CN103170590A - 一种多层结构Fe-Sn过偏晶合金薄带的制备方法 - Google Patents

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王楠
周龙
张莉
姚文静
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Abstract

本发明涉及一种制备具有多层结构的Fe-Sn过偏晶合金薄带的方法，属难混溶合金材料技术领域。将一定纯度的纯Fe和纯Sn按一定重量比进行合金熔配，控制Fe-Sn合金中Sn含量在76～82wt%范围内，利用单辊成形方法进行薄带制备，且辊面线速度控制为3m/s～25m/s，试管喷嘴距辊面最高点3～5mm，喷嘴直径0.5～0.7mm。其技术特点是利用铜辊快速旋转过程中的高吸热能力以及高传热性能，配合特定的技术参数，使液态Fe-Sn合金喷射到铜辊表面快速冷却并凝固而形成薄带，其内部沿厚度方向，呈两种组织交替出现的多层结构。

Description

一种多层结构Fe-Sn过偏晶合金薄带的制备方法
技术领域
本发明涉及一种多层结构Fe-Sn过偏晶合金薄带的制备方法，属难混溶合金材料技术领域。
背景技术
复合材料一直被广泛认为是具有很大潜力的工程材料，而偏晶合金是一种典型的自生复合材料，如Fe-Sn，Cu-Pb，Ni-Ag等，形成的两相固溶体或化合物硬度相差很大，可以构成工业中理想的自润滑耐磨材料及自润滑导电材料，与金属基人工复合材料相比，自生复合材料有很多优点，是一种更经济、更有应用前景的工程材料。另外，如果能得到一类由两种组织交替出现的多层结构材料，而这两种组织的某些性质又存在显著差异，那么这种材料在相应的领域将有极大的应用潜力。但是，目前无论在科学研究或生产方面，自生复合材料都落后于人工复合材料。究其原因，很重要一点是在常规凝固条件下，偏晶合金组元间密度差异大，发生L→L1+L2两液相分离后产生的分离液相由于受重力驱动的Stokes运动作用，往往导致最终的凝固组织宏观偏析严重，影响合金的物理化学性能，从而制约此类合金的应用。
为了解决上述问题，人们尝试快速凝固技术，但仅能制备出组织均匀弥散分布或者壳核结构的偏晶合金。近年来，有研究者利用单辊技术制备出2～3层晶体与非晶交替出现的三元Ag-Ni-Nb合金多层结构薄带（“Liquid phase separation in immiscibleAg-Ni-Nb alloy and formation of crystalline/amorphous composite”,《Journal ofNon-Crystalline Solids》,357(2011),3561-3564），这类材料在应用物理和电子工业领域都有着极大的潜力。但是二元Fe-Sn过偏晶合金与三元Ag-Ni-Nb合金有很多不同，使得在合金成分、熔体下流量和辊面线速度等诸多方面无参考性。因而，寻找一种多层结构Fe-Sn过偏晶合金薄带的制备方法成为必要。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种多层结构Fe-Sn过偏晶合金薄带的成形方法，得到两种组织交替出现的多层结构材料。
技术方案
一种多层结构Fe-Sn过偏晶合金薄带的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将纯度为99.8%的铁和99.999%的锡在有高纯Ar气保护下熔配为合金；
步骤2：将熔配好的合金放入真空室的底部有孔的石英试管中，抽真空5分钟后反充入高纯Ar气至1个大气压；然后再抽真空5分钟后反充入高纯Ar气至1个大气压；循环三次，最后反充高纯Ar气至0.8个大气压；所述石英试管底部的孔直径范围为0.5～0.7mm；
步骤3：采用高频电磁方法加热熔配合金，并使熔配合金在熔融态下保持10秒，再将Ar气充入石英试管使熔融态合金从该试管底部小孔喷出，射在距小孔3～5mm处，并以3～25米/秒辊面线速度旋转的，以纯铜为材质的单辊辊轮上，形成多层结构Fe-Sn过偏晶合金薄带。
所述铜制单辊的直径为118mm。
所述Fe-Sn合金中Sn的含量在76～82wt%范围内。
所述高纯Ar气为99.999%。
有益效果
本发明提出的一种多层结构Fe-Sn过偏晶合金薄带的成形方法，以纯铜为材质的单辊在制备薄带过程中冷却速率可达104-106K/s，属于快速凝固范畴，可以减弱和抑制常规条件下的宏观偏析；所选Fe-Sn过偏晶合金成分控制在不混溶区最高点右侧局部，液相分离时第二相是高熔点的富Fe相，基体为低熔点的富Sn相，控制适当的熔体下流高度、辊面线速度等条件，熔体内在Marangoni迁移作用与Stokes运动等因素的综合作用下，最终出现两种组织交替出现的多层结构合金薄带。
附图说明
图1：采用TESCAN VEGA3LMH扫描电子显微镜观察实施例1制备的合金薄带纵截面；
图2：采用ZEISS SUPRA55扫描电子显微镜观察实施例2制备的合金薄带纵截面。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
实施例1：
步骤1：将纯度99.8%的铁和99.999%的锡在有高纯Ar气保护下熔配为Fe-76wt%Sn合金，样品总质量3克；
步骤2：将熔配好的合金放入真空室的底部有孔的石英试管中，所述石英试管底部的孔直径范围为0.5～0.7mm，抽真空5分钟后反充入高纯Ar气至1个大气压；然后再抽真空5分钟后反充入高纯Ar气至1个大气压；循环三次，最后反充高纯Ar气至0.8个大气压；
步骤3：采用高频电磁方法加热熔配合金，并使熔配合金在熔融态下保持10秒，再将Ar气充入石英试管使熔融态合金从该试管底部小孔喷出，射在距小孔3～5mm处，并以3米/秒辊面线速度旋转的，以纯铜为材质的单辊辊轮上，形成合金薄带；
采用TESCAN VEGA3LMH扫描电子显微镜观察合金薄带纵截面，如图1所示，条带中形成了两种组织交替出现的多层结构。
实施例2：
步骤1：将纯度99.8%的铁和99.999%的锡在有高纯Ar气保护下熔配为Fe-82wt%Sn合金，样品总质量3克；
步骤2：将熔配好的合金放入真空室的底部有孔的石英试管中，所述石英试管底部的孔直径范围为0.5～0.7mm，抽真空5分钟后反充入高纯Ar气至1个大气压；然后再抽真空5分钟后反充入高纯Ar气至1个大气压；循环三次，最后反充高纯Ar气至0.8个大气压；
步骤3：采用高频电磁方法加热熔配合金，并使熔配合金在熔融态下保持10秒，再将Ar气充入石英试管使熔融态合金从该试管底部小孔喷出，射在距小孔3～5mm处，并以25米/秒辊面线速度旋转的，以纯铜为材质的单辊辊轮上，形成合金薄带；
采用ZEISS SUPRA55扫描电子显微镜观察合金薄带纵截面，如图2所示，条带中形成了两种组织交替出现的多层结构。

