CN105018764B - 一种超薄非晶合金带材的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超薄非晶合金带材的制备方法，本发明使钢液斜喷向冷却体表面，且钢液的喷出方向与冷却体的转动方向相反，同时，减小了喷嘴下端面与冷却体之间的距离，从而增强了喷嘴下端面对钢液层流的刮压和修正作用，从而使所制备的非晶合金带材厚度薄且均匀，同时，提高了非晶合金带材的自由表面平整度和密度；本发明中将喷嘴流道与冷却体表面之间所成的锐角设置为15～85°，同时配合喷嘴下端面的刮压和修正作用，非晶合金带材对层流钢液的横向扰动减小，从而减小了带材的表面应力，降低了带材的横向弧形度；提高了非晶带材的质量品质及成品性能。
Description
技术领域
本发明涉及非晶合金带材的制备技术领域，具体指一种超薄非晶合金带材的制备方法。
背景技术
非晶软磁合金具有优异软的磁性能，非晶软磁合金被广泛应用于电力电子、航天航空﹑交通运输﹑电子信息通讯等不同领域中，以追求设备元器件小型化、低损耗、超灵敏等目标。超薄化是提高非晶软磁合金软磁性能的一种有效手段，非晶软磁合金随厚度减小其饱和磁感应强度、矫顽力、损耗等性能将得到进一步优化，是一种非常理想的新型功能材料，可替代电子电器设备所使用的传统材料而获得更好的效果。
在现有超薄非晶带材制备工艺技术中，制备非晶带材时，通常是将目标钢液由喷嘴直接喷射到圆形铜辊等高速转动的冷却载体上，使钢液快速凝固成一定厚度的薄带。申请号为CN201320303547.X、CN201120558598.8、CN201320304251.X、CN201420203937.4等的中国专利分别披露了不同的制备非晶合金带材的设备，它们的共性是钢液层流与冷却体表面呈垂直状态。然而，在这种钢液层流与冷却载体表面呈垂直状态和每秒百万度的冷却速率下，易使制备出的非晶带材内部产生很大的内应力，进而导致非晶带材变脆，而内应力的存在使带材横向有一定的弧形，从而影响后续应用的加工性。此外，钢液层流与冷却载体表面相互垂直也直接影响带材外表面的平整度，带材外表面容易出现划痕等缺陷。
因此，对于目前非晶合金带材的制备方法，有待于做进一步的改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种厚度薄且均匀、密度高、应力小、横向弧形度小的超薄非晶合金带材的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种超薄非晶合金带材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将目标母合金放入中频感应炉中感应加热融化，加热至目标母合金的熔点以上100～200℃，进行除渣处理；
(2)将喷嘴包提前预热至800～1000℃，然后将步骤(1)所得熔融的钢液经保温流槽倒入喷嘴包中，调整钢液至钢液的上端面与喷嘴底部之间的高度差为10～100cm，使钢液经过滤孔进入喷嘴中，然后使钢液在0.1～0.3MPa的压力下经喷嘴下端的流道斜喷向冷却体表面，且钢液的喷出方向与冷却体的转动方向相反，层流钢液快速铺展到冷却体表面上，极冷形成所述的超薄非晶合金带材；
步骤(2)中，所述喷嘴的流道自上而下逐渐朝冷却体转动的反方向倾斜布置。
作为改进，所述喷嘴流道与冷却体表面之间所成的锐角为15～85°。采用这样的结构，可以使制备方法不受喷嘴包和喷嘴结构的限制，最大限度的减小层流钢液与冷却体表面的夹角，提高钢液在冷却体表面的流动稳定性，制备出高质量的非晶合金带材。
再改进，所述喷嘴下端面到冷却体表面的距离为0.1～0.3mm。该结构与倾斜布置的喷嘴流道配合，使所制备的非晶合金带材的厚度随之减小，本发明中所制备的非晶合金带材厚度可达到12μm以下。
在上述各方案中，所述喷嘴流道的宽度为0.25～0.4mm。
优选地，步骤(2)中所述冷却体转动的表面线速度为30～40m/s。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明在制备非晶合金带材时，将喷嘴的流道设置为朝向冷却体方向倾斜，并减小了喷嘴下端面与冷却体之间的距离，从而增强了喷嘴下端面对钢液层流的刮压和修正作用，从而使所制备的非晶合金带材厚度薄且均匀，同时，提高了非晶合金带材的自由表面平整度和密度；
