一種可用于紡織的ni-mn-ga合金纖維,其成分為:ni50+xmn23+yga27-x-y(2≤x≤4,2≤y≤4)。在ni-mn-ga系合金中,合金本身在馬氏體狀態(tài)下時,存在三種類型的馬氏體:5層調(diào)制馬氏體(5m)、7層調(diào)制馬氏體(7m)、非調(diào)制馬氏體(nm)。ni-mn-ga合金纖維的xrd結(jié)果如圖1所示,所標記的峰位均為馬氏體峰。如圖2所示,制備的ni-mn-ga合金纖維表面均為馬氏體孿晶片層結(jié)構(gòu),呈片層狀馬氏體孿晶變體的取向各有不同。馬氏體狀態(tài)下的ni-mn-ga合金纖維呈片層狀的孿晶變體結(jié)構(gòu),在應(yīng)力作用下孿晶變體再取向,表現(xiàn)為ni-mn-ga合金纖維絲可實現(xiàn)彎曲變形,因此ni-mn-ga合金纖維具有很大的柔軟度,可以任意彎曲打結(jié)如圖3所示,也可以隨織物的褶皺任意扭結(jié)變形如圖4所示。

實例1:一種可用于紡織的ni-mn-ga合金纖維,成分是ni52mn25ga23,對應(yīng)分子式ni50+xmn23+yga27-x-y(x=2,y=2)。

本實施例中的可用于紡織的ni-mn-ga合金纖維制備方法如下:

(1)熔煉

按照名義成分ni52mn25ga23的原子比,稱重配料,所用單質(zhì)ni、mn、ga的純度均在99.98%以上。將上述單質(zhì)經(jīng)過裁剪、超聲震蕩等步驟清洗后,放入電弧熔煉爐中,抽到高真空(~x10-4pa)狀態(tài)后,充入氬氣至0.05mpa后進行熔煉。熔煉過程中,電極末端保持在樣品上方2-3cm處,均勻?qū)悠芳訜?,翻轉(zhuǎn)4次,并利用電磁攪拌均勻化成分,降低偏析程度,得到該合金的合金錠。待到爐腔冷卻到室溫后取出。

(2)熱處理

將(1)中熔煉得到的合金錠,與2-4克鈦塊、3-4克單質(zhì)錳片一起封入石英管中,放入箱式爐中退火。紐扣錠、鈦塊和錳片之間不互相接觸。鈦塊用于防止氧化,單質(zhì)錳片用于在石英管內(nèi)形成mn氛圍,以減少合金錠中mn的揮發(fā)。退火溫度為900℃,退火時間為48小時,然后對合金錠進行水淬處理。

(3)用泰勒玻璃包覆法制備合金纖維

將(2)中熱處理得到的合金錠切割剪裁成邊長為4mm的小塊,放入直徑10mm、長度15mm的高硼玻璃管(pyrex)中,用泰勒玻璃包覆法制備出該合金纖維。纖維制備采用的是玻璃包覆拉絲機,玻璃包覆拉絲機專利公開號為cn102127720a。將玻璃管與玻璃包覆拉絲機的真空系統(tǒng)連接,開啟冷卻系統(tǒng)循環(huán)水,啟動真空系統(tǒng)抽真空后充氬氣至0.1pa,并利用真空系統(tǒng)洗氣2-5次,以減小合金氧化程度。啟動高頻感應(yīng)加熱裝置和紅外測溫裝置,待合玻璃管中合金充分熔化開始沸騰,玻璃管底部熔融軟化時,用帶尖端的玻璃棒從玻璃管底部快速引出合金微絲,通過水冷或空冷的方式冷卻,即獲得直徑為5-100μm、長度為5-200cm的ni52mn25ga23合金纖維,合金纖維表面具有均勻的玻璃包覆層。

(4)去除玻璃包覆層

由于制備出的ni-mn-ga合金纖維柔軟度高,可以實現(xiàn)隨意彎折變形,而玻璃層很脆,所以合金纖維經(jīng)過多次彎折抖動后,表面所包覆的玻璃層幾乎完全去除。極少部分未去除的玻璃層,可以通過砂紙輕微的摩擦或者用蘸有氫氟酸的棉套輕擦去除。最終得到可用于紡織的成分為ni52mn25ga23合金纖維,該合金纖維柔軟度高,表面光滑圓整,與紡織所用的普通纖維絲線相近,可任意彎曲變形,抗拉強度較大,可用作紡織纖維或者編織在面料中。

實例2一種可用于紡織的ni-mn-ga合金纖維絲,成分是ni53mn26ga21,對應(yīng)分子式ni50+xmn23+yga27-x-y(x=3,y=3)。

本實施例中的可用于紡織的ni-mn-ga合金纖維絲制備方法如下:

(1)熔煉

按照名義成分ni53mn26ga21的原子比,稱重配料,所用單質(zhì)ni、mn、ga的純度均在99.98%以上。將上述單質(zhì)經(jīng)過裁剪、超聲震蕩等步驟清洗后,放入電弧熔煉爐中,抽到高真空(~x10-4pa)狀態(tài)后,充入氬氣至0.05mpa后進行熔煉。熔煉過程中,電極末端保持在樣品上方2-3cm處,均勻?qū)悠芳訜?。樣品翻轉(zhuǎn)4次,并利用電磁攪拌均勻化成分,降低偏析程度,得到該合金的合金錠。待到爐腔冷卻到室溫后取出。

