專利名稱：磁制冷材料的加工方法及其防腐工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁制冷材料的加工方法，特別指的是以稀土金屬釓及其多元合金為原料的磁制冷材料的加工方法。
背景技術(shù)：
目前人們采用的制冷材料很多，有液氨、液氦、氟利昂、溴化鋰等化工材料，這些制冷材料都是通過氣化吸熱和液化散熱的原理進(jìn)行制冷，它們不但價(jià)格昂貴，而且其制作和使用都會(huì)給環(huán)境帶來污染和破壞。本世紀(jì)二十年代末，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了磁熱效應(yīng)原理，即磁制冷材料等溫磁化時(shí)向外界放出熱量，絕熱退磁時(shí)從外界吸收熱量，從而達(dá)到制冷的目的，隨后許多科學(xué)家和工程師對(duì)具有磁熱效應(yīng)的材料、磁制冷技術(shù)及裝置進(jìn)行了大量的研究開發(fā)工作，到目前為止，20K 以下的低溫磁制冷裝置在某些領(lǐng)域已實(shí)用化，但是其制作必須在低溫下進(jìn)行，成本太大。室溫磁制冷是指以磁性材料為工質(zhì)的一種新型的制冷技術(shù)，其原理是利用磁制冷材料的磁熱效應(yīng)(Magnetocaloric efffeet,MCE)，即磁制冷材料等溫磁化時(shí)向外界放出熱量，絕熱退磁時(shí)從外界吸收熱量的原理，從而達(dá)到制冷的目的。磁制冷是一項(xiàng)綠色環(huán)保的制冷技術(shù)。與傳統(tǒng)制冷相比，對(duì)大氣臭氧層無破壞作用，無室溫效應(yīng)，單位制冷率高，能耗、運(yùn)動(dòng)部件少，因此機(jī)械振動(dòng)及噪聲小，工作頻率低，可靠性高。在熱效率方面，磁制冷可以達(dá)到卡諾循環(huán)的30% 60%，而依靠氣體壓縮-膨脹的制冷循環(huán)一般只能達(dá)到5% 10%。磁制冷應(yīng)用范圍廣泛，從μ K、mK及到室溫以上均可適用。在低溫領(lǐng)域，磁制冷技術(shù)在制取液氮、液氦、尤其是綠色能源液氫方面有較好的應(yīng)用前景；在高溫特別是近室溫領(lǐng)域，磁制冷在冰箱、空調(diào)及超市食品冷凍系統(tǒng)方面有廣闊的應(yīng)用前景，因此磁制冷材料的生產(chǎn)方法改進(jìn)顯得十分緊迫。

發(fā)明內(nèi)容
目前，磁制冷材料以釓為主體的材料主要為純釓片(Gd)、純釓顆粒、軋制釓片、
釓基合金，釓基合金軋片。經(jīng)過專業(yè)人士多年的試驗(yàn)結(jié)果表明，相對(duì)其他幾種性狀的材料而言，以稀土金屬釓或釓基合金的軋制片為較有優(yōu)勢(shì)的發(fā)展方向，軋制片致密，耐腐蝕性相對(duì)較高，因此在保證品質(zhì)的情況下降低成本，以利于磁制冷技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化，是擺在全球人面前的一個(gè)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目，本發(fā)明就提供了一種較為經(jīng)濟(jì)的磁制冷材料的生產(chǎn)工藝。普通方法熔煉的釓金屬或釓基合金由于其密度的限制，往往無法獲得大的技術(shù)提升，因此為了達(dá)到更高的單位磁制冷量，以往均是以增大表面積為主方向，冷軋制備的釓金屬片或釓基合金片由于材料更加致密，在單位體積內(nèi)，有更多的磁制冷工質(zhì)，能更直接的提升磁制冷能力。為更高效低成本的生產(chǎn)釓基磁制冷材料，本發(fā)明提出了以下技術(shù)解決方案。工藝流程以釓金屬制備為主描述工藝原理，釓基二元或多元合金的加工工藝類同
一、釓金屬或釓基合金料錠的加工制作1、釓金屬料錠采用真空中頻爐按還原反應(yīng)方法進(jìn)行熔煉，制成工業(yè)級(jí)釓金屬錠 (相對(duì)純度大于99. 9%，總量大于99. 5% )，為去除鈣類輕質(zhì)雜質(zhì)，規(guī)定必須使用真空中頻