本发明中将喷嘴流道与冷却体表面之间所成的锐角设置为15～85°，同时配合喷嘴下端面的刮压和修正作用，非晶合金带材对层流钢液的横向扰动减小，从而减小了带材的表面应力，降低了带材的横向弧形度；
本发明制备方法不仅能解决了传统制备工艺造成的非晶合金带材厚薄不匀、自由表面平整度低、应力过大等问题，而且改善了钢液的流动属性，使得进入喷嘴流道内的层流钢液能稳定的铺展到冷却体表面，制备出厚度小、密度高、厚薄均匀、应力小、横向弧形度小的非晶带材，使所制备的非晶合金带材达到了较好的非晶度，提高了非晶带材的质量品质及成品性能。
附图说明
图1为本发明实施例1～4中喷嘴与冷却体的配合状态结构示意图；
图2为本发明实施例中1中所制备的非晶合金带材的厚度SEM图；
图3为本发明实施例中1中所制备的非晶合金带材的SEM图；
图4为本发明实施例中2中所制备的非晶合金带材的厚度SEM图；
图5为发明实施例中2中所制备的非晶合金带材的SEM图；
图6为本本发明实施例中3中所制备的非晶合金带材的厚度SEM图；
图7为本发明实施例中3中所制备的非晶合金带材的SEM图；
图8为本发明实施例中4中所制备的非晶合金带材的厚度SEM图；
图9为本发明实施例中4中所制备的非晶合金带材的SEM图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例的超薄非晶合金带材的制备方法包括以下步骤：
(1)采用Co69Fe4Ni2Si10B15合金为母合金，将其放入中频感应炉中感应加热融化，加热至目标母合金的熔点以上100℃，进行除渣处理；
(2)将喷嘴包提前预热至800℃，然后将步骤(1)所得熔融的钢液经保温流槽倒入喷嘴包中，调整钢液c至钢液的上端面与喷嘴a底部之间的高度差为10cm，钢液c经过滤孔进入喷嘴a中，钢液在0.1MPa的压力下经喷嘴a下端的流道a1斜喷向冷却体b表面，且钢液的喷出方向与冷却体b的转动方向相反，层流钢液快速铺展到冷却体表面上，极冷形成超薄非晶合金带材d；
如图1所示，该步骤中，喷嘴a的流道a1自上而下逐渐朝冷却体b转动的反方向倾斜布置，且喷嘴流道a1与冷却体b表面之间所成的锐角α为85°；喷嘴a下端面到冷却体表面的距离L为0.3mm；喷嘴流道a1的宽度L1为0.25mm；冷却体b转动的表面线速度为30m/s。
如图2可以看出，所制备的非晶带材厚度在45μm左右，同时断口出现少量崩裂现象，但整体厚度均匀，说明此制备态带材具有一定内应力，如图3可以看出，非晶带材存在少量凹凸之处，说明该非晶带材的表面平整度能达到一般应用要求。
实施例2：
本实施例的超薄非晶合金带材的制备方法包括以下步骤：
(1)采用Fe77Si8B15合金为母合金，将其放入中频感应炉中感应加热融化，加热至目标母合金的熔点以上200℃，进行除渣处理；
(2)将喷嘴包提前预热至1000℃，然后将步骤(1)所得熔融的钢液经保温流槽倒入喷嘴包中，调整钢液c至钢液的上端面与喷嘴a底部之间的高度差为100cm，钢液c经过滤孔进入喷嘴a中，钢液在0.3MPa的压力下斜喷向冷却体b表面，且钢液的喷出方向与冷却体b的转动方向相反，流钢液快速铺展到冷却体表面上，极冷形成超薄非晶合金带材d；
如图1所示，该步骤中，喷嘴a的流道a1自上而下逐渐朝冷却体b转动的反方向倾斜布置，且喷嘴流道a1与冷却体b表面之间所成的锐角α为60°；喷嘴a下端面到冷却体表面的距离L为0.25mm；喷嘴流道a1的宽度L1为0.4mm；冷却体b转动的表面线速度为35m/s。
如图4所示，所制备的非晶带材厚度在30μm左右，断口崩裂现象明显减少，说明此制备态带材的内应力有所减小，如图5所示，可以看出非晶带材的表观缺陷明显也减少，伴随少量的凸起，说明该非晶带材的表面平整度明显提高，这将提高非晶带材的软磁性能。
实施例3：
本实施例的超薄非晶合金带材的制备方法包括以下步骤：
(1)采用Co69Fe4Ni2Si10B15合金为母合金，将其放入中频感应炉中感应加热融化，加热至目标母合金的熔点以上100℃，进行除渣处理；
