一種凹面轉盤式單輥快淬制備非晶薄帶的方法
【專利摘要】一種凹面轉盤式單輥快淬制備非晶薄帶的方法，屬于非晶薄帶制備【技術領域】，采用凹面轉盤式單輥，凹面轉盤式單輥，在圓柱的頂端向內缺失一倒立的圓錐所得單輥為凹面轉盤式單輥，凹面轉盤式單輥內側表面為所述的凹面，凹面直徑向內逐漸變小，即缺失的圓錐的底面在圓柱的頂端，熔體噴射在圍繞圓錐中心軸旋轉的凹面轉盤式單輥內側的凹面上，使熔體所受離心力的方向由圓筒式單輥的垂直于接觸面向上變為與接觸面有夾角并指向接觸面內部，在內側凹面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。本發明制備的薄帶尺寸更薄、表面光潔度更高、性能更好。
【專利說明】一種凹面轉盤式單輥快淬制備非晶薄帶的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于非晶薄帶制備【技術領域】，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，具體是一種內凹式單輥甩帶法。
技術背景
[0002]單輥快淬法，亦稱熔體冷輥旋凝法、連鑄薄帶法。比德爾(Bedell)發明的生產非晶態條帶的方法，如圖1和圖2所示。熔融金屬噴射在高速旋轉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繼續冷卻形成金屬薄帶；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.平面流鑄技術熔潭的特性[J].哈爾濱工業大學學報，2000，24 (4):273 - 274】。
[0003]F摩擦力: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，熔體內部相互運動所受的力，表示為F摩擦力。
[0004]F附著力: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]F離心力:熔體金屬被輥輪加速隨輥輪轉動，而產生脫離旋轉中心的離心力。
[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F附著力、切向應力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，在這個區域內完成熔體金屬鋪展、凝固。
[0008]輥輪高速旋轉給熔潭提供了一個切向應力F摩擦力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潤濕有明顯的區另Ij【余勝勝，孫劍飛.CoFeSiB合金熔體抽拉成絲特性研究[D].哈爾濱工業大學(哈爾濱)，2011:5 -6】。在熔體抽拉過程中，熔潭形貌沿著輥輪轉動的方向發生劇烈變化；同時潤濕角由靜態潤濕角θζ變為上游接觸角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潤濕性的是9d。ed越小，動態潤濕性越好，熔潭越往輪盤轉動的方向發生變化。S.0lsen 等【M.Allahverdi, Robin A.L.Drew, Strom - Olsen.Wetting andmelt extractioncharacteristics of Zr02 -A1203based materials[J].Journal ofAmerican Ceramic Society.1997, 80:2910 - 2916】發現雖然靜態潤濕性很差(潤濕角達140° -160° )，但切向應力的存在導致動態潤濕角很小，潤濕能力得以改善。M-Allahverdi【黃詩英.單輥急冷法形成非晶態薄帶的動力學方程組及其驗證III [J].儀表材料.，1985，18(4):160 -164】等通過高速攝影技術獲得了不同輪盤轉速下的熔融金屬液滴的動態潤濕及熔潭形貌，熔池長度L和厚度δ ；隨著輪速V的增加切向應力Fwsa增加，熔體鋪展面積越大。
[0009]現有技術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，形成液滴飛濺現象。例如轉速40m/s，輥輪直徑0.4m，液體金屬所受離心加速度達816g，很容易出現液滴飛濺現象。
[0010]現有技術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，調節熔體噴射速度、角度、距離、輥輪轉速、輥輪材料潤濕性等多個參數，增加工藝復雜性，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，無論如何調整工藝參數都難以成帶，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]非晶或亞穩相，具有優越的力學、光學、磁學等方面的性能，為了獲得所需的非晶或亞穩相微晶帶，需要IO6~108K/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]
【權利要求】
1.一種凹面轉盤式單輥快淬制備非晶薄帶的方法，其特征在于，采用凹面轉盤式單輥，凹面轉盤式單輥，在圓柱的頂端向內缺失一倒立的圓錐所得單輥為凹面轉盤式單輥，凹面轉盤式單輥內側表面為所述的凹面，凹面直徑向內逐漸變小，即缺失的圓錐的底面在圓柱的頂端，熔體噴射在圍繞圓錐中心軸旋轉的凹面轉盤式單輥內側的凹面上，使熔體所受離心力的方向由圓筒式單輥的垂直于接觸面向上變為與接觸面有夾角并指向接觸面內部，在內側凹面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。
2.按照權利要求1的方法，其特征在于，凹面轉盤內部通冷卻水。
3.按照權利要求1的方法，其特征在于，凹面轉盤內側表面即斜坡表面作為接觸面與中心軸的夾角大于0°小于90°。
4.按照權利要求1的方法，其特征在于，凹面轉盤內側表面即斜坡表面與中心軸的夾角為30?80°。
【文檔編號】B22D11/06GK103691897SQ201310664316
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2013年12月9日 優先權日:2013年12月9日
【發明者】王波, 朱曉崗, 嚴輝, 李耳, 王如志, 張銘, 宋雪梅, 侯育冬, 朱滿康, 劉晶冰, 汪浩 申請人:北京工業大學