專利名稱：制取金屬非晶絲的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于制取非晶絲的直接成形和近凈成形技術(shù)，主要提供了一種制取非晶態(tài)金屬絲的方法和裝置。
背景技術(shù)：
從發(fā)現(xiàn)非晶態(tài)合金至今，已有將近50年的歷史，其間眾多學者和專家進行了大量的基礎(chǔ)研究、制備工藝研究以及應用開發(fā)研究，己經(jīng)成為材料科學領(lǐng)域發(fā)展較快的一門分支。非晶金屬絲是繼非晶薄帶后出現(xiàn)的新型功能材料，具有非晶態(tài)金屬的高強度、高韌性、耐腐蝕和優(yōu)異的軟磁性能，同時作為圓截面絲材，又有它獨特的電磁性能。Fe基和Co基非晶絲的電磁特性主要表現(xiàn)在高電阻率、高磁彈性、大Barkhousen效應、高Matteucci效應及巨磁阻抗效應等，制備圓度高、均勻性好的非晶態(tài)金屬絲，已經(jīng)成為各國爭相研究的關(guān)鍵技術(shù)。
現(xiàn)有的非晶態(tài)金屬細絲制備方法包括內(nèi)圓水紡法、玻璃包覆法，由于冷卻介質(zhì)和制備方法的限制，只能制備一些具有強玻璃形成能力和特定成分的合金。內(nèi)圓水紡法制絲冷卻能力較差，而且冷卻液易與高溫熔融合金反應，因此對于一些易氧化的Ti、 Al等合金不易采用此方法；玻璃包覆法要求合金熔化溫度應與玻璃軟化溫度一致，合金與玻璃之間要求很好的潤濕性，普適性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制取金屬非晶絲的快速凝固成型方法和裝置，突破現(xiàn)有非晶絲制備技術(shù)的限制，制備直徑20 200pm的高質(zhì)量圓形截面非晶絲，不僅適合與Co基、Fe基等鐵磁性絲材生產(chǎn)，也可用于Ti基、Al基等活潑金屬絲的直接或近凈成型。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的-
一種制取金屬非晶絲的方法，該方法包括下述步驟將按照名義成分配好的合金先用電弧爐熔煉成均勻的母合金，并吸鑄成直徑為6 10mm的圓柱棒，然后將熔配好的預制棒放入BN坩堝中，對整個腔體進行抽真空，達到所需真空度后關(guān)閉真空系統(tǒng)并充氬氣保護，轉(zhuǎn)動金屬輥輪啟動感應容煉裝置，待合金液達到預定溫度后按照設(shè)定母合金進給速度進行熔體抽拉，得到金屬非晶絲。
一種制取金屬非晶絲的裝置，在圓形腔體的中心位置放置一個由變頻電機帶動的金屬輥輪，金屬輥輪下方放置BN坩堝，BN坩堝頂部繞有感應線圈，BN坩堝內(nèi)部裝有試驗用金屬預制棒，BN坩堝放置在與腔體相連接的托盤上，預制棒底部設(shè)有一由伺服電機控制的金屬頂桿，在腔體的三通兩端分別配裝機械泵、分子泵。機械泵開關(guān)和分子泵蝶閥安裝在三通上，在腔體上部外側(cè)連通配裝放氣閥和充氣閥。
金屬輥輪轉(zhuǎn)動線速度控制在30 35m/s之間，母合金熔煉溫度控制在熔點以上100 150°C，母合金進給速度控制在90 150um/s之間，并實現(xiàn)連續(xù)進給。
金屬輥輪選用銅輪或鉬輪，輪緣角度a為60。，尖端半徑R在20um以下。
感應線圈設(shè)計成盤香狀，匝數(shù)3 4圈。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點
本發(fā)明所提供的一種熔體抽拉技術(shù)，作為一種先進的近凈成型方法，突破了傳統(tǒng)非晶絲制備技術(shù)的缺陷，在高純氣體保護下利用高速旋轉(zhuǎn)的楔形金屬輥輪直接從熔體中抽拉成形，具有適用性廣、生產(chǎn)流程短、效益高、節(jié)約能耗等優(yōu)點，制備出的非晶絲圓度高、均勻性好，適于大規(guī)模、產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)；
