专利名称：制取金属非晶丝的方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于制取非晶丝的直接成形和近净成形技术，主要提供了一种制取非晶态金属丝的方法和装置。
背景技术：
从发现非晶态合金至今，已有将近50年的历史，其间众多学者和专家进行了大量的基础研究、制备工艺研究以及应用开发研究，己经成为材料科学领域发展较快的一门分支。非晶金属丝是继非晶薄带后出现的新型功能材料，具有非晶态金属的高强度、高韧性、耐腐蚀和优异的软磁性能，同时作为圆截面丝材，又有它独特的电磁性能。Fe基和Co基非晶丝的电磁特性主要表现在高电阻率、高磁弹性、大Barkhousen效应、高Matteucci效应及巨磁阻抗效应等，制备圆度高、均匀性好的非晶态金属丝，已经成为各国争相研究的关键技术。
现有的非晶态金属细丝制备方法包括内圆水纺法、玻璃包覆法，由于冷却介质和制备方法的限制，只能制备一些具有强玻璃形成能力和特定成分的合金。内圆水纺法制丝冷却能力较差，而且冷却液易与高温熔融合金反应，因此对于一些易氧化的Ti、 Al等合金不易采用此方法；玻璃包覆法要求合金熔化温度应与玻璃软化温度一致，合金与玻璃之间要求很好的润湿性，普适性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制取金属非晶丝的快速凝固成型方法和装置，突破现有非晶丝制备技术的限制，制备直径20 200pm的高质量圆形截面非晶丝，不仅适合与Co基、Fe基等铁磁性丝材生产，也可用于Ti基、Al基等活泼金属丝的直接或近净成型。
本发明的目的是这样实现的-
一种制取金属非晶丝的方法，该方法包括下述步骤将按照名义成分配好的合金先用电弧炉熔炼成均匀的母合金，并吸铸成直径为6 10mm的圆柱棒，然后将熔配好的预制棒放入BN坩埚中，对整个腔体进行抽真空，达到所需真空度后关闭真空系统并充氩气保护，转动金属辊轮启动感应容炼装置，待合金液达到预定温度后按照设定母合金进给速度进行熔体抽拉，得到金属非晶丝。
一种制取金属非晶丝的装置，在圆形腔体的中心位置放置一个由变频电机带动的金属辊轮，金属辊轮下方放置BN坩埚，BN坩埚顶部绕有感应线圈，BN坩埚内部装有试验用金属预制棒，BN坩埚放置在与腔体相连接的托盘上，预制棒底部设有一由伺服电机控制的金属顶杆，在腔体的三通两端分别配装机械泵、分子泵。机械泵开关和分子泵蝶阀安装在三通上，在腔体上部外侧连通配装放气阀和充气阀。
金属辊轮转动线速度控制在30 35m/s之间，母合金熔炼温度控制在熔点以上100 150°C，母合金进给速度控制在90 150um/s之间，并实现连续进给。
金属辊轮选用铜轮或钼轮，轮缘角度a为60。，尖端半径R在20um以下。
感应线圈设计成盘香状，匝数3 4圈。
本发明具有以下优点
本发明所提供的一种熔体抽拉技术，作为一种先进的近净成型方法，突破了传统非晶丝制备技术的缺陷，在高纯气体保护下利用高速旋转的楔形金属辊轮直接从熔体中抽拉成形，具有适用性广、生产流程短、效益高、节约能耗等优点，制备出的非晶丝圆度高、均匀性好，适于大规模、产业化生产；
非晶态金属丝制备过程具有极高的冷却速率，冷却速率能够达到106K/s，所制备的丝材非晶化程度高，性能优异；
熔体抽拉非晶丝制备过程在氩气保护的条件下进行，避免了丝材形成过程中的氧化以及与其他冷却介质反应所带来的影响，丝材具有表面光洁，性能均一；
圆形截面的形成过程是靠自身的表面张力圆化形成，制备的非晶丝圆度高。
图1为本发明装置总体装配结构示意图2为图1中A-A剖视图3为金属辊轮形状示意图4为感应线圈结构示意图5为制备态Co基金属丝宏观照片；
图6为Co基金属丝X射线衍射图7为Co基金属丝扫描电镜照片。
图中件号l.圆形腔体2.放气阀3.充气阀4.三通5.机械泵开关6.机械泵7.分子泵蝶阀8.分子泵9.变频电机IO.金属辊轮ll.金属预制棒12.感应线圈13.BN坩埚14.托盘15.支架16金属顶杆17.伺服电机
具体实施例方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
一种制取金属非晶丝的方法，该方法包括下述步骤将按照名义成分配好的合金先用电'
弧炉熔炼成均匀的母合金，并吸铸成直径为6 10mm的圆柱棒，然后将熔配好的预制圆柱棒放入BN坩埚中，对整个腔体抽真空，达到所需真空度后，关闭真空系统并充氩气保护，转动金属辊轮，启动感应熔炼装置，待合金液达到预定温度后，按照设定母合金进给速度进行熔体抽拉，得到金属非晶丝。
