[发明专利]磁制冷材料的加工方法及其防腐工艺

说明书

技术领域：

本发明涉及一种磁制冷材料的加工方法，特别指的是以稀土金属钆及其多元合金为原料的磁制冷材料的加工方法。

技术背景：

目前人们采用的制冷材料很多，有液氨、液氦、氟利昂、溴化锂等化工材料，这些制冷材料都是通过气化吸热和液化散热的原理进行制冷，它们不但价格昂贵，而且其制作和使用都会给环境带来污染和破坏。

本世纪二十年代末，科学家发现了磁热效应原理，即磁制冷材料等温磁化时向外界放出热量，绝热退磁时从外界吸收热量，从而达到制冷的目的，随后许多科学家和工程师对具有磁热效应的材料、磁制冷技术及装置进行了大量的研究开发工作，到目前为止，20K以下的低温磁制冷装置在某些领域已实用化，但是其制作必须在低温下进行，成本太大。

室温磁制冷是指以磁性材料为工质的一种新型的制冷技术，其原理是利用磁制冷材料的磁热效应(Magnetocaloric efffect，MCE)，即磁制冷材料等温磁化时向外界放出热量，绝热退磁时从外界吸收热量的原理，从而达到制冷的目的。磁制冷是一项绿色环保的制冷技术。与传统制冷相比，对大气臭氧层无破坏作用，无室温效应，单位制冷率高，能耗、运动部件少，因此机械振动及噪声小，工作频率低，可靠性高。在热效率方面，磁制冷可以达到卡诺循环的30％～60％，而依靠气体压缩-膨胀的制冷循环一般只能达到5％～10％。磁制冷应用范围广泛，从μK、mK及到室温以上均可适用。在低温领域，磁制冷技术在制取液氮、液氦、尤其是绿色能源液氢方面有较好的应用前景；在高温特别是近室温领域，磁制冷在冰箱、空调及超市食品冷冻系统方面有广阔的应用前景，因此磁制冷材料的生产方法改进显得十分紧迫。

发明内容：

目前，磁制冷材料以钆为主体的材料主要为：纯钆片(Gd)、纯钆颗粒、轧制钆片、钆基合金，钆基合金轧片。

经过专业人士多年的试验结果表明，相对其他几种性状的材料而言，以稀土金属钆或钆基合金的轧制片为较有优势的发展方向，轧制片致密，耐腐蚀性相对较高，因此在保证品质的情况下降低成本，以利于磁制冷技术的产业化，是摆在全球人面前的一个技术攻关项目，本发明就提供了一种较为经济的磁制冷材料的生产工艺。普通方法熔炼的钆金属或钆基合金由于其密度的限制，往往无法获得大的技术提升，因此为了达到更高的单位磁制冷量，以往均是以增大表面积为主方向，冷轧制备的钆金属片或钆基合金片由于材料更加致密，在单位体积内，有更多的磁制冷工质，能更直接的提升磁制冷能力。

为更高效低成本的生产钆基磁制冷材料，本发明提出了以下技术解决方案。

工艺流程：

以钆金属制备为主描述工艺原理，钆基二元或多元合金的加工工艺类同：

一、钆金属或钆基合金料锭的加工制作：

1、钆金属料锭采用真空中频炉按还原反应方法进行熔炼，制成工业级钆金属锭(相对纯度大于99.9％，总量大于99.5％)，为去除钙类轻质杂质，规定必须使用真空中频率重熔一遍。

工艺描述：采用湿法氟化的氟化钆与金属钙按比例分别采用液压机压制成锭，装入钨坩埚，抽真空(真空度高于1*10^-1帕)升高温(1400-1600度)，熔化并进行还原反应，反应完成后进行浇铸，采用水冷铜模快速冷却金属，温度接近室温后开炉取出钆锭，其后将钆锭进行破碎后再装炉重新熔炼浇铸，进行重熔程序。

2、如果需制备钆基合金料锭，则钆金属则不需要再重熔，可直接将钆金属及所需其他金属按配比称重后采用真空中频炉直接进行熔炼成料锭，该过程可直接实现合金化及去除轻质钙类杂质。合金比例为Gd_xB_yM_z，其中X＝(0.6-0.85)，Y＝(0.4-0.15)，Z＝余量)，关于其他合金B、M可以是稀土类其他金属的任何一种。

3、冷却出炉的料锭表面采用抛光打磨的方法去除表层杂质。

4、使用车床、铣床及线切割类设备将料锭分割成预设定规格之料胚，以符合粗轧要求。

5、将切割好的料胚进行清洗抛光，去除加工留下的氧化层及表层杂质。

二、冷轧及真空热处理：

将切割抛光好的规格料胚进行冷轧，根据轧制片最终厚度要求进行轧制工艺道次确定，目前使用的轧制片厚度为0.5-1.2毫米为主，并根据轧制工艺在冷轧过程中辅以真空热处理以消除轧制应力及减轻轧制后材料硬化的现象(真空热处理温度经验公式为：(金属熔点+273)/2-273。

三、轧制片表面处理：

加工到合适尺寸的轧制片，经真空热处理后，根据客户要求的光洁度选择是否进行表面研磨加工(例如可以采用双面研磨机进行精研)。