一種用于混凝土的非晶合金纖維及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于非晶合金制備領(lǐng)域，涉及一種用于混凝土的非晶合金纖維及其制備方法。一種用于混凝土的非晶合金纖維，采用單輥急冷法制備，該非晶合金纖維的成分按原子百分比為FeaCrbMcPdCe，M為Ni、Co、Mo、Mn、Nb、Ti、V、W、Cu、Al、Si、B中的至少一種，其中a為65～75%、b為3～15%、c為0.05～2%、d為4～15%、e為5～10%。本發(fā)明的用于混凝土的非晶合金纖維的制備方法，可通過調(diào)節(jié)噴嘴大小和銅輥表面刻痕間距，來控制非晶合金纖維長(zhǎng)度、寬度和厚度，能夠制備多規(guī)格的非晶合金纖維。且制備的非晶合金纖維具有非常優(yōu)異的耐腐蝕性，添加到混凝土當(dāng)中能提高混凝土的強(qiáng)度、韌性以及抗酸堿鹽侵蝕能力，而且材料成本低廉，適合在混凝土工程中大量應(yīng)用。
【專利說明】一種用于混凝土的非晶合金纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于非晶合金制備領(lǐng)域，涉及一種用于混凝土的非晶合金纖維及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]采用超急冷凝固技術(shù)制備的非晶合金，具有短程有序而長(zhǎng)程無序的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出比傳統(tǒng)的晶態(tài)合金更優(yōu)異的物理和化學(xué)性能。非晶合金成分和組織均勻，無晶界、位錯(cuò)等晶體缺陷，因而具有強(qiáng)度高、韌性好、耐腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)，使其非常適合添加到混凝土中用作增強(qiáng)材料。
[0003]混凝土經(jīng)澆注以后，表面水分大量蒸發(fā)，出現(xiàn)快速脫水而產(chǎn)生收縮，這種收縮受到基底、模板和鋼筋不同程度的約束，是一種不均勻的收縮過程，因而在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生不均勻的拉應(yīng)力，在拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生大量收縮微裂紋。當(dāng)混凝土基體受到外力時(shí)，收縮微裂紋將逐漸擴(kuò)展并相互貫通形成宏觀大裂紋，最終導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)破壞?？刂苹炷亮鸭y最有效的辦法就是向混凝土基體中加入一定體積比的纖維材料，纖維材料的加入可以提高混凝土的抗裂強(qiáng)度、改善韌性和阻止微裂紋擴(kuò)展，延長(zhǎng)混凝土的耐久性。
[0004]目前常用的混凝土增強(qiáng)纖維材料主要有:玻璃纖維、碳纖維、聚丙烯纖維和鋼纖維等。玻璃纖維易折斷、耐堿腐蝕差，在混凝土堿性環(huán)境中10年就溶蝕損壞；碳纖維性能優(yōu)良，但每束碳纖維有1000根以上，在混凝土中攪拌分散困難，而且價(jià)格太高限制其應(yīng)用范圍；聚丙烯纖維與水泥相溶性差，水泥不易附在纖維表面；鋼纖維在混凝土中易生銹，影響混凝土的使用壽命。
[0005]相比之下，用非晶合金纖維增強(qiáng)混凝土具有不可比擬的優(yōu)勢(shì):(1)非晶合金纖維強(qiáng)度高，抗拉強(qiáng)度約為1400~2500MPa ;(2)非晶合金纖維韌性好，可以反復(fù)彎曲，在混凝土中攪拌不會(huì)折斷；(3)非晶合 金纖維表面粗糙，與混凝土結(jié)合牢固；(4)非晶合金纖維耐腐蝕性極好，能提高混凝土抗酸堿鹽侵蝕，延長(zhǎng)使用壽命；(5)非晶合金纖維制作過程簡(jiǎn)便，從鋼液到纖維成品一次成形。
