一种免分切非盘绕的非晶薄带制备方法及制备系统与流程

本发明属于非晶薄带制取技术领域，尤其涉及一种免分切非盘绕的非晶薄带制备方法及制备系统。

背景技术：

为获得非晶合金特殊的微观结构，要求制备过程中以极高的冷却速率直接从熔融状态快淬到凝固点以下的温度。单辊快淬技术是当前应用最广泛的技术。

在现行技术中，都是采用连续甩带方法将合金熔融体经喷嘴持续喷射到高速旋转的冷却棍面上制成连续的非晶薄带。这样制成的非晶薄带从头至尾都是连续的，一炉熔体制成非晶薄带通常都是有数千米以上的长度。为了存储、搬运方便等原因，通常需要将单辊快淬法制成的非晶薄带进行盘绕，然而，这种盘绕成卷的非晶薄带往往并不是应用所需的，后续应用过程中通常需要将盘绕成卷的非晶薄带重新倒出来进行分切。

可见，这种技术，不但盘绕过程需要耗费工时和人力成本，而且盘绕过程还会引入使非晶材料性能下降的应力；另外，盘绕成卷的非晶薄带重新分切过程非但需要分切设备使得非晶器件生产投入增大，而且生产效率低，耗费工时和人力成本高。当前，最先进的技术实现了非晶薄带甩制过程中的自动盘绕，但是这种自动盘绕技术，一方面，因为刚甩制还没凉透的非晶薄带盘绕过程中会引入应力的作用导致非晶薄带性能的显著下降；另一方面，实现自动盘绕的技术非常复杂，设备昂贵，且故障率高和损耗大。

综上所述，现行非晶薄带甩制工艺存在冗余工序，非但使得生产厂商负担了昂贵的多余设备投入，浪费工时和劳力、生产效率低，而且影响非晶器件的性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种免分切非盘绕的非晶薄带制备方法及制备系统，旨在解决现行非晶薄带甩制工艺存在冗余工序，免去现行非晶薄带制备过程的盘绕、倒带、分切等工序，非晶薄带制备过程直接获得非晶条段，免去盘绕和分切，避免盘绕分切过程引入应力，提高非晶薄带生产效率和质量，降低非晶软磁器件生产的劳动力成本和设备投入。

本发明是这样实现的，一种免分切非盘绕的非晶薄带制备方法，该免分切非盘绕的非晶薄带制备方法在垂直于快淬冷却辊旋转方向的冷却辊面上设有若干个沟槽，使非晶薄带在甩制过程中在沟槽处自动断开，形成条段状非晶薄带。

