CN104060199A - 塞尺带用非晶合金带材及制备方法 - Google Patents

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塞尺带用非晶合金带材，其特征在于，所述带材为非晶合金，所述带材的厚度为10~100微米。非晶合金材料具有高强度、高韧性等优点，将其用作塞尺带的材料还不多见。本发明的塞尺带用非晶合金带材厚度小，能适应微米级的缝隙，韧性好，弯折180度不会发生断裂，带材的在各个方向上的误差小，表面粗糙度低，且耐腐蚀。

Description

塞尺带用非晶合金带材及制备方法
技术领域
本发明属于塞尺领域，具体涉及一种用作塞尺带的非晶合金带材，同时本发明还涉及该塞尺带用非晶合金带材的制备方法。
背景技术
塞尺或塞尺带是用来测量和填补机械设备中的微米级缝隙的一种带材，通常由金属合金制成。常用的塞尺带原料一般为不锈钢或铜的带胚，通过将此带胚进行机械轧制，减小金属片的厚度，以获得合适厚度的塞尺带。但这种工艺中需要进行多次退火处理以恢复材料的延展性，如此反复轧制、反复退火直接导致人力、能源、材料的成本上升。
如公开为CN102228902A的中国发明专利申请《一种超薄不锈钢带的冷轧工艺》公开了一种超薄不锈钢带的冷轧工艺，该工艺涉及反复的轧制和退火，再经平整、重卷、裁剪、包装等多个步骤才能入库，最终得到0.1mm的超薄钢带。该工艺复杂，耗能大，人力成本和时间成本高。
再如公开号为CN1356185A的中国发明专利《高精度超薄特宽冷轧钢带和光纤电缆屏蔽专用镀铬钢带及工艺》公开了一种镀铬钢带的工艺，该工艺通过热轧得到0.1～0.25mm的钢带，再经过化学脱脂、清洗、电解脱脂、酸洗、一次镀铬、清洗、二次镀铬、清洗、烘干及涂油等处理得到0.06～0.08mm之间的高精度超薄冷轧钢带。可见其工艺也相当复杂，耗能大，人力成本和时间成本高。
目前，单辊快淬法的应用与普及为非晶带材的制备带来了极大的方便。如文献《平面流铸技术熔潭的特性》(哈尔滨工业大学学报，2000，24(4)：273‐274)中公开了一种平面流铸技术，将熔融金属喷射在高速旋转的冷却辊表面并在重力或旋转离心力作用下铺展形成熔潭，熔潭与冷却辊接触的界面层被急冷而凝固,并随冷却辊一同旋转继续冷却形成金属薄带，金属薄带自身收缩和离心力作用下脱离辊轮轮缘面。该工艺与冷轧工艺相比，设备简单，耗能小，带材成型速度快，性能优异，具有良好的延展性。
再如公开号为CN103658575A的中国发明专利《一种内辊式单辊快淬制备非晶薄带的方法》公开了一种改进后的内辊式单辊快淬工艺，熔体在内辊的内表面上展开和冷却，即使在离心力很大的情况下也能避免熔体飞溅现象的发生，能制备出厚度更小的带材。
非晶合金带材的性能一方面与制备工艺有关，另一方面也与材料的合金组分有关。目前随着制备工艺的不断改进与优化，合金组分对材料性能的影响正在变得越来越大。目前，由于合金组分配比的原因，很多公开的薄型带材其厚度较厚，难以适应塞尺带的应用范围。
如公开号为CN102839335A的中国发明专利《一种钴基非晶薄带合金材料及制备方法》公开了一种钴基非晶带材，该带材的厚度为200～350μm。
因此，在制备工艺经过不断改进与优化后，超薄非晶合金带材的获得很大程度上取决于合金中金属组分的选择与比例，而非晶合金材料在塞尺带中的应用还很少见。
发明内容
本发明提供了一类塞尺带用非晶合金带材，该带材厚度小，韧性好，耐腐蚀性能好，同时本带材的制备方法简单。
本发明通过以下技术方案实现：
塞尺带用非晶合金带材，其特征在于，所述带材为非晶合金，所述带材的厚度为10～100微米。非晶合金材料具有高强度、高韧性等优点，将其用作塞尺带的材料还不多见。
作为优选，所述带材的厚度为10～50微米。目前用作塞尺的带材大多采用冷轧工艺制备，受此工艺条件限制，难以制备厚度小的塞尺带材。
作为优选，所述带材厚度沿其长度方向10m内的厚度偏差小于平均厚度的5％。
作为优选，所述带材的表面粗糙度小于0.5微米。
作为优选，所述带材沿其宽度方向的厚度偏差小于2微米。
作为优选，所述带材宽度偏差小于平均宽度的0.5％。
超薄型的塞尺带材对其厚度偏差、宽度偏差、表面粗糙度等都有很高的要求，表面不平整或者厚度、宽度上的偏差将难以适应微米级别的缝隙，以上性质能保证本发明的塞尺带的质量。
作为优选，所述带材的断裂强度为490～5100MPa，维氏硬度为150～1200。
作为优选，所述带材的选自铁基非晶合金、铁铬基非晶合金、钴基非晶合金、铁镍基非晶合金、镍基非晶合金、铜基非晶合金、锆基非晶合金、钛基非晶合金、铈基非晶合金。
以上所述的非晶合金材料具有高强度、高韧性等优点，由该材料制备的塞尺具有优良的性能。
作为优选，所述铁基非晶合金具有以下组成：Fe70～82B6～18Si5～12Cr1～5；
所述铁铬基非晶合金具有以下组成：Fe42～45Cr13～15Mo15～17C17～19B6～8；
所述铁镍基非晶合金具有以下组成：Fe65～71Ni4～10Mo3～4P10～11C3～5B4～5Si2～3；
所述镍基非晶合金具有以下组成：Ni37～43Cu4～6Ti15～17Zr28～30Al9～11；
所述钴基非晶合金具有以下组成：Co58～68Nb4～10B22～33；
所述锆基非晶合金具有以下组成：Zr50～55Cu16～18Ni13～16Al9～11Ti4～6；