[0006]中國(guó)實(shí)用新型專利ZL94213321.8公開了一種‘快速冷凝法制取纖維的裝置’(冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院于1994年6月10日申請(qǐng))，根據(jù)該裝置先將熔化的鋼水置于容器中，在液面上方裝有高速旋轉(zhuǎn)的輥輪，當(dāng)輪緣接觸鋼水時(shí)，輪緣上粘附一定厚度的冷凝鋼水，在離心力的作用下被甩出，從而獲得一定長(zhǎng)度的鋼纖維。但該制備方法存在如下缺點(diǎn):(I)液面直接接觸空氣易氧化，成分不易控制；(2)該裝置制備的鋼纖維只能得到微晶結(jié)構(gòu)，不能制備出完全的非晶結(jié)構(gòu)；(3)輥輪的下降速度和鋼液液面的下降速度難以精確保持一致，導(dǎo)致制備的鋼纖維厚度不均勻，且鋼纖維的寬度無法控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的是得到一種尺寸可控、具有完全非晶結(jié)構(gòu)的、用于混凝土的非晶合金纖維。[0008]本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一種用于混凝土的非晶合金纖維，采用單輥急冷法制備，其特征在于:該非晶合金纖維的成分按原子百分比為 FeaCrbMcPdCe, M 為 N1、Co、Mo、Mn、Nb、T1、V、W、Cu、Al、S1、B 中的至少一種，其中a為65~75%、b為3~15%、c為0.05~2%、d為4~15%、e為5~10%。
[0010]非晶合金纖維長(zhǎng)度為5~40mm，寬度約為0.5~3mm，厚度約為20~40 μ m。
[0011]本發(fā)明的另一目的是提出一種用于混凝土的非晶合金纖維的制備方法。
[0012]本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0013]一種用于混凝土的非晶合金纖維的制備方法，采用單輥急冷法，其特征在于，所述方法步驟為:
[0014]①按非晶合金纖維的成分式FeaCrbMcPdCe進(jìn)行配料，其中a、b、c、d和e為原子百分比，M 為 N1、Co、Mo、Mn、Nb、T1、V、W、Cu、Al、S1、B 中的至少一種，成分范圍 a 為 65 ~75%、b 為 3 ~15%、c 為 0.05 ~2%、d 為 4 ~15%、e 為 5 ~10% ；
[0015]②將配比好的原料裝入感應(yīng)加熱爐I中進(jìn)行熔煉，形成成分均勻的鋼液；
[0016]③將鋼液澆入噴嘴包2，鋼液從噴嘴包底部的噴嘴3開口處噴出；
[0017]④鋼液噴到其下方高速旋轉(zhuǎn)的冷卻銅輥4表面，迅速冷卻形成非晶合金纖維，所述冷卻銅輥4工作面有多個(gè)等距分布的刻痕，通過調(diào)節(jié)噴嘴3大小和冷卻銅輥4表面刻痕間距，控制非晶合金纖維長(zhǎng)度、寬度和厚度。
[0018]在步驟④中所述的冷卻銅輥4表面沿輥軸方向按均等間隔距離刻有刻痕，刻痕的間距等于非晶合金纖維的長(zhǎng)度，通過刻痕不斷割斷連續(xù)噴出的非晶合金，形成所需長(zhǎng)度的非晶合金纖維。
[0019]非晶合金纖維長(zhǎng)度約為5~40mm，寬度約為0.5~3mm，厚度約為20~40 μ m。
[0020]在步驟①中所述的原材料可選用純?cè)鼗蚋鞣N合金原料。
[0021]在步驟②中采用真空感應(yīng)爐或非真空感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉。
[0022]在步驟③中所述的噴嘴開口為一個(gè)或多個(gè)并列排列的圓孔或方孔，圓孔直徑為
0.5~2.Ctam,方孔的寬度為0.2~1.Ctam、長(zhǎng)度為0.2~3.Ctam。
[0023]所述冷卻棍的轉(zhuǎn)速為25~30m/s。
[0024]冷卻銅輥的刻痕是采用銅輥的車削機(jī)構(gòu)對(duì)銅輥表面進(jìn)行刻痕。
[0025]本發(fā)明的有益效果在于:
[0026]本發(fā)明的用于混凝土的非晶合金纖維制備方法，可通過調(diào)節(jié)噴嘴大小和銅輥表面刻痕間距，來控制非晶合金纖維長(zhǎng)度、寬度和厚度，能夠制備多規(guī)格的非晶合金纖維。且制備的非晶合金纖維具有非常優(yōu)異的耐腐蝕性，添加到混凝土當(dāng)中能提高混凝土的強(qiáng)度、韌性以及抗酸堿鹽侵蝕能力，而且材料成本低廉，適合在混凝土工程中大量應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明的用于混凝土的非晶合金纖維的制備方法的工藝示意圖。