非晶態(tài)金屬絲制備過程具有極高的冷卻速率，冷卻速率能夠達到106K/s，所制備的絲材非晶化程度高，性能優(yōu)異；
熔體抽拉非晶絲制備過程在氬氣保護的條件下進行，避免了絲材形成過程中的氧化以及與其他冷卻介質(zhì)反應所帶來的影響，絲材具有表面光潔，性能均一；
圓形截面的形成過程是靠自身的表面張力圓化形成，制備的非晶絲圓度高。


圖1為本發(fā)明裝置總體裝配結(jié)構(gòu)示意圖2為圖1中A-A剖視圖3為金屬輥輪形狀示意圖4為感應線圈結(jié)構(gòu)示意圖5為制備態(tài)Co基金屬絲宏觀照片；
圖6為Co基金屬絲X射線衍射圖7為Co基金屬絲掃描電鏡照片。
圖中件號l.圓形腔體2.放氣閥3.充氣閥4.三通5.機械泵開關(guān)6.機械泵7.分子泵蝶閥8.分子泵9.變頻電機IO.金屬輥輪ll.金屬預制棒12.感應線圈13.BN坩堝14.托盤15.支架16金屬頂桿17.伺服電機
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進行詳細描述。
一種制取金屬非晶絲的方法，該方法包括下述步驟將按照名義成分配好的合金先用電'
弧爐熔煉成均勻的母合金，并吸鑄成直徑為6 10mm的圓柱棒，然后將熔配好的預制圓柱棒放入BN坩堝中，對整個腔體抽真空，達到所需真空度后，關(guān)閉真空系統(tǒng)并充氬氣保護，轉(zhuǎn)動金屬輥輪，啟動感應熔煉裝置，待合金液達到預定溫度后，按照設(shè)定母合金進給速度進行熔體抽拉，得到金屬非晶絲。
一種制取金屬非晶絲的裝置，在圓形腔體l的中心位置放置一個由變頻電機9帶動的金屬輥輪IO，金屬輥輪10下方放置BN坩堝13， BN坩堝13頂部繞有感應線圈12， BN坩堝13內(nèi)部裝有試驗用金屬預制棒11， BN坩堝13放置在與圓形腔體1相連接的托盤14上，預制棒11底部設(shè)有一由伺服電機17控制的金屬頂桿16，在圓形腔體1的三通4兩端分別配裝機械泵6、分子泵8;機械泵開關(guān)5和分子泵蝶閥7安裝在三通4上，在圓形腔體1上部外側(cè)連通配裝放氣閥2和充氣閥3。
金屬輥輪轉(zhuǎn)動線速度控制在30 35m/min之間，母合金熔煉溫度控制在熔點以上100 15CTC，母合金進給速度控制在90 150um/s之間，并實現(xiàn)連續(xù)進給。
金屬輥輪10選用銅輪或鉬輪，輪緣角度a為60。，尖端半徑R在20um以下。
感應線圈12設(shè)計成盤香狀，匝數(shù)3 4圈。
實施例1
金屬輥輪選用銅輪，直徑160mm;感應線圈形狀為盤香狀，匝數(shù)3圈。具體步驟為
(1) 將純度大于99.99%的Co、 Fe金屬及Si、 B晶體按照Co6wsFe4.35Si!2.25Bi5.25名義成分配比，熔煉成直徑8mm、長度20mm的合金棒11。
(2) 將熔配好的預制棒11放入BN坩堝13中，通過伺服進給電機17調(diào)整好預制棒11位置，預制棒11頂端距銅輪10底部尖端3mm。
(3) 啟動機械泵6對整個爐腔1抽真空，達到l.OPa后啟動分子泵8，真空度達到6.6X10—3Pa后關(guān)閉分子泵蝶閥7，通過充氣閥3充入純度為99.99。/。高純氬氣至-0.5Pa。
(4) 設(shè)定金屬輥輪10線速度為30m/min，啟動金屬輥輪10。
(5) 啟動感應線圈12所附帶的中頻熔煉裝置，重熔母合金預制棒ll，形成饅頭狀凸起，利用非接觸式測溫裝置測量熔體溫度，合金液溫度1150°C 。
(6) 母合金進給速度設(shè)定為90um/s，進行抽拉試驗。