进一步，冷却辊面上所设沟槽为直线或为曲线；沟槽的宽度为0.1mm～0.5mm,深度为0.1mm～0.3mm。

进一步，所述免分切非盘绕的非晶薄带制备方法具体包括：

按目标要求组分配置母料，用交流电弧熔炼法或高频感应加热法配置母合金；

根据目标要求在冷却辊面上设置沟槽；

根据目标要求配置非晶薄带收集装置；

根据目标要求配置熔体喷嘴并熔融母合金；

根据目标要求采用单辊快淬法制备非晶薄带叠垛。

进一步，在冷却辊前方设有条段状非晶薄带自动收集器，将来自冷却辊的条段状非晶薄带自动收集并整齐叠放。

进一步，所述条段状非晶薄带自动收集器用于自动升降条段状非晶薄带自动收集器托板的高度。

进一步，所述自动升降托板的升降高度根据来自非晶薄带叠垛高度传感器探测到的非晶薄带高度信号进行自动升降。

进一步，所述母合金组分为FeSiB或FeCuNbSiB或FeCoNBSiB或FeSiBPC以及其它能够形成非晶的软磁合金；

所述条段状非晶薄带根据冷却辊旋转速度或根据熔融体喷嘴尺寸的大小进行控制。

本发明另一目的在于提供一种免盘绕分切的非晶薄带制备系统，该免盘绕分切的非晶薄带制备系统包括：

用交流电弧熔炼法或高频感应加热法熔融母合金并将熔融的母合金输送到甩制装置的熔料装置；

用于将熔融的母合金甩制成非晶薄带的甩制装置；

用于在甩制装置前方设有的条段状非晶薄带自动收集器，所述条段状非晶薄带自动收集器将来自甩制装置的条段状非晶薄带自动收集并整齐叠放。

进一步，所述熔料装置包括：

按目标要求组分配置的并用交流电弧熔炼法或高频感应加热法熔融的合金熔融体；

用于盛装合金熔融体的坩埚；

围绕在坩埚外部并用于控制合金熔融体熔融温度的高频感应线圈；

用于输送熔融的合金熔融体的熔体喷嘴；

所述甩制装置包括：

用于将熔体喷嘴输送熔融的合金熔融体甩制成非晶薄带的冷却辊；

垂直于快淬冷却辊旋转方向的冷却辊面上开设的若干个沟槽，所述沟槽用于使非晶薄带在甩制过程中在沟槽处自动断开，形成条段状非晶薄带；

所述条段状非晶薄带自动收集器包括：

用于存放冷却辊甩制成的非晶薄带的自动升降托板；

存放在自动升降托板上的非晶薄带叠垛；

连接在自动升降托板后端的后端面整齐板；

连接在自动升降托板侧面的侧面整齐板；

连接在自动升降托板前面的前端面整齐挡板；

连接在自动升降托板下面并用于调节托板升降的托板升降支杆；

容纳托板升降支杆的升降支杆滑槽；

连接在非晶薄带叠垛上方的喇叭收集器；

所述升降支杆滑槽开设在前端面整齐板上；所述非晶薄带叠垛上安装有用于控制自动升降托板升降的非晶薄带叠垛高度传感器。

本发明提供的免分切非盘绕的非晶薄带制备方法，在非晶薄带甩制过程中直接获得需要长度的条段状非晶薄带，省略掉现有技术中的先进行非晶薄带盘绕再进行倒盘和分切的冗余工序，提高生产效率、降低生产成本和设备投入，同时避免因盘绕引入应力作用而导致非晶薄带性能下降。

本发明的目的是通过在垂直于快淬冷却辊旋转方向的冷却辊面上横向设置沟槽，使合金熔融体膜面依靠自身粘性和张力在所设置的沟槽处在被冷却凝固前自行断开实现的。采用高频感应技术将母合金加热成熔融液态，将合金熔融体喷射到设有横向沟槽的表面抛光的快速旋转的冷却辊面上。喷射到冷却辊面的合金熔融体，在光滑的辊面处被快速冷却形成厚薄和宽度均匀的非晶薄带。在辊面上设置的沟槽处，由于合金熔融体自身的粘性和表面张力，合金熔融体先形成连续的液膜，但由于沟槽处的辊面下凹不能紧贴熔融体液膜，使得在沟槽上方的液膜的冷却速率远低于沟槽两侧，而与辊面紧密接触的沟槽两侧的熔融体液膜被快速冷却凝固下来，先一步冷却凝固成的沟槽两侧的非晶薄带从两侧各自通过自身导热将沟槽处的熔融合金液膜温度降低，这种从两侧导热降温的过程使得沟槽处的液膜形成温度梯度(即两侧温度低中间温度高)，沟槽处液膜的这种温度梯度使得液膜以槽口中心线为分界线向两侧分离，形成了非晶薄带整齐的断口。这样形成的非晶薄带的长度就由冷却辊面上沟槽间的狐面距离来决定，在生产过程中可以根据后续应用的需要灵活调节。由于所得非晶薄带的长度等于冷却辊面上设置的沟槽间的弧面距离，只要设置的沟槽弧面间距统一，就可以获得长度一致的非晶薄带。这种长度一致的条段状非晶薄带，后续的收集也十分方便。便于与后续的器件制备工艺衔接，实现非晶器件制备流水线的自动控制。

本发明技术与现有非晶薄带制备技术相比，具有明显优势。首先，本发明技术相比现有技术，具有节省工序，减少设备投入、避免重复劳动，节省劳动成本的优点：在现行技术中，都是采用连续甩带方法将合金熔融体制成连续的非晶薄带，一炉熔体制成非晶薄带的长度通常都在数千米以上。这么长的非晶薄带给后续的收集、存储和搬运带来了很多困难，通常人们采用将非晶薄带进行盘绕的方法进行收集。然而，这种后续的非晶薄带的盘绕过程，需要耗费大量的人力物力，也严重影响了非晶薄带甩制进程(只有将前一炉融体甩制的薄带收集完才能进行第二炉融体的甩制)。为了提升生产效率，人们开发了在线自动盘绕技术，但由于极高冷却速率的要求，冷却辊的旋转速度极高，在线自动盘绕技术十分复杂，设备昂贵，通常一条在线盘绕生产线需要多投入500万元以上。而且，在线自动盘绕技术在非晶薄带盘绕过程中会引入很大的应力，这种应力作用在还未冷却充分的非晶薄带上会引起性能的严重下降。另外，这种盘绕成卷的非晶薄带，给后续应用也带来了很多麻烦，通常人们需要将其倒出来，重新分切，非但增加了倒盘和分切设备的投入，而且，这种倒盘和分切过程需要浪费大量的劳动力，增加了非晶器件的生产成本。采用本发明技术，在非晶薄带甩制过程中，直接获得所需长度的非晶薄带，节省了现有工艺所需的盘绕设备、倒盘设备和分切设备投入，大大降低了非晶薄带及非晶器件生产过程的设备投入；同时避免了现有工艺的盘绕、倒盘和分切等重复劳动，大大降低了劳动成本。再者，采用本发明技术，还避免了现有技术在盘绕、分切过程中应力作用的引入，也就避免了因为盘绕、分切而引起的非晶薄带性能下降。

