一種圓盤式單輥甩帶制備非晶合金薄帶的方法
【專利摘要】一種圓盤式單輥甩帶快淬制備非晶合金薄帶的方法，屬于合金薄帶制備【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明采用圓盤式輥輪，熔體噴射在圍繞圓盤中心軸旋轉(zhuǎn)的圓盤表面上，使熔體所受離心力的方向與接觸面即圓盤表面平行，在圓盤邊緣非晶薄帶冷卻自身收縮和離心力作用下自行脫離輥輪，形成非晶合金薄帶。所得薄帶尺寸更薄、表面光潔度更高、性能更好。
【專利說明】一種圓盤式單輥甩帶制備非晶合金薄帶的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于合金薄帶制備【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種新型單輥甩帶方法以決解甩帶過程中液滴飛濺、難以成帶的問題，具體是一種圓盤式單輥甩帶法。
技術(shù)背景
[0002]單輥快淬法，亦稱熔體冷輥旋凝法、連鑄薄帶法。比德爾(Bedell)發(fā)明的生產(chǎn)非晶態(tài)條帶的方法，如圖1和圖2所示。熔融金屬噴射在高速旋轉(zhuǎn)的冷卻輥表面并在重力、潤濕作用下鋪展形成熔潭；熔潭與冷卻輥接觸的界面層被急冷而凝固，并隨冷卻輥一同旋轉(zhuǎn)繼續(xù)冷卻形成金屬薄帶；金屬薄帶自身收縮和離心力作用下脫離輥輪輪緣面【先春春、李德榮.平面流鑄技術(shù)熔潭的特性[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2000，24 (4):273 - 274】。
[0003]Fwsa:輥輪與熔體接觸面形成一層薄凝固層并附著在輥輪表面并受轉(zhuǎn)動輥輪加速，熔體中存在速度梯度，與輥輪接觸面速度較大、自由面速度較小，熔體內(nèi)部相互運(yùn)動所受的力，表示為
P摩檫力?
[0004]Fpwa:指某種材料附著于另一種材料表面的能力，在這具體指熔體附著在輥輪表面的能力。
[0005]:熔體金屬被輥輪加速隨輥輪轉(zhuǎn)動，而產(chǎn)生脫離旋轉(zhuǎn)中心的離心力。
[0006]在單輥快淬法甩帶過程中熔體受離心力F離心力、附著力Fma、切向應(yīng)力F摩擦力共同作用。
[0007]熔潭:是指熔體金屬從噴嘴出來在輥輪表面行成一定形狀的液固金屬拓展區(qū)，在這個區(qū)域內(nèi)完成熔體金屬鋪展、凝固。
[0008]輥輪高速旋轉(zhuǎn)給熔潭提供了一個切向應(yīng)力Fwsa并帶動熔潭向相同方向移動。圖3是熔體抽拉非晶絲初始熔潭形貌(實線)和制備非晶絲過程中熔潭形貌(虛線)，從圖中可以看出熔體抽拉過程中熔融母合金與輥輪之間的潤濕與靜態(tài)潤濕有明顯的區(qū)另Ij【余勝勝，孫劍飛.CoFeSiB合金熔體抽拉成絲特性研究[D].哈爾濱工業(yè)大學(xué)(哈爾濱)，2011:5 -6】。在熔體抽拉過程中，熔潭形貌沿著輥輪轉(zhuǎn)動的方向發(fā)生劇烈變化；同時潤濕角由靜態(tài)潤濕角θζ變?yōu)樯嫌谓佑|角0u和下游接觸角Qd，其中能夠反映熔融母合金在輥輪上的動態(tài)潤濕性的是9d。0d越小，動態(tài)潤濕性越好，熔潭越往輪盤轉(zhuǎn)動的方向發(fā)生變化。S.0lsen【M.Allahverdi, Robin A.L.Drew, Strom - Olsen.Wetting andmelt extractioncharacteristies of Zr02 - A1203based materials[J].Journal ofAmerican CeramicSociety.1997, 80:2910 - 2916】等發(fā)現(xiàn)雖然靜態(tài)潤濕性很差(潤濕角達(dá)140° -160° )，但切向應(yīng)力的存在導(dǎo)致動態(tài)潤濕角很小，潤濕能力得以改善。M-Allahverdi等【黃詩英.單輥急冷法形成非晶態(tài)薄帶的動力學(xué)方程組及其驗證III [J].儀表材料.，1985，18(4): 160 -164】通過高速攝影技術(shù)獲得了不同輪盤轉(zhuǎn)速下的熔融金屬液滴的動態(tài)潤濕及熔潭形貌，熔池長度L和厚度δ ;隨著輪速V的增加切向應(yīng)力Fwsa增加，熔體鋪展面積越大。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)熔體受到離心力垂直于輥輪接觸面向外，離心力使熔體傾向于脫落輥輪表面而不是在輥輪表面鋪展，當(dāng)離心力大于附著力時，熔體金屬還未充分冷卻就脫落輥輪表面，形成液滴飛濺現(xiàn)象。例如轉(zhuǎn)速40m/s，輥輪直徑0.4m，液體金屬所受離心加速度達(dá)816g，很容易出現(xiàn)液滴飛濺現(xiàn)象。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)為使熔體能在輥輪表面有效鋪展，提高輥輪與熔體的潤濕性，需要考慮粘度(μ )、表面張力(Y )、潤濕性、表面粗糙度(Ra)、溫度(Τ)、相變因素，調(diào)節(jié)熔體噴射速度、角度、距離、輥輪轉(zhuǎn)速、輥輪材料潤濕性等多個參數(shù)，增加工藝復(fù)雜性，對于一些熔體金屬粘度大、與輥輪潤濕不佳的熔體金屬材料，無論如何調(diào)整工藝參數(shù)都難以成帶，得不到表面光滑、均勻的快速凝固材料【毛忠漢.非晶態(tài)合金的制造方法[J].稀有金屬合金加工，1980,01:11 - 15】。
[0011]非晶或亞穩(wěn)相，具有優(yōu)越的力學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)等方面的性能，為了獲得所需的非晶或亞穩(wěn)相微晶帶，需要106-108K/s以上時的冷卻速率。已知道在快淬過程總的傳熱方法主要為牛頓冷卻:
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種圓盤式單輥快淬制備非晶合金薄帶的方法，其特征在于，改變輥輪的結(jié)構(gòu)，采用圓盤式輥輪，熔體噴射在圍繞圓盤中心軸旋轉(zhuǎn)的圓盤表面上，使熔體所受離心力的方向與接觸面即圓盤表面平行，在圓盤邊緣非晶薄帶冷卻自身收縮和離心力作用下自行脫離輥輪，形成非晶合金薄帶。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，圓盤式輥輪內(nèi)部通冷卻水。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，圓盤式輥輪的圓盤面水平向上。
【文檔編號】B22D11/06GK103706770SQ201310669338
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】王波, 朱曉崗, 嚴(yán)輝, 李耳, 王如志, 張銘, 宋雪梅, 侯育冬, 朱滿康, 劉晶冰, 汪浩 申請人:北京工業(yè)大學(xué)