(2)熱處理

將(1)中熔煉得到的合金錠,與2-4克鈦塊、3-4克單質(zhì)錳片一起封入石英管中,放入箱式爐中退火。合金錠、鈦塊和錳片之間不互相接觸。鈦塊用于防止氧化,單質(zhì)錳片用于在石英管內(nèi)形成mn氛圍,以減少合金錠中mn的揮發(fā)。退火溫度為950℃,退火時間為48小時,然后對合金錠進行水淬處理。

(3)用泰勒玻璃包覆法制備微絲

將(2)中熱處理得到的紐扣錠切割剪裁成邊長為4mm的小塊,放入直徑10mm、長度15mm的高硼玻璃管(pyrex)中,用泰勒玻璃包覆法制備出該合金。纖維制備采用的是玻璃包覆拉絲機,玻璃包覆拉絲機的專利公開號為cn102127720a。將玻璃管與玻璃包覆拉絲機的真空系統(tǒng)連接,開啟冷卻系統(tǒng)循環(huán)水,啟動真空系統(tǒng)抽真空后充氬氣至0.1pa,并利用真空系統(tǒng)洗氣2-5次,以減小合金氧化程度。啟動高頻感應(yīng)加熱裝置和紅外測溫裝置,待合玻璃管中合金充分熔化開始沸騰,玻璃管底部熔融軟化時,用帶尖端的玻璃棒從玻璃管底部快速引出合金微絲,通過水冷或空冷的方式冷卻,即獲得直徑為5-100μm、長度為5-200cm的ni53mn26ga21合金纖維,合金絲表面具有均勻的玻璃包覆層和高的圓整度。

(4)去除玻璃包覆層

由于制備出的微絲柔軟度高,可以實現(xiàn)隨意彎折變形,而玻璃層很脆,所以合金纖維經(jīng)過多次彎折抖動后,表面所包覆的玻璃層幾乎完全去除。極少部分未去除的玻璃層,可以通過砂紙輕微的摩擦或者用蘸有氫氟酸的棉套輕擦去除。最終得到可用于紡織的成分為ni53mn26ga21合金纖維,該合金纖維柔軟度高,與紡織所用的普通纖維絲線相近,可任意彎曲變形,抗拉強度較大,可用作紡織纖維或者編織在面料中。

實例3

一種可用于紡織的ni-mn-ga合金纖維絲,成分是ni54mn27ga19,對應(yīng)分子式ni50+xmn23+yga27-x-y(x=4,y=4)。

本實施例中的可用于紡織的ni-mn-ga合金纖維絲制備方法如下:

(1)熔煉

按照名義成分ni54mn27ga19的原子比,稱重配料,所用單質(zhì)ni、mn、ga的純度均在99.98%以上。將上述單質(zhì)經(jīng)過裁剪、超聲震蕩等步驟清洗后,放入電弧熔煉爐中,抽到高真空(~x10-4pa)狀態(tài)后,充入氬氣至0.05mpa后進行熔煉。熔煉過程中,電極末端保持在樣品上方2-3cm處,均勻?qū)悠芳訜?。樣品翻轉(zhuǎn)4次,并利用電磁攪拌均勻化成分,降低偏析程度,得到該合金的合金錠。待到爐腔冷卻到室溫后取出。

(2)熱處理

將(1)中熔煉得到的紐扣錠,與2-4克鈦塊、3-4克單質(zhì)錳片一起封入石英管中,放入箱式爐中退火。紐扣錠、鈦塊和錳片之間不互相接觸。鈦塊用于防止氧化,單質(zhì)錳片用于在石英管內(nèi)形成mn氛圍,以減少合金錠中mn的揮發(fā)。退火溫度為950℃,退火時間為2.5天,然后對紐扣錠進行水淬處理。

(3)用泰勒玻璃包覆法制備微絲

將(2)中熱處理得到的紐扣錠切割剪裁成邊長為4mm的小塊,放入直徑10mm、長度15mm的高硼玻璃管(pyrex)中,用泰勒玻璃包覆法制備出該合金纖維。纖維制備采用的是玻璃包覆拉絲機,玻璃包覆拉絲機的專利公開號為cn102127720a。將玻璃管與玻璃包覆拉絲機真空系統(tǒng)連接,開啟冷卻系統(tǒng)循環(huán)水,啟動真空系統(tǒng)抽真空后充氬氣至0.1pa,并利用真空系統(tǒng)洗氣2-5次,以減小合金氧化程度。啟動高頻感應(yīng)加熱裝置和紅外測溫裝置,待合玻璃管中合金充分熔化開始沸騰,玻璃管底部熔融軟化時,用帶尖端的玻璃棒從玻璃管底部快速引出合金微絲,通過水冷或空冷的方式冷卻,即獲得直徑為5-100μm、長度為5-200cm的ni54mn27ga19合金纖維,合金絲表面具有均勻的玻璃包覆層和高的圓整度。

(4)去除玻璃包覆層

由于制備出的微絲柔軟度高,可以實現(xiàn)隨意彎折變形,而玻璃層很脆,所以微絲經(jīng)過多次彎折抖動后,表面所包覆的玻璃層幾乎完全去除。極少部分未去除的玻璃層,可以通過砂紙輕微的摩擦或者用蘸有氫氟酸的棉套輕擦去除。最終得到可用于紡織的成分近似為ni54mn27ga19合金纖維絲,該合金絲柔軟度高,與紡織所用的普通纖維絲線相近,可任意彎曲變形,抗拉強度較大,可用作紡織纖維或者編織在面料中。

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