附图说明

图1是本发明实施例提供的免分切非盘绕的非晶薄带制备系统示意图；

图2是本发明实施例提供的非晶薄带收集器的截面图；

图3本发明实施例提供的冷却辊截面图。

图中：1、条段状非晶薄带；2、高频感应线圈；3、坩埚；4、合金熔融体；5、沟槽；6、冷却辊；7、后端面整齐板；8、非晶薄带叠垛；9、侧面整齐板；10、自动升降托板；11、托板升降支杆；12、升降支杆滑槽；13、前端面整齐挡板；14、喇叭收集器；15、熔体喷嘴；16、非晶薄带叠垛高度传感器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供的免盘绕分切的非晶薄带制备系统，包括：

用交流电弧熔炼法或高频感应加热法熔融母合金并将熔融的母合金输送到甩制装置的熔料装置；

用于将熔融的母合金甩制成非晶薄带的甩制装置；

用于在甩制装置前方设有的条段状非晶薄带自动收集器，所述条段状非晶薄带自动收集器将来自甩制装置的条段状非晶薄带自动收集并整齐叠放。

进一步，所述熔料装置包括：

按目标要求组分配置的并用交流电弧熔炼法或高频感应加热法熔融的合金熔融体4；

用于盛装合金熔融体的坩埚3；

围绕在坩埚外部并用于控制合金熔融体熔融温度的高频感应线圈2；

用于输送熔融的合金熔融体的熔体喷嘴15；

所述甩制装置包括：

用于将熔体喷嘴输送熔融的合金熔融体甩制成非晶薄带的冷却辊6；

垂直于快淬冷却辊旋转方向的冷却辊面上开设的若干个沟槽5，所述沟槽用于使非晶薄带在甩制过程中在沟槽处自动断开，形成条段状非晶薄带1；

所述条段状非晶薄带自动收集器包括：

用于存放冷却辊甩制成的非晶薄带的自动升降托板10；

存放在自动升降托板上的非晶薄带叠垛8；

连接在自动升降托板后端的后端面整齐板7；

连接在自动升降托板侧面的侧面整齐板9；

连接在自动升降托板前面的前端面整齐挡板13；

连接在自动升降托板下面并用于调节托板升降的托板升降支杆11；

容纳托板升降支杆的升降支杆滑槽12；

连接在非晶薄带叠垛8上方的喇叭收集器14；

所述升降支杆滑槽开设在前端面整齐板上；所述非晶薄带叠垛上安装有用于控制自动升降托板升降的非晶薄带叠垛高度传感器16。

本发明实施例提供的免分切非盘绕的非晶薄带制备方法，该免分切非盘绕的非晶薄带制备方法在垂直于快淬冷却辊旋转方向的冷却辊面上设有若干个沟槽，使非晶薄带在甩制过程中在沟槽处自动断开，形成条段状非晶薄带。

