用于生產(chǎn)非晶質(zhì)合金板的方法以及使用該方法生產(chǎn)的非晶質(zhì)合金板技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種在低生產(chǎn)成本下生產(chǎn)具有高質(zhì)量的塊狀非晶質(zhì)合金板的方法，通過該方法在沒有使用其它附加工藝的情況下可以直接把合金熔體轉(zhuǎn)變成板狀。該方法包括：制備含有合金成分的熔體；將熔體加入到彼此反方向旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)輥之間限定的縫隙中，并且每個(gè)輥都裝備有熱交換裝置；以及當(dāng)熔體通過兩個(gè)輥之間限定的縫隙時(shí)，使用比將熔體轉(zhuǎn)變成非晶固體相的臨界冷卻速度更高的冷卻速度冷卻該熔體。本發(fā)明專利技術(shù)也提供了在低生產(chǎn)成本下生產(chǎn)高質(zhì)量塊狀非晶質(zhì)合金板的裝置以及塊狀非晶質(zhì)合金板。（*該技術(shù)在2023年保護(hù)過期，可自由使用*）

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種用于生產(chǎn)非晶質(zhì)或非晶態(tài)合金的方法，具體而言，是涉及一種用于生產(chǎn)塊狀(bulk)非晶質(zhì)合金板的方法。
技術(shù)介紹
非晶質(zhì)合金是一種由于擾亂了原子的排列而不具有結(jié)晶性的類液相微觀結(jié)構(gòu)的材料，而且不包含晶體缺陷如晶界和錯(cuò)位，這不同于傳統(tǒng)的晶體合金。因此，非晶質(zhì)合金是一種在機(jī)械性能如強(qiáng)度、磁性、耐腐蝕性等等方面顯著改善的材料。由于上述優(yōu)異性能，而增加了對(duì)于非晶質(zhì)合金材料的興趣，尤其地，作為新材料的非晶質(zhì)合金板能夠在不同的工業(yè)領(lǐng)域包括航空航天工業(yè)、核能設(shè)備工業(yè)和國防工業(yè)中用于各種目的。然而，盡管在許多的工業(yè)領(lǐng)域都有需求，但是對(duì)于規(guī)模生產(chǎn)非晶質(zhì)合金板的效率和工業(yè)適用方法仍舊沒有得到發(fā)展。至于用于生產(chǎn)非晶質(zhì)合金的傳統(tǒng)方法，采用壓模澆鑄法和硬模鑄造(permanent mold casting)。然而，壓模澆鑄法和硬模鑄造不適用于規(guī)模生產(chǎn)可用于各種目的的非晶質(zhì)合金板，而且沒有成本效率。熔體紡絲工藝是另一種用于生產(chǎn)非晶質(zhì)合金的傳統(tǒng)方法。然而，因?yàn)檫@種工藝打算用于生產(chǎn)厚度約為0.05mm或更薄的超薄型條狀形式的非晶質(zhì)合金材料產(chǎn)，因此該工藝不適合于生產(chǎn)塊狀非晶質(zhì)合金板。帶坯連鑄工藝是把金屬材料制備成板狀形式的方法。該方法具有如設(shè)備投資成本低、能耗低、以及相對(duì)于原材料有高的成品比例的優(yōu)點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)的帶坯連鑄工藝已經(jīng)理解為不適用于非晶質(zhì)合金板的生產(chǎn)，因此沒有關(guān)于使用傳統(tǒng)帶坯連鑄工藝生產(chǎn)非晶質(zhì)合金板的實(shí)例的報(bào)道。甚至傳統(tǒng)帶坯連鑄工藝可以用于生產(chǎn)非晶質(zhì)合金板的可能性也被否認(rèn)了。因此，為了使具有優(yōu)良性能的塊狀非晶質(zhì)合金在更多各種各樣工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用于更多目的，需要發(fā)展在低生產(chǎn)成本下用于批量生產(chǎn)具有多用途的板狀形式的塊狀非晶質(zhì)合金的方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供了一種在低生產(chǎn)成本下用于生產(chǎn)具有高質(zhì)量的塊狀非晶質(zhì)合金板的方法，通過該方法把熔化的合金直接地轉(zhuǎn)變成板狀而沒有應(yīng)用其它附加工藝。