[发明专利]一种La-Fe-Si系合金的闪速退火工艺和装置

说明书

本发明公开了一种La‑Fe‑Si系合金的闪速退火工艺和装置，属于合金热处理技术领域。该工艺包括以下步骤：一、将合金板材以5～10℃/s的升温速率升温至1150℃后，保温5～15s；二、通过施加脉冲电流使合金板材升温至1185～1225℃，随后又降温至1150～1165℃，在该阶段循环升温和降温，持续5～15s；该阶段中，脉冲电流参数为：脉宽0.5～2ms、峰值电流1000～2000A、频率5～100Hz；三、以50～100℃/s的冷却速率降温至300℃后，再炉冷至室温。该装置为配合该工艺所设计的热处理装置。本发明能够极大地减少La‑Fe‑Si系合金的热处理时间，降低热处理能耗，同时提高对La‑Fe‑Si系合金的热处理效果的稳定性。

技术领域

本发明属于合金热处理技术领域，更具体地说，涉及一种La-Fe-Si系合金的闪速退火工艺和装置。

背景技术

磁制冷技术是一种利用固态磁制冷功能合金的磁热效应实现制冷的方式，相比于传统的气体压缩制冷方式，具有低能耗、无污染、效率高等优点。轻稀土铁基合金La-Fe-Si由于其优异的性价比，被认为是最具商业应用前景的室温磁制冷功能合金之一。但是，采用常规的熔铸方法无法直接制备出含有大体积分数、具有巨磁热效应的磁致冷功能相(La(Fe,Si)₁₃相)，必须要采用高温热处理工艺来对其进行后续处理。

目前，针对La-Fe-Si系合金的热处理退火工艺存在热处理时间长(60～100h)、高温能耗高(热处理温度1000℃)等问题，严重制约了该体系合金的商业化应用。因此，如何制定科学的热处理工艺来缩短热处理时间，降低热处理过程中的能源及资源的消耗成为了La-Fe-Si系合金规模化应用的关键瓶颈之一。

现有的针对La-Fe-Si系合金的热处理温度范围一般在1000～1150℃之间，若继续升温至1150℃以上，则部分物相会发生重熔，合金可能会出现发生大面积熔化的风险。但是，采用1000～1150℃的温度区间对La-Fe-Si系合金进行热处理，又很难在保证热处理效果的同时降低热处理时间。

如中国专利申请号为：CN201811113587.1，公开日为：2019年1月25日的专利文献，公开了一种磁热性能优良且制备周期短的La-Fe-Si-Cu磁制冷材料及其制备方法，其化学通式为(La_yFe_13-zSi_z)_100-xCu_x，0x≤50，1≤y≤2，0≤z≤10。制备方法如下：(1)将La、Fe、Si和Cu按通式中各元素的质量百分比混料；(2)在高纯氩气保护下，将配制好的原料在真空电弧炉中，反复熔炼、冷却、翻转四次；(3)将铸锭在高纯氩气氛下高温热处理后冷水淬火。

该发明相比较传统方法虽然缩短了La-Fe-Si磁制冷材料的制备周期，但是其对真空熔炼后的La-Fe-Si-Cu合金，需在真空条件下，返冲0.01～0.03MPa的高纯氩气保护，并在1050℃等温退火6天，才可得到较多含量的La(Fe,Si)₁₃相，热处理过程能耗仍然较大。

又如中国专利申请号为：CN201210239559.0，公开日为：2013年4月17日的专利文献，公开了一种以高Ce工业纯混合稀土为原料制备的La(Fe,Si)₁₃基磁制冷材料，其化学通式为：La_1-x(Ce,Pr,Nd)_x(Fe_1-p-qCo_pMn_q)_13-ySi_y，具有NaZn₁₃型结构。其制备方法包括：以高Ce工业纯混合稀土作为原料，通过熔炼、退火制备出La_1-x(Ce,Pr,Nd)_x(Fe_1-p-qCo_pMn_q)_13-ySi_y磁制冷材料。