进一步，冷却辊面上所设沟槽为直线或为曲线；沟槽的宽度为0.1mm～0.5mm,深度为0.1mm～0.3mm。

进一步，所述免分切非盘绕的非晶薄带制备方法具体包括：

按目标要求组分配置母料，用交流电弧熔炼法或高频感应加热法配置母合金；

根据目标要求在冷却辊面上设置沟槽；

根据目标要求配置非晶薄带收集装置；

根据目标要求配置熔体喷嘴并熔融母合金；

根据目标要求采用单辊快淬法制备非晶薄带叠垛。

进一步，在冷却辊前方设有条段状非晶薄带自动收集器，将来自冷却辊的条段状非晶薄带自动收集并整齐叠放。

进一步，所述条段状非晶薄带自动收集器用于自动升降条段状非晶薄带自动收集器托板的高度。

进一步，所述自动升降托板的升降高度根据来自非晶薄带叠垛高度传感器探测到的非晶薄带高度信号进行自动升降。

进一步，所述母合金组分为FeSiB或FeCuNbSiB或FeCoNBSiB或FeSiBPC以及其它能够形成非晶的软磁合金；

所述条段状非晶薄带根据冷却辊旋转速度或根据熔融体喷嘴尺寸的大小进行控制。

下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

实施例1

按照以下步骤完成本发明实施例1：

1.母合金配制：按原子比包括78％的Fe、9％的Si和13％的B配制混合，在氩气保护下，用高频感应法加热熔融后冷却获得母合金。

2.在直径为45cm的冷却辊的辊面上垂直于旋转方向设置0.3mm宽0.2mm深的沟槽，然后抛光冷却辊面。

3.利用包括以下子步骤的单辊快淬技术制备出本发明的非晶合金薄带。

(a)将按上述原子比组成的母合金放入软化温度高于1400℃的坩埚中。

(b)在氩气保护下，用高频感应法加热母合金，直至熔化，并继续加热至过热成合金熔融体。

(c)通气加压使熔融合金从坩埚底部0.1mm宽和10mm长的喷嘴喷向以1200转/分(28.3米/秒)的速度高速旋转的冷却辊表面，合金熔融体在光滑辊面处被快速冷却凝固成非晶薄带，在辊面沟槽处形成整齐断口自动断开，形成宽为1cm，厚为30μm，长度为141cm的非晶薄带，在离心力和剥离气流的作用下非晶薄带被依次抛向喇叭收集器的喇叭口。

(d)抛向薄带喇叭收集器的非晶薄带在前端面整齐挡板和重力以及吹送气流或磁力的作用下被收集到喇叭收集器的颈部。

(e)从喇叭收集器颈部滑落的非晶薄带，被处在下方与之衔接的后端面整齐板和侧面整齐板，以10-30次/分的频次往复夹齐动作而被整理成整齐叠放的非晶薄带叠垛。

(f)非晶薄带叠垛放置在托板上，托板的位置由托板升降支杆控制，托板升降支杆可以在升降支杆滑槽中自由升降，根据位置传感器感知的非晶薄带叠垛的高度自动升降托板的位置，以满足整齐收集非晶薄带的要求。

实施例2

按照以下步骤完成本发明实施例2：

1.母合金配制：按原子比包括73.5％的Fe、1.0％的Cu、3.0％的Nb、13.5％原子比的Si和9.0％原子比的B配制混合，在氩气保护下，用高频感应法加热熔融后冷却获得母合金。

2.在直径为45cm的冷却辊的辊面上3等分处垂直于旋转方向设置0.15mm宽0.2mm深的沟槽，然后抛光冷却辊面。

3.利用包括以下子步骤的单辊快淬技术制备出本发明的非晶合金薄带。

(a)将按上述原子比组成的母合金放入软化温度高于1400℃的坩埚中。

(b)在氩气保护下，用高频感应法加热母合金，直至熔化，并继续加热至过热成合金熔融体。

(c)通气加压使熔融合金从坩埚底部0.1mm宽和5mm长的喷嘴喷向以1400转/分高速旋转的冷却辊表面，合金熔融体在光滑辊面处被快速冷却凝固成非晶薄带，在辊面沟槽处形成整齐断口自动断开，形成宽为5mm，厚为25μm，长度为47cm的非晶薄带，在离心力和剥离气流的作用下非晶薄带被依次抛向喇叭收集器的喇叭口。

(d)抛向薄带喇叭收集器的非晶薄带在前端面整齐挡板和重力以及吹送气流或磁力的作用下被收集到喇叭收集器的颈部。

(e)从喇叭收集器颈部滑落的非晶薄带，被处在下方与之衔接的后端面整齐板和侧面整齐板，以10-30次/分的频次往复夹齐动作而被整理成整齐叠放的非晶薄带叠垛。

(f)非晶薄带叠垛放置在托板上，托板的位置由托板升降支杆控制，托板升降支杆可以在升降支杆滑槽中自由升降，根据位置传感器感知的非晶薄带叠垛的高度自动升降托板的位置，以满足整齐收集非晶薄带的要求。

实施例3

按照以下步骤完成本发明实施例3：

1.母合金配制：

按原子比包括74.5％的Fe、8.8％的Si、9.8％的B、4.9％的P和2.0％的C混合配制合金母料，

2.在直径为45cm的冷却辊的辊面上5等分处垂直于旋转方向设置5个0.3mm宽0.2mm深的沟槽，然后抛光冷却辊面。

3.利用包括以下子步骤的单辊快淬技术制备出本发明的非晶合金薄带。

(a)将按上述原子比组成的母合金放入软化温度高于1400℃的坩埚中。

(b)在氩气保护下，用高频感应法加热母合金，直至熔化，并继续加热至过热成合金熔融体。

(c)通气加压使熔融合金从坩埚底部宽0.1mm和15mm场的喷嘴喷向以1300转/分高速旋转的冷却辊表面，合金熔融体在光滑辊面处被快速冷却凝固成非晶薄带，在辊面沟槽处形成整齐断口自动断开，形成宽为15mm，厚为28μm，长度为28cm的非晶薄带，在离心力和剥离气流的作用下非晶薄带被依次抛向喇叭收集器的喇叭口。