[0028]圖2本發(fā)明的用于混凝土的非晶合金纖維貼輥面和自由面的XRD圖。
[0029]圖3本發(fā)明的用于混凝土的非晶合金纖維在IM H2SO4溶液中動(dòng)電位極化曲線。
[0030]圖4為本發(fā)明的用于混凝土的非晶合金纖維在0.1M HCl溶液中循環(huán)極化曲線。
[0031]圖5為本發(fā)明的用于混凝土的非晶合金纖維在0.6M NaCl溶液中循環(huán)極化曲線。[0032]圖6為本發(fā)明的用于混凝土的非晶合金纖維在0.1M FeCl3溶液中動(dòng)電位極化曲線。
[0033]附圖標(biāo)記:
[0034]I感應(yīng)加熱爐，2噴嘴包，3噴嘴，4冷卻銅輥。
【具體實(shí)施方式】 [0035]本發(fā)明用于混凝土的非晶合金增強(qiáng)纖維的制備方法，采用單輥急冷法，如圖1所示，包括以下步驟:①原材料按照成分比進(jìn)行配料；②將配比好的原料裝入感應(yīng)加熱爐I中進(jìn)行熔煉，形成成分均勻的鋼液；③將鋼液澆入噴嘴包2，鋼液從噴嘴包2底部的噴嘴3開口處噴出；④鋼液噴到其下方高速旋轉(zhuǎn)的冷卻銅輥4表面，迅速冷卻形成非晶合金纖維。
[0036]在步驟①中所述的原材料可選用純?cè)鼗蚋鞣N合金原料。
[0037]混凝土用非晶合金增強(qiáng)纖維成分中，Cr元素是其具有強(qiáng)耐腐蝕性的重要元素，其含量應(yīng)在3~15at%之間，Cr含量過低會(huì)導(dǎo)致非晶合金纖維耐腐蝕性變差，Cr含量過高會(huì)增加非晶合金纖維的材料成本。P和C元素是必不可少的元素，P和C元素是屬于原子半徑較小的元素，能增大合金原子的尺寸錯(cuò)配度，有利于提高合金的非晶形成能力。另外，P元素能增加Cr元素的活性，促進(jìn)其快速在非晶合金纖維表面形成致密的含Cr鈍化膜，提高耐腐蝕性。P元素含量在4~15at%之間、C元素含量在5~10at%之間合適。還可添加0.5~2at%的N1、Co、Mo、Mn、Nb、T1、V、W、Cu、Al、S1、B中的至少一種，以進(jìn)一步改善非晶合金纖維的強(qiáng)度、耐腐蝕性以及非晶形成能力，但這些元素添加過多增加材料成本，因此總添加量最好不超過2at%。
[0038]可利用銅輥的車削機(jī)構(gòu)對(duì)冷卻銅輥表面進(jìn)行刻痕，首先調(diào)節(jié)車刀的切入深度，啟動(dòng)車削機(jī)構(gòu)，車刀刀尖在靜止銅輥表面沿輥軸方向從左到右(或從右到左)緩慢走刀，在銅輥表面切削出一條深度約為0.2mm的直線刻痕，走刀一次之后關(guān)停車削機(jī)構(gòu)，手動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)銅輥，銅輥表面轉(zhuǎn)動(dòng)的圓周距離應(yīng)等于所需的非晶合金纖維的長(zhǎng)度，再啟動(dòng)車削機(jī)構(gòu)進(jìn)行反向走刀，車刀刀尖在銅輥表面刻出另一條直線刻痕。如此反復(fù)進(jìn)行，直到銅輥表面刻滿等距分布的刻痕。在進(jìn)行單輥急冷法制備非晶合金纖維時(shí)，為保證約106°C /s的冷卻速度，冷卻銅輥的轉(zhuǎn)速應(yīng)保持在25~30m/s。最后連續(xù)噴出的鋼液在高速旋轉(zhuǎn)的銅輥表面的刻痕處被割斷，冷卻形成所需長(zhǎng)度的非晶合金纖維。
[0039]實(shí)施例1
[0040]將磷鐵、鉻鐵、煉鋼生鐵、石墨片以及其它純?cè)卦习凑毡?設(shè)計(jì)成分進(jìn)行配料40kg，樣品編號(hào)I~6是本發(fā)明的一組實(shí)施例。將配比好的原料裝入真空感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉，形成成分均勻的鋼液；將鋼液澆入噴嘴包，鋼液從噴嘴包底部的噴嘴開口處流出，噴嘴開口分別采用不同規(guī)格的一排并列的5個(gè)方孔，流出的鋼液噴到其下方高速旋轉(zhuǎn)的帶有刻痕的冷卻銅輥表面，銅輥轉(zhuǎn)速為30m/s，通過刻痕不斷割斷連續(xù)噴出的非晶合金，形成所需長(zhǎng)度的非晶合金纖維。噴嘴尺寸、刻痕間距與制備的非晶合金纖維尺寸對(duì)應(yīng)關(guān)系列于表1。