所述铜基非晶合金具有以下组成：Cu59～63Zr27～31Ti7～11；
所述钛基非晶合金具有以下组成：Ti38～42Zr9～11Cu33～34Pd13～15Sn2～3；
所述铈基非晶合金具有以下组成：Ce65～69Al9～12Cu19～22Nb1.5～2.5。
本发明还涉及以上塞尺带用非晶合金带材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将符合配比的金属原料进行混合熔炼，得到合金熔体；
(2)通过快淬法制备合金带材；
(3)制备过程中通过调整喷嘴宽度调整合金带材的宽度，通过控制合金熔体温度和辊转速保证合金带材的韧性，通过调整液位高度、辊转速和辊嘴间距控制带材的厚度。
该工艺采用快淬法，在极短的时间内完成，有效的解决了传统塞尺带制备中轧制去油，退火等过程。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的带材制备方法可以方便的调整所制备带材的宽度和厚度，所制备出来的非晶合金带材在稳定制备过程中，误差极小，具有很高的厚度一致性；且所获得的带材表面质量好，同时由于表面质量好，且是非晶态结构，所以带材比同种成分的晶态材料具有更好的耐腐蚀性能；带材能否制备只需考虑非晶形成能力，不需要材料具有很好的韧性，克服了一些合金韧性不足，不能用轧制制备成带材的技术缺陷。
本发明由于可以选用相当广泛的合金成分来进行制备，因而具有适应范围极广的优点，所以带材的硬度范围和强度范围广，通过优选不同的合金成分，可以调整合金带材的韧性和耐蚀性。
附图说明
图1为本发明制备过程的示意图。
图2为实施例1、3、5、7和9带材的X射线衍射图。
图3为实施例2、4、6和8带材的X射线衍射图。
图4为实施例3带材表面的原子力显微镜图。
图5为实施例2、8和比较例4合金带材在1mol/L HCl溶液中的耐腐蚀性能对比图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，但本发明不只局限于以下实施例。
表1 实施例及对比例的组分、硬度和强度
实施例1至9
合金的成分表见表1，制备方法如下：
先将各实施例中合金组分的原子百分比转换成重量百分比，按比例称量好原料备用；将配比好的原料混合放入熔炼炉内，抽真空熔炼，熔炼保温一定时间，得到均匀混合的合金熔体，再如图1所示，通过快淬法，将喷带包1中的合金熔体2喷出，直接喷射到高速旋转的铜辊表面3，快速冷却产生连续的带材4。
制备过程中通过调整喷嘴宽度调整合金带材的宽度，通过控制合金熔体温度和辊转速保证合金带材的韧性，通过调整液位高度、辊转速和辊嘴间距控制带材的厚度。本方法非常适合制备10～50μm的超薄带材，带材的表面质量跟铜辊的表面质量和喷射压力有关，所以为了获得表面粗糙度小的非晶塞尺带材，应提高铜辊的表面质量，使其平整，无缺陷。带材连续性好，用户可根据需要，剪裁相应长度的带材。本发明的带材韧性好，将带材紧贴直径为3mm的抛光钢棒回折180度，整条带材从头至尾不发生断裂破损。
维氏硬度及强度测试：
将上述实施例1至9的合金材料重新熔化，利用适当的压力差将熔融的合金液压普通铜模中，制得不同直径的块体非晶合金。
通过万能试样机和维氏硬度仪测试材料的断裂强度和维氏硬度，结果见表1。
合金组分和比例的不同，使得所制备出的非晶合金带材的物理性质相差较大，所以利用本发明的制备方法可以获得不同硬度和强度的非晶合金塞尺带，以满足不同使用条件下的带材制备方法。
误差数据：
实施例中还测试了带材的厚度，随长度和宽度方向上的误差，测试数据见表2。
表2 不同合金成分的非晶带材在不同甩带条件下得到带材的厚度及误差
耐腐蚀性能测试：
根据实施例2和实施例8的合金组分，选用单质原材料或者中间合金按照分子式为Fe45Cr14Mo16C18B7和Ti40Zr10Cu34Pd14Sn2进行配比，进行混合，熔炼保温一定时间，得到均匀混合的合金熔体，再如图1所示，将合金熔体直接喷射到高速旋转的铜辊表面，快速冷却产生连续的带材。
对获得的带材进行耐腐蚀性能测试，实验采用腐蚀溶液浸泡法获得合金的失重，再通过公式换算得到材料的年腐蚀速率，图4是实施例2、实施例8和比较例4合金带材在1mol/L浓度HCl溶液中的耐腐蚀性能对比，通过图4可清晰看出，非晶塞尺带材在1mol/L浓度HCl溶液中具有比316不锈钢更优异的耐腐蚀性能。
原子力显微镜表征：
根据实施例3的合金组分，选用单质原材料或者中间合金按照分子式为Fe68Ni7Mo3.5P10.5C4B4.5Si2.5进行配比，进行混合，熔炼保温一定时间，得到均匀混合的合金熔体，再如图1所示，将合金熔体直接喷射到高速旋转的铜辊表面，快速冷却产生连续的带材。
使用原子力显微镜测试带材的表面质量，所得到原子力显微镜的图片如图3所示。显然，本发明塞尺带材具有较高的表面质量，缺陷少，平整度高。
X射线衍射表征：
对实施例1～9所制备的带材进行了X射线衍射表征，见图2与图3，其X射线衍射图为弥散的非晶峰。
本发明制备过程相当简单，塞尺带材制备过程中，从合金原料熔化后到成为塞尺带材，在极短的时间(微秒)内完成，带材的尺寸可控，带材的均一性好。所得的非晶合金带材性能优异，一致性好，表面粗糙度小，且同时由于合金成分范围广，能生产出来各种硬度范围的塞尺带材，而且非晶塞尺带由于其非晶结构，无位错晶界等缺陷，使之具有良好的耐腐蚀性能。