一种制取金属非晶丝的装置，在圆形腔体l的中心位置放置一个由变频电机9带动的金属辊轮IO，金属辊轮10下方放置BN坩埚13， BN坩埚13顶部绕有感应线圈12， BN坩埚13内部装有试验用金属预制棒11， BN坩埚13放置在与圆形腔体1相连接的托盘14上，预制棒11底部设有一由伺服电机17控制的金属顶杆16，在圆形腔体1的三通4两端分别配装机械泵6、分子泵8;机械泵开关5和分子泵蝶阀7安装在三通4上，在圆形腔体1上部外侧连通配装放气阀2和充气阀3。
金属辊轮转动线速度控制在30 35m/min之间，母合金熔炼温度控制在熔点以上100 15CTC，母合金进给速度控制在90 150um/s之间，并实现连续进给。
金属辊轮10选用铜轮或钼轮，轮缘角度a为60。，尖端半径R在20um以下。
感应线圈12设计成盘香状，匝数3 4圈。
实施例1
金属辊轮选用铜轮，直径160mm;感应线圈形状为盘香状，匝数3圈。具体步骤为
(1) 将纯度大于99.99%的Co、 Fe金属及Si、 B晶体按照Co6wsFe4.35Si!2.25Bi5.25名义成分配比，熔炼成直径8mm、长度20mm的合金棒11。
(2) 将熔配好的预制棒11放入BN坩埚13中，通过伺服进给电机17调整好预制棒11位置，预制棒11顶端距铜轮10底部尖端3mm。
(3) 启动机械泵6对整个炉腔1抽真空，达到l.OPa后启动分子泵8，真空度达到6.6X10—3Pa后关闭分子泵蝶阀7，通过充气阀3充入纯度为99.99。/。高纯氩气至-0.5Pa。
(4) 设定金属辊轮10线速度为30m/min，启动金属辊轮10。
(5) 启动感应线圈12所附带的中频熔炼装置，重熔母合金预制棒ll，形成馒头状凸起，利用非接触式测温装置测量熔体温度，合金液温度1150°C 。
(6) 母合金进给速度设定为90um/s，进行抽拉试验。
获得直径40P m左右的非晶态Co基丝材，丝材宏观照片、X射线衍射图谱及SEM照片分别如图5、 6、 7所示.实施例2
合金成分选用Fe73.5SiB.5B9Nb3Cm，辊轮转动线速度选为10m/min，母合金进给速度200ym/s，可获得直径为150nm左右的圆形截面非晶态金属丝。
权利要求
1. 一种制取金属非晶丝的方法，其特征在于该方法包括下述步骤将按照名义成分配好的合金先用电弧炉熔炼成均匀的母合金，并吸铸成直径为6～10mm的圆柱棒，然后将熔配好的预制圆柱棒放入BN坩埚中，对整个腔体抽真空，达到所需真空度后，关闭真空系统并充氩气保护，转动金属辊轮，启动感应熔炼装置，待合金液达到预定温度后，按照设定母合金进给速度进行熔体抽拉，得到金属非晶丝。
2. —种制取金属非晶丝的装置，其特征在于在圆形腔体(l)的中心位置放置一个由变频电 机(9)带动的金属辊轮(10)，金属辊轮(10)下方放置BN坩埚(13)， BN坩埚(13)顶部绕有感应线 圈(12)， BN坩埚(13)内部装有试验用金属预制棒(11)， BN坩埚(13)放置在与圆形腔体(1)相连 接的托盘(14)上，预制棒(11)底部设有一由伺服电机(17)控制的金属顶杆(16)，在圆形腔体(l) 的三通(4)两端分别配装机械泵(6)、分子泵(8);机械泵开关(5)和分子泵蝶阀(7)安装在三通(4) 上，在圆形腔体(1)上部外侧连通配装放气阀(2)和充气阀(3)。
3. 根据权利要求1所述的制取金属非晶丝的方法，其特征在于金属辊轮转动线速度控制 在30 35m/min之间，母合金熔炼温度控制在熔点以上100 150°C ，母合金进给速度控制在 90 150um/s之间，并实现连续进给。
4. 根据权利要求2所述的制取金属非晶丝的装置，其特征在于金属辊轮(10)选用铜轮或钼 轮，轮缘角度a为60。，尖端半径R在20ixm以下。
5. 根据权利要求2所述的制取金属非晶丝的装置，其特征在于感应线圈(12)设计成盘香 状，匝数3 4圈。
全文摘要
制取金属非晶丝的方法及其装置属于快速凝固非晶丝的直接成形和近净成形领域；该装置由真空系统、熔炼系统、抽拉系统及母合金进给机构组成，其工艺特征为将按照名义成分熔配好的合金制成直径为6-10mm的预制棒，金属辊轮加工成带有一定角度的刃形外圆，将预制棒放入BN坩埚中熔化形成馒头状凸起，在适当的温度下，利用升降装置使合金液缓慢上升，直至顶部与快速旋转的金属辊轮接触，在动量传递、合金物性综合作用下蘸取出一定厚度的熔体层，并在重力、表面张力及凝固收缩等作用下圆化成丝；本方法及装置生产的金属非晶丝具有非晶化程度高、圆度、均匀度好等特点，尤其适合与Co基、Fe基等铁磁性丝材生产，也可用于Ti基、Al基等活泼金属丝的直接或近净成形。
文档编号B22D18/06GK101519758SQ20091007177
公开日2009年9月2日 申请日期2009年4月14日 优先权日2009年4月14日
发明者孙剑飞, 张伦勇, 张树玲, 曹福洋, 欢 王, 邢大伟 申请人:哈尔滨工业大学