[0041]由表1可知，可通過調(diào)整方孔噴嘴的尺寸和銅輥刻痕間距來控制非晶合金纖維的尺寸。
[0042]表1
[0043]
【權(quán)利要求】
1.一種用于混凝土的非晶合金纖維，采用單輥急冷法制備，其特征在于:該非晶合金纖維的成分按原子百分比為 FeaCrbMcPdCe, M 為 N1、Co、Mo、Mn、Nb、T1、V、W、Cu、Al、S1、B 中的至少一種，其中a為65~75%、b為3~15%、c為0.05~2%、d為4~15%、e為5~10%。
2.如權(quán)利要求1所述的用于混凝土的非晶合金纖維，其特征在于:非晶合金纖維長(zhǎng)度為5~40mm,寬度約為0.5~3mm,厚度約為20~40 μ m。
3.—種如權(quán)利要求1所述的用于混凝土的非晶合金纖維的制備方法，采用單輥急冷法，其特征在于，所述方法步驟為: ①按非晶合金纖維的成分式FeaCrbMcPdCe進(jìn)行配料，其中a、b、C、d和e為原子百分比，M 為 N1、Co、Mo、Mn、Nb、T1、V、W、Cu、Al、S1、B 中的至少一種，成分范圍 a 為 65 ~75%、b 為3~15%、c 為 0.05 ~2%、d 為 4 ~15%、e 為 5 ~10% ； ②將配比好的原料裝入感應(yīng)加熱爐(I)中進(jìn)行熔煉，形成成分均勻的鋼液； ③將鋼液澆入噴嘴包(2)，鋼液從噴嘴包底部的噴嘴(3)開口處噴出； ④鋼液噴到其下方高速旋轉(zhuǎn)的冷卻銅輥(4)表面，迅速冷卻形成非晶合金纖維，所述冷卻銅輥(4)工作面有多個(gè)等距分布的刻痕，通過調(diào)節(jié)噴嘴(3)大小和冷卻銅輥(4)表面刻痕間距，控制非晶合金纖維長(zhǎng)度、寬度和厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于混凝土的非晶合金纖維的制備方法，其特征在于: 在步驟④中所述的冷卻銅輥(4)表面沿輥軸方向按均等間隔距離刻有刻痕，刻痕的間距等于非晶合金纖維的長(zhǎng)度，通過刻痕不斷割斷連續(xù)噴出的非晶合金，形成所需長(zhǎng)度的非晶合金纖維。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于混凝土的非晶合金纖維的制備方法，其特征在于: 非晶合金纖維長(zhǎng)度約為5~40mm，寬度約為0.5~3mm，厚度約為20~40 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于混凝土的非晶合金纖維的制備方法，其特征在于: 在步驟①中所述的原材料可選用純?cè)鼗蚋鞣N合金原料。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于混凝土的非晶合金纖維的制備方法，其特征在于: 在步驟②中采用真空感應(yīng)爐或非真空感應(yīng)爐進(jìn)行熔煉。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于混凝土的非晶合金纖維的制備方法，其特征在于: 在步驟③中所述的噴嘴開口為一個(gè)或多個(gè)并列排列的圓孔或方孔，圓孔直徑為0.5~2.0mm,方孔的寬度為0.2~1.0_、長(zhǎng)度為0.2~3.0_。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于混凝土的非晶合金纖維的制備方法，其特征在于:所述冷卻銅輥的轉(zhuǎn)速為25~30m/s。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于混凝土的非晶合金纖維的制備方法，其特征在于:所述冷卻銅輥的刻痕是采用銅輥的車削機(jī)構(gòu)對(duì)銅輥表面進(jìn)行刻痕。
【文檔編號(hào)】B22D11/06GK103484799SQ201310435060
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】盧志超, 吳忠旺, 倪曉俊, 馮碩, 李德仁 申請(qǐng)人:安泰科技股份有限公司