(2)将喷嘴包提前预热至900℃，然后将步骤(1)所得熔融的钢液经保温流槽倒入喷嘴包中，调整钢液c至钢液的上端面与喷嘴a底部之间的高度差为50cm，钢液c经过滤孔进入喷嘴a中，钢液在0.25MPa的压力下经喷嘴a下端的流道a1斜喷向冷却体b表面，且钢液的喷出方向与冷却体b的转动方向相反，钢液快速铺展到冷却体表面上，极冷形成超薄非晶合金带材d；
如图1所示，该步骤中，喷嘴a的流道a1自上而下逐渐朝冷却体b转动的反方向倾斜布置，且喷嘴流道a1与冷却体b表面之间所成的锐角α为45°；喷嘴a下端面到冷却体表面的距离L为0.2mm；喷嘴流道a1的宽度L1为0.35mm；冷却体b转动的表面线速度为30m/s。
如图6所示，可以看出所制备非晶带材的厚度在20μm左右，断口没有出现崩裂现象，说明此制备态带材的内应力被进一步减小，如图7所示，可以看出非晶带材的表观缺陷几乎没有，伴随少量几处的凸起，且衬度不明显，说明该非晶带材的表面平整度进一步提高，这将进一步提高非晶带材的软磁性能和应用性。
实施例4：
本实施例的超薄非晶合金带材的制备方法包括以下步骤：
(1)采用Co69Fe4Ni2Si10B15合金为母合金，将其放入中频感应炉中感应加热融化，加热至目标母合金的熔点以上150℃，进行除渣处理；
(2)将喷嘴包提前预热至900℃，然后将步骤(1)所得熔融的钢液经保温流槽倒入喷嘴包中，调整钢液c至钢液的上端面与喷嘴a底部之间的高度差为80cm，钢液c经过滤孔进入喷嘴a中，钢液在0.3MPa的压力下经喷嘴a下端的流道a1斜喷向冷却体b表面，且钢液的喷出方向与冷却体b的转动方向相反，层流钢液快速铺展到冷却体表面上，极冷形成超薄非晶合金带材d；
如图1所示，该步骤中，喷嘴a的流道a1自上而下逐渐朝冷却体b转动的反方向倾斜布置，且喷嘴流道a1与冷却体b表面之间所成的锐角α为15°；喷嘴a下端面到冷却体表面的距离L为0.1mm；喷嘴流道a1的宽度L1为0.4mm；冷却体b转动的表面线速度为40m/s。
如图8所示，可以看出非晶带材厚度在12μm左右，断口也没有出现崩裂现象，说明此制备态带材的内应力进一步减小，如图9所示，可以看出非晶带材的表观缺陷几乎没有，伴随极少量的凸起，整个可视区域平面衬度一致，呈镜面状，说明该非晶带材的表面平整度非常好，这将进一步提高非晶带材的软磁性能和应用性。
对比上述实施例1～4制备过程中喷嘴流道a1与冷却体b表面之间所成的锐角α的大小、喷嘴a下端面到冷却体b表面的距离L大小及所制备的非晶合金带材测试图可以看出，喷嘴流道a1与冷却体b表面之间所成的锐角α的越小、喷嘴a下端面到冷却体b表面的距离L越小，所制备的非晶合金带材质量品质越好。
Claims (4)
1.一种超薄非晶合金带材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将目标母合金放入中频感应炉中感应加热融化，加热至目标母合金的熔点以上100～200℃，进行除渣处理；
(2)将喷嘴包提前预热至800～1000℃，然后将步骤(1)所得熔融的钢液经保温流槽倒入喷嘴包中，使钢液经过滤孔进入喷嘴中，然后使钢液在0.1～0.3MPa的压力下经喷嘴下端的流道斜喷向冷却体表面，且钢液的喷出方向与冷却体的转动方向相反，以增强喷嘴下端面对钢液层流的刮压和修正作用，层流钢液快速铺展到冷却体表面上，极冷形成所述的超薄非晶合金带材，从而使所制备的非晶合金带材厚度薄且均匀；所述喷嘴流道与冷却体表面之间所成的锐角为15～85°。
2.根据权利要求1所述的超薄非晶合金带材的制备方法，其特征在于：所述喷嘴下端面到冷却体表面的距离为0.1～0.3mm。
3.根据权利要求1所述的超薄非晶合金带材的制备方法，其特征在于：所述喷嘴流道的宽度为0.25～0.4mm。
4.根据权利要求1所述的超薄非晶合金带材的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述冷却体转动的表面线速度为30～40m/s。
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