(d)抛向薄带喇叭收集器的非晶薄带在前端面整齐挡板和重力以及吹送气流或磁力的作用下被收集到喇叭收集器的颈部。

(e)从喇叭收集器颈部滑落的非晶薄带，被处在下方与之衔接的后端面整齐板和侧面整齐板，以10-30次/分的频次往复夹齐动作而被整理成整齐叠放的非晶薄带叠垛。

(f)非晶薄带叠垛放置在托板上，托板的位置由托板升降支杆控制，托板升降支杆可以在升降支杆滑槽中自由升降，根据位置传感器感知的非晶薄带叠垛的高度自动升降托板的位置，以满足整齐收集非晶薄带的要求。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明提供的一种免分切非盘绕的非晶薄带制备方法，不同于现有制备非晶薄带的一般技术。相比现有技术，本发明技术具有省工省时、提高生产效率、降低生产成本的优势。首先，采用本发明技术无需耗费劳力和时间对非晶薄带进行盘绕和倒盘，避免生产过程的劳动成本浪费，显著地降低生产成本。现有制备非晶薄带的技术，都需要先将长达数千米的连续非晶薄带进行盘绕。这种盘绕过程，存在严重的劳动力浪费，增加了劳动力成本，因为这种盘绕不符合后续应用的要求，还得将盘绕成卷的非晶薄带重新倒出来。而且为了等待已甩制非晶薄带的盘绕，不能进行连续的非晶薄带甩制，误工严重，影响了非晶薄带的生产效率。其次，采用本发明技术可以直接获得需要长度的非晶薄带，无需耗费劳力和时间对非晶薄带进行倒盘和分切，避免生产过程的劳动成本浪费，显著地降低生产成本。由于现有制备非晶薄带的技术都是将非晶薄带盘绕成卷，成卷的非晶薄带往往不符合应用的要求，通常需要盘绕成卷的非晶薄带重新倒出来进行分切。这种倒卷分切过程费工费时，一般需要占据非晶器件生产劳动成本的50％以上。可见，采用本发明技术，可以比现有技术节省50％以上的劳动力成本。

本发明提供的一种免分切非盘绕的非晶薄带制备方法，不同于现有制备非晶薄带的一般技术。相比现有技术，本发明技术工艺简单，具有大幅降低设备投入成本和劳动生产成本的优势。本发明技术，在避免重复劳动大幅度节省劳动力成本的同时还大幅度降低生产设备投入。一般的技术创新通常以加大设备投入为代价来节省劳动力成本。而本发明技术则是以避免重复劳动的方法实现劳动力成本的大幅度下降，即省略了非晶薄带的盘绕、倒盘和分切等十分耗费劳力的工序，同时节省了技术复杂的昂贵设备投入，即节省了非晶薄带在线自动盘绕系统(通常需要数百万元)和倒盘及分切设备，大大减轻了生产企业的设备投入压力，提升企业的投入产出比。

本发明提供的一种免分切非盘绕的非晶薄带制备方法，不同于现有制备非晶薄带的一般技术。相比现有技术，本发明技术制备的非晶薄带的性能具有明显优于现有技术制备材料性能的优势。本发明技术相比现有非晶薄带技术，由于在非晶薄带甩制过程中直接形成需要长度的非晶薄带，无需盘绕、分切，也就避免了现有技术因盘绕、分切引入应力作用感生磁各向异性使材料性能下降的问题，因此，采用本发明技术制备的非晶薄带的矫顽力、磁导率和剩磁等技术指标都明显优于现有技术制备的非晶薄带。

采用本发明提供的一种免分切非盘绕的非晶薄带制备方法，不同于现有制备非晶薄带的一般技术。相比现有技术，具有节能的优点：本发明技术节省了现有技术中的盘绕、倒盘和分切等工序，也就自然节省了现有技术进行盘绕、倒盘和分切等工序所需设备运转的耗能以及节省了为减弱因盘绕和分切引入应力作用而进行的退火工艺所需的耗能。同时，由于采用本发明技术制备的材料性能明显优于现有技术制备的材料，使得后续制备的器件也性能更优具有节能效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。