Claims (4)

1.一种多层结构Fe-Sn过偏晶合金薄带的制备方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：将纯度为99.8%的铁和99.999%的锡在有高纯Ar气保护下熔配为合金；
步骤2：将熔配好的合金放入真空室的底部有孔的石英试管中，抽真空5分钟后反充入高纯Ar气至1个大气压；然后再抽真空5分钟后反充入高纯Ar气至1个大气压；循环三次，最后反充高纯Ar气至0.8个大气压；所述石英试管底部的孔直径范围为0.5～0.7mm；
步骤3：采用高频电磁方法加热熔配合金，并使熔配合金在熔融态下保持10秒，再将Ar气充入石英试管使熔融态合金从该试管底部小孔喷出，射在距小孔3～5mm处，并以3～25米/秒辊面线速度旋转的，以纯铜为材质的单辊辊轮上，形成多层结构Fe-Sn过偏晶合金薄带。
2.根据权利要求1所述的Fe-Sn过偏晶合金薄带的成形方法，其特征在于：所述铜制单辊的直径为118mm。
3.根据权利要求1所述的Fe-Sn过偏晶合金薄带的成形方法，其特征在于：所述Fe-Sn合金中Sn的含量在76～82wt%范围内。
4.根据权利要求1所述的Fe-Sn过偏晶合金薄带的成形方法，其特征在于：所述高纯Ar气为99.999%。
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