獲得直徑40P m左右的非晶態(tài)Co基絲材，絲材宏觀照片、X射線衍射圖譜及SEM照片分別如圖5、 6、 7所示.實施例2
合金成分選用Fe73.5SiB.5B9Nb3Cm，輥輪轉(zhuǎn)動線速度選為10m/min，母合金進給速度200ym/s，可獲得直徑為150nm左右的圓形截面非晶態(tài)金屬絲。
權(quán)利要求
1. 一種制取金屬非晶絲的方法，其特征在于該方法包括下述步驟將按照名義成分配好的合金先用電弧爐熔煉成均勻的母合金，并吸鑄成直徑為6～10mm的圓柱棒，然后將熔配好的預制圓柱棒放入BN坩堝中，對整個腔體抽真空，達到所需真空度后，關(guān)閉真空系統(tǒng)并充氬氣保護，轉(zhuǎn)動金屬輥輪，啟動感應熔煉裝置，待合金液達到預定溫度后，按照設(shè)定母合金進給速度進行熔體抽拉，得到金屬非晶絲。
2. —種制取金屬非晶絲的裝置，其特征在于在圓形腔體(l)的中心位置放置一個由變頻電 機(9)帶動的金屬輥輪(10)，金屬輥輪(10)下方放置BN坩堝(13)， BN坩堝(13)頂部繞有感應線 圈(12)， BN坩堝(13)內(nèi)部裝有試驗用金屬預制棒(11)， BN坩堝(13)放置在與圓形腔體(1)相連 接的托盤(14)上，預制棒(11)底部設(shè)有一由伺服電機(17)控制的金屬頂桿(16)，在圓形腔體(l) 的三通(4)兩端分別配裝機械泵(6)、分子泵(8);機械泵開關(guān)(5)和分子泵蝶閥(7)安裝在三通(4) 上，在圓形腔體(1)上部外側(cè)連通配裝放氣閥(2)和充氣閥(3)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制取金屬非晶絲的方法，其特征在于金屬輥輪轉(zhuǎn)動線速度控制 在30 35m/min之間，母合金熔煉溫度控制在熔點以上100 150°C ，母合金進給速度控制在 90 150um/s之間，并實現(xiàn)連續(xù)進給。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制取金屬非晶絲的裝置，其特征在于金屬輥輪(10)選用銅輪或鉬 輪，輪緣角度a為60。，尖端半徑R在20ixm以下。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制取金屬非晶絲的裝置，其特征在于感應線圈(12)設(shè)計成盤香 狀，匝數(shù)3 4圈。
全文摘要
制取金屬非晶絲的方法及其裝置屬于快速凝固非晶絲的直接成形和近凈成形領(lǐng)域；該裝置由真空系統(tǒng)、熔煉系統(tǒng)、抽拉系統(tǒng)及母合金進給機構(gòu)組成，其工藝特征為將按照名義成分熔配好的合金制成直徑為6-10mm的預制棒，金屬輥輪加工成帶有一定角度的刃形外圓，將預制棒放入BN坩堝中熔化形成饅頭狀凸起，在適當?shù)臏囟认拢蒙笛b置使合金液緩慢上升，直至頂部與快速旋轉(zhuǎn)的金屬輥輪接觸，在動量傳遞、合金物性綜合作用下蘸取出一定厚度的熔體層，并在重力、表面張力及凝固收縮等作用下圓化成絲；本方法及裝置生產(chǎn)的金屬非晶絲具有非晶化程度高、圓度、均勻度好等特點，尤其適合與Co基、Fe基等鐵磁性絲材生產(chǎn)，也可用于Ti基、Al基等活潑金屬絲的直接或近凈成形。
文檔編號B22D18/06GK101519758SQ20091007177
公開日2009年9月2日 申請日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者孫劍飛, 張倫勇, 張樹玲, 曹福洋, 歡 王, 邢大偉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學