率重熔一遍。工藝描述采用濕法氟化的氟化釓與金屬鈣按比例分別采用液壓機(jī)壓制成錠，裝入鎢坩堝，抽真空(真空度高于1*104帕)升高溫(1400-1600度)，熔化并進(jìn)行還原反應(yīng)， 反應(yīng)完成后進(jìn)行澆鑄，采用水冷銅模快速冷卻金屬，溫度接近室溫后開爐取出釓錠，其后將釓錠進(jìn)行破碎后再裝爐重新熔煉澆鑄，進(jìn)行重熔程序。2、如果需制備釓基合金料錠，則釓金屬則不需要再重熔，可直接將釓金屬及所需其他金屬按配比稱重后采用真空中頻爐直接進(jìn)行熔煉成料錠，該過程可直接實(shí)現(xiàn)合金化及去除輕質(zhì)鈣類雜質(zhì)。合金比例為GdxByMz,其中X= (0. 6-0. 85), Y = (0. 4-0. 15)，Z =余量)，關(guān)于其他合金B(yǎng)、M可以是稀土類其他金屬的任何一種。3、冷卻出爐的料錠表面采用拋光打磨的方法去除表層雜質(zhì)。4、使用車床、銑床及線切割類設(shè)備將料錠分割成預(yù)設(shè)定規(guī)格之料胚，以符合粗軋要求。5、將切割好的料胚進(jìn)行清洗拋光，去除加工留下的氧化層及表層雜質(zhì)。二、冷軋及真空熱處理將切割拋光好的規(guī)格料胚進(jìn)行冷軋，根據(jù)軋制片最終厚度要求進(jìn)行軋制工藝道次確定，目前使用的軋制片厚度為0. 5-1. 2毫米為主，并根據(jù)軋制工藝在冷軋過程中輔以真空熱處理以消除軋制應(yīng)力及減輕軋制后材料硬化的現(xiàn)象(真空熱處理溫度經(jīng)驗(yàn)公式為 (金屬熔點(diǎn) +273)/2-273。三、軋制片表面處理加工到合適尺寸的軋制片，經(jīng)真空熱處理后，根據(jù)客戶要求的光潔度選擇是否進(jìn)行表面研磨加工(例如可以采用雙面研磨機(jī)進(jìn)行精研)。四、軋制片精密分割軋制片精密分割的工藝有幾種，根據(jù)客戶要求精度及加工數(shù)量進(jìn)行選擇或組合使用，具體描述如下1、模具沖壓分割如客戶要求尺寸精度相對(duì)較低，可制作沖壓模具進(jìn)行分片加工， 以上方法適合較大批量的加工，成本較低，速度較快，但公差較大。2、為滿足精度要求高，批量小的要求，可以制作適用的工裝、夾具，采用激光切割、 高壓水刀切割或線割的方式進(jìn)行粗分，預(yù)留合適的加工余量進(jìn)行精磨或數(shù)控銑床加工，以達(dá)到客戶要求的公差。3、在實(shí)際生產(chǎn)過程中，可以按照客戶的精度要求，可以將上述的幾類加工方法組合起來使用。五、軋制片表面鍍層處理1、釓金屬或釓基二元或多元合金的活性都較大，比較容易氧化，需對(duì)其表面進(jìn)行
鍍層加工。2、必須考慮到鍍層的導(dǎo)熱系數(shù)及鍍層厚度可以符合材料工況，所以需滿足以下兩個(gè)要求
(1)涂層厚度盡量控制在6-10 μ m。(2)并選用導(dǎo)熱系數(shù)接近或等于基材導(dǎo)熱系數(shù)的鍍層或涂層，比如金屬釓的導(dǎo)熱系數(shù)為W/(m.k) = 10. 6，二元及多元合金的導(dǎo)熱系數(shù)可以通過專業(yè)的導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試儀測(cè)定。3、例如聚四氟類涂層、Parylene共形涂層類方法做適當(dāng)調(diào)整亦可以作為涂層選擇。4、普通電鍍工藝中均有酸洗工序，酸洗工序會(huì)導(dǎo)致材料表面氧化發(fā)黑，同步形成的致密氧化層也不易于去除，電鍍處理過程中均需采用的酸洗、電解除油、電沉積等工序， 均更會(huì)導(dǎo)致工件氫脆，故原則上排除普通的水鍍類防腐方式。5、涂層舉例經(jīng)多次試驗(yàn)，可以確定鋅鉻涂層為較合適的一種選擇！現(xiàn)將防腐機(jī)理描述如下①、壁壘效應(yīng)由于片狀鋅、鋁層狀重疊，阻礙了水、氧等腐蝕介質(zhì)到達(dá)基體的進(jìn)程，能起一種隔離的屏蔽作用。②、鈍化作用在鋅鉻涂層的處理過程中，鉻酸與鋅、鋁粉和基體金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成致密的鈍化膜，這種鈍化膜具有很好的耐腐蝕性能。