本專利技術(shù)也提供了一種用于在低生產(chǎn)成本下生產(chǎn)高質(zhì)量塊狀非晶質(zhì)合金板的裝置以及一種塊狀非晶質(zhì)合金板。附圖說明圖1所示為用于生產(chǎn)根據(jù)本專利技術(shù)的非晶質(zhì)合金板的方法；圖2所示為用于生產(chǎn)根據(jù)本專利技術(shù)實(shí)施方案的非晶質(zhì)合金板的裝置示意圖；圖3所示為在圖2所示裝置的兩個(gè)輥中將非晶質(zhì)合金熔體轉(zhuǎn)變成板狀的圖。圖4示出了調(diào)節(jié)在圖2裝置中的兩個(gè)輥之間的縫隙的圖；圖5所示為根據(jù)通過水平線和連接兩個(gè)輥各自的旋轉(zhuǎn)中心的直線所限定的角度，圖2裝置中的兩個(gè)輥的安裝結(jié)構(gòu)的實(shí)例；圖6所示為根據(jù)本專利技術(shù)實(shí)施例生產(chǎn)的非晶質(zhì)合金板的X射線衍射圖；和圖7所示為根據(jù)本專利技術(shù)實(shí)施例生產(chǎn)的非晶質(zhì)合金板的微觀結(jié)構(gòu)的光學(xué)顯微照片；具體實(shí)施方式一種用于生產(chǎn)根據(jù)本專利技術(shù)的非晶質(zhì)合金板的方法，它包括制備包含合金成分的熔體；把熔體送入到由兩個(gè)彼此反方向旋轉(zhuǎn)的輥之間限定的縫隙內(nèi)，并且每個(gè)輥都裝備有熱交換裝置；以及當(dāng)熔體通過兩個(gè)輥之間所限定的縫隙時(shí)，用比將熔體轉(zhuǎn)變成非晶質(zhì)固相的臨界冷卻速度更高的冷卻速度冷卻熔體。一種用于生產(chǎn)根據(jù)本專利技術(shù)的非晶質(zhì)合金板的裝置，它包括坩鍋，用于接收包含合金成分的熔體，而且該坩鍋裝備有熔體出口；兩個(gè)輥，當(dāng)熔體通過兩個(gè)輥之間所限定的縫隙時(shí)，每個(gè)都裝備有熱交換裝置以比用于將熔體轉(zhuǎn)變成非晶質(zhì)固相的臨界冷卻速度更高的冷卻速度冷卻熔體；和連接通道，用于使熔體從坩鍋的熔體出口流向兩個(gè)輥之間限定的縫隙中。在下文中將詳細(xì)描述用于生產(chǎn)根據(jù)本專利技術(shù)的非晶質(zhì)合金板的方法；圖1示意性地示出了用于生產(chǎn)根據(jù)本專利技術(shù)的非晶質(zhì)合金板的方法。例如，使用裝備有適合于熔融合金成分的加熱裝置并且具有可密封的坩鍋的熔爐進(jìn)行制備熔體的步驟。在熔爐中配備的加熱裝置可以以加熱方式進(jìn)行，如電阻加熱、電弧加熱、感應(yīng)加熱、紅外線加熱、電子束加熱、以及激光加熱，但是并不局限于這些方式。制備熔體的步驟可以在惰性的或非惰性氣氛中進(jìn)行。至于一些特殊的合金，非結(jié)晶化要求惰性氣氛。在這種情況下，優(yōu)選在惰性氣氛中進(jìn)行制備熔體的步驟。在使用上述熔爐進(jìn)行制備熔體步驟的情況下，惰性氣氛可以通過把惰性氣體加入到熔爐中來實(shí)現(xiàn)。在此處使用的惰性氣體的實(shí)例包括氦、氖、氬、氪、氙、氡、氮或它們的混合物。另外，惰性氣氛可以通過把可密封坩鍋保持在真空狀態(tài)下來實(shí)現(xiàn)。制備熔體的步驟還可以按特殊合金的要求在其它的特殊氣氛中進(jìn)行。在這種情況下，形成這種特殊氣氛所需要的氣體注入到坩鍋中。這樣制備的熔體注入到兩個(gè)彼此反方向旋轉(zhuǎn)的輥之間所限定的縫隙中，并且每個(gè)輥都裝備有熱交換裝置。根據(jù)本專利技術(shù)的實(shí)施方案，熔爐具有熔體噴嘴，該噴嘴位于兩個(gè)輥附近。熔體通過熔體噴嘴加入到兩個(gè)輥之間限定的縫隙中。加入到兩個(gè)輥之間限定的縫隙中的熔體以比用于將熔體轉(zhuǎn)變成非晶相的臨界冷卻速度更高的冷卻速度冷卻。為了完成這種快速冷卻，兩個(gè)輥由具有優(yōu)良導(dǎo)熱性能的材料制成并且裝備有熱交換裝置。銅-基合金材料可以用作用于兩個(gè)輥的優(yōu)良導(dǎo)熱材料，但并不限制于這些。