Claims (10)

1.塞尺带用非晶合金带材，其特征在于，所述带材为非晶合金，所述带材的厚度为10～100微米。
2.根据权利要求1所述的塞尺带用非晶合金带材，其特征在于，所述带材的厚度为10～50微米。
3.根据权利要求2所述的塞尺带用非晶合金带材，其特征在于，所述带材厚度沿其长度方向10m内的厚度偏差小于平均厚度的5％。
4.根据权利要求3所述的塞尺带用非晶合金带材，其特征在于，所述带材的表面粗糙度小于0.5微米。
5.根据权利要求4所述的塞尺带用非晶合金带材，其特征在于，所述带材沿其宽度方向的厚度偏差小于2微米。
6.根据权利要求5所述的塞尺带用非晶合金带材，其特征在于，所述带材宽度偏差小于平均宽度的0.5％。
7.根据权利要求6所述的塞尺带用非晶合金带材，其特征在于，所述带材的断裂强度为490～5100MPa，维氏硬度为150～1200。
8.根据权利要求1至7任一项所述的塞尺带用非晶合金带材，其特征在于，所述带材的选自铁基非晶合金、铁铬基非晶合金、铁镍基非晶合金、镍基非晶合金、钴基非晶合金、铜基非晶合金、锆基非晶合金、钛基非晶合金、铈基非晶合金。
9.根据权利要求8所述的塞尺带用非晶合金带材，其特征在于，作为优选，所述铁基非晶合金具有以下组成：Fe70～82B6～18Si5～12Cr1～5；
所述铁铬基非晶合金具有以下组成：Fe42～45Cr13～15Mo15～17C17～19B6～8；
所述铁镍基非晶合金具有以下组成：Fe65～71Ni4～10Mo3～4P10～11C3～5B4～5Si2～3；
所述镍基非晶合金具有以下组成：Ni37～43Cu4～6Ti15～17Zr28～30Al9～11；
所述钴基非晶合金具有以下组成：Co58～68Nb4～10B22～33；
所述锆基非晶合金具有以下组成：Zr50～55Cu16～18Ni13～16Al9～11Ti4～6；
所述铜基非晶合金具有以下组成：Cu59～63Zr27～31Ti7～11；
所述钛基非晶合金具有以下组成：Ti38～42Zr9～11Cu33～34Pd13～15Sn2～3；
所述铈基非晶合金具有以下组成：Ce65～69Al9～12Cu19～22Nb1.5～2.5。
10.上述权利要求任一项所述的塞尺带用非晶合金带材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将符合配比的金属原料进行混合熔炼，得到合金熔体；
(2)通过快淬法制备合金带材。制备过程中通过调整喷嘴宽度调整合金带材的宽度，通过控制合金熔体温度和辊转速保证合金带材的韧性，通过调整液位高度、辊转速和辊嘴间距控制带材的厚度。
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