③、陰極保護(hù)作用鋅鋁鉻涂層最主要的保護(hù)作用與鍍鋅層一樣，是對(duì)基體進(jìn)行陰極保護(hù)。6、鋅鉻涂層的施工工序有機(jī)溶劑除油——機(jī)械拋丸(噴砂)——噴涂——烘烤——二次噴涂——烘烤——干燥。防腐方法的選擇不僅限于鋅鉻涂層，凡不會(huì)導(dǎo)致氫脆及表層氧化的，符合導(dǎo)熱系數(shù)要求并符合厚度要求的涂層或鍍層，均可以作為材料的表面防腐方法。經(jīng)過多年的試驗(yàn)結(jié)果表明，以稀土金屬釓或釓基合金為原料的磁制冷軋制片為較有優(yōu)勢(shì)的發(fā)展方向，因?yàn)榻?jīng)過軋制而成的稀土金屬釓或釓基合金的片材，其致密性高，耐腐蝕性好。軋制磁制冷材料的加工方法，改進(jìn)了生產(chǎn)流程，降低了生產(chǎn)條件，節(jié)約了生產(chǎn)成本， 增強(qiáng)了產(chǎn)品的防腐性能，被人們公認(rèn)為是一種很有前景的新型磁制冷材料制備技術(shù)。


圖1是本發(fā)明的工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例方式稀土磁制冷材料是無污染的制冷工質(zhì)材料，用磁制冷材料取代目前使用氟利昂制冷劑的冷凍機(jī)、電冰箱、冰柜及空調(diào)器，可以消除用于生產(chǎn)和使用氟利昂類制冷所造成的環(huán)境污染和對(duì)大氣臭氧層的破壞。磁制冷是通過磁熱效應(yīng)原理，利用外加磁場(chǎng)而使磁工質(zhì)的磁矩發(fā)生有序、無序的變化(相變)引起磁體吸熱和放熱作用而進(jìn)行制冷循環(huán)，與氣體壓縮制冷相比，磁制冷具有熵密高、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、噪聲小、效率高及功耗低等特點(diǎn)。當(dāng)前，磁制冷已在低溫區(qū)得到廣泛使用。目前，由于氟利昂氣體的禁用，室溫磁制冷的研究已成為國際前沿研究課題。我國2010年將全面禁止生產(chǎn)和使用氟利昂等氟氯碳和氫氟氯碳類化合物制冷劑，因此，需加快研究磁制冷技術(shù)和應(yīng)用的研究、開發(fā)步伐。
本發(fā)明采用釓金屬及釓基多元合金為原料，在真空中頻爐中經(jīng)兩次熔煉生產(chǎn)成料錠，再經(jīng)冷軋和真空熱處理后制成軋制片材，軋制片材經(jīng)表面處理和精密分割后，進(jìn)行表面鍍層或涂層即可獲得冷軋磁制冷材料。
權(quán)利要求
1.一種磁制冷材料的加工方法及其防腐方法，其特征是采用釓或釓基合金為原料，采用了下列工藝流程釓金屬或釓基合金料錠的加工制作---冷軋及真空熱處理---軋制片表面處理---軋制片精密分割---軋制片表面鍍層處理。
2.由權(quán)利要求1所述的磁制冷材料的加工方法及其防腐方法，其特征是釓金屬經(jīng)真空中頻爐按還原反應(yīng)熔煉成料錠后，，要將料錠粉碎入爐重新熔煉，而釓基合金只進(jìn)行一次熔煉即可。
3.由權(quán)利要求1所述的磁制冷材料的加工方法及其防腐方法，其特征是選用軋制的方式進(jìn)行加工。
4.由權(quán)利要求1所述的磁制冷材料的加工方法及其防腐方法，其特征是選用釓金屬或釓基合金作為料錠的制作原料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以稀土金屬釓及其多元合金為原料的磁制冷材料的加工方法，以釓為主體的磁制冷材料主要有純釓片(Gd)、純釓顆粒、軋制釓片、釓基合金，釓基合金軋片，其加工方法如下一、釓金屬或釓基合金料錠的加工制作；二、冷軋及真空熱處理；三、軋制片表面處理；四、軋制片精密分割；五、軋制片表面鍍層處理。
文檔編號(hào)B23P23/04GK102189406SQ20101011986
公開日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2010年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月8日
發(fā)明者楊曉峰 申請(qǐng)人:楊曉峰