例如，安裝在兩個(gè)輥中的熱交換裝置可以是用于冷卻液流動(dòng)的回路，但并不局限于這些。冷卻液可能是冷卻水或冷卻油。兩個(gè)輥的直徑和轉(zhuǎn)速?zèng)]有特殊的限制。然而，考慮到熱傳遞，在兩個(gè)輥的圓周上的線速度可以大約為1～10cm/sec。而且，兩個(gè)輥之間的縫隙也沒有特殊的限制。然而，考慮到熱傳遞和/或所需板的厚度，兩個(gè)輥之間的縫隙可以在0.5～20mm范圍內(nèi)。只要本專利技術(shù)的目的可以實(shí)現(xiàn)，兩個(gè)輥之間的縫隙也可以小于0.5mm或大于20mm。另外，輥的寬度也沒有特殊的限制。輥的寬度可以根據(jù)所需板的最大寬度而恰當(dāng)確定。通常，用于非晶相形成的臨界冷卻速度根據(jù)合金類型而變化。用于特殊合金的恰當(dāng)?shù)睦鋮s速度可以通過調(diào)節(jié)冷卻液的循環(huán)速度、兩個(gè)輥的轉(zhuǎn)速、兩個(gè)輥之間的縫隙、熔體的溫度等來實(shí)現(xiàn)。熔體通過上述快速冷卻鑄成非晶質(zhì)合金板，然后從輥中取出。由于通過兩個(gè)輥的軋制作用，防止了裂縫和空氣隙的產(chǎn)生，這是通過X射線衍射和顯微鏡圖像分析結(jié)果確定的。在本專利技術(shù)方法中，如果加入到兩個(gè)輥之間限定的縫隙中的熔體溫度太低，則熔體給料不能順利進(jìn)行，因此，難以生產(chǎn)薄板。另一方面，如果溫度過高，則即使使用了兩個(gè)輥和熱交換裝置，熔體也不能充分地冷卻，因此，也難以生產(chǎn)非晶質(zhì)的薄板。如果兩個(gè)輥的表面溫度太低，則熔體不能以均勻比例冷卻，因此，熔體的填料不能順利進(jìn)行。此外，可能在形成薄板的邊緣引起裂縫。另一方面，如果溫度過高，難以獲得臨界冷卻速度以上的冷卻速度。如果兩個(gè)輥的轉(zhuǎn)速太慢，則可能在非晶固體合金完全地離開輥之前熔體就可能固化了，因此，輥的運(yùn)行可能中止。另一方面，如果轉(zhuǎn)速過快，則不能充分地實(shí)現(xiàn)均勻冷卻，因此，難以生產(chǎn)具有高質(zhì)量的薄板。如果兩個(gè)輥之間的縫隙過小，則難以生產(chǎn)塊狀非晶質(zhì)合金板。此外，由于熔體的過度給料，其它的加工因素可能有不利的影響。同時(shí)，可能在形成薄板的邊緣引起裂縫。另一方面，如果縫隙太大，則可能形成過厚的板，因此，在薄板的中心部分不能實(shí)現(xiàn)在臨界冷卻速度以上的冷卻速度。結(jié)果，難以獲得均勻的、高質(zhì)量的非晶質(zhì)合金。作為說明性實(shí)例，在包括45～49原子％的Cu、32～34原子％的Ti、10～13原子％的Zr、5～7原子％的Ni、1～3原子％的Sn、以及0.5～2原子％的Si的銅-基非晶質(zhì)合金情況下，注入到兩個(gè)輥之間限定的縫隙中的熔體溫度可以設(shè)定為500～1500℃，兩個(gè)輥的表面溫度大約在15～30℃的范圍，兩個(gè)輥的轉(zhuǎn)速大約為1～10cm本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于生產(chǎn)非晶質(zhì)合金板的方法，該方法包括如下：制備含有合金成分的熔體；將熔體加入到彼此反方向旋轉(zhuǎn)的兩個(gè)輥之間限定的縫隙中，并且每個(gè)輥都裝備有熱交換裝置；和當(dāng)熔體通過所述兩個(gè)輥之間限定的縫隙時(shí)，使用比將熔體轉(zhuǎn)變成非晶 固體相的臨界冷卻速度更高的冷卻速度冷卻熔體。

【技術(shù)特征摘要】
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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：李汀求，樸圣秀，李東根，金洛俊，樸永秀，李圣鶴，金昌圭，李翰尚，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：學(xué)校法人浦項(xiàng)工科大學(xué)校，
類型：發(fā)明
國別省市：KR[韓國]