CN105033205A - 非晶带材制备用喷嘴及具有该喷嘴的非晶带材制备装置 - Google Patents

Abstract

一种非晶带材制备用喷嘴，该喷嘴内部具有腔体，底部形成有流道，其特征在于前述流道的中心线或流道末端的切线与水平方向呈15°～85°。本发明还公开了具有该喷嘴的非晶带材制备装置。与现有技术相比，本发明的优点在于：实现钢液层流在冷却体表面的斜铺工艺方式，改善了钢液的流动属性，使得进入喷嘴流道内的层流钢液稳定铺展到冷却体表面，有利于提高非晶带材的质量品质。

Description

非晶带材制备用喷嘴及具有该喷嘴的非晶带材制备装置

技术领域

本发明涉及一种非晶合金制备用喷嘴，本发明还涉及具有该喷嘴的非晶带材制备装置，属于合金制造技术领域。

背景技术

非晶软磁合金具有优异软磁性能，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，可替代这些电子电器设备所用的传统材料。

在现有的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高速移动的冷却载体上(如圆形铜辊等)，快速凝固成一定厚度的薄带，喷流与冷却载体表面呈垂直状态。类似的技术文献可以参考专利号为ZL201210408407.9的中国发明专利《具有成分梯度的非晶带材及其制造方法》(授权公告号为CN102909326B)；又可以参考专利号为ZL201320819614.3的中国实用新型专利《非晶宽带制带设备用缓压喷嘴及非晶带连续生产系统》(授权公告号为CN203695951U)；还可以参考申请号为201410056107.8的中国发明专利申请公开《用于非晶带材制备的喷嘴加热装置和温度控制系统及方法》(申请公布号为CN103878329A)。

目前的这种喷嘴设计存在如下不足：首先，由于喷流与冷却载体表面呈垂直状态，在每秒百万度的冷却速率下，非晶带材内部易产生很大的内应力，使非晶带材变脆，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。其次，喷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，受喷嘴的刮擦带材外表面容易出现划痕等缺陷。因而这些因素直接影响带材的相关性能，无法保证后续器件的综合性能；最后，现有的喷嘴包或喷嘴设计能保证一般带材的稳定制备，但不能实现超薄带的制备。因此需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种能消除或减小非晶带材内应力的非晶带材制备用喷嘴。

本发明所要解决的又一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种能生产超薄非晶带材的非晶带材制备用喷嘴。

本发明所要解决的又一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种能消除或减小非晶带材内应力的非晶带材制备装置。

本发明所要解决的又一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种能生产超薄非晶带材的非晶带材制备装置。

针对斜喷式块体旋转流动铸造制备新工艺的钢液层流喷流与冷却载体表面呈不垂直接触特点，需调整或改变喷嘴包或喷嘴的结构设计，有三种调整改变喷嘴包或喷嘴的结构设计的方法，其一就是改变喷嘴包垂直度，其二就是改变喷嘴底面坡度，其三就是改变喷嘴流道结构。受喷嘴包和喷嘴结构限制，前两种调整角度范围小，实用性较低，而第三种方法保持喷嘴底部与冷却体顶部相切，通过喷嘴流道与喷嘴底部形成不同角度的锐角a，从而使钢液层流与冷却体成相应角度的锐角，该方法不受喷嘴包和喷嘴结构控制，调整角度范围大，可实现15°～85°的锐角。因此，可根据方法三通过特殊喷嘴流道形状实现对钢液层流的控制，从而实现钢液层流与冷却载体表面以不同角度接触，进而实现钢液层流在冷却载体表面的斜铺工艺，实现高品质超薄带材的制备，消除或减小非晶带材的内应力、弧形度、脆性，改善后续加工难题。

在传统工艺方法基础上开发出的斜喷式块体旋转流动铸造制备新工艺，该工艺需要改变钢液喷流与冷却载体表面的接触角度，进而需要对喷嘴流道进行新的设计，从而实现高品质超薄非晶带材的制备。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种非晶带材制备用喷嘴，该喷嘴内部具有腔体，底部形成有流道，其特征在于前述流道的中心线或流道末端的切线与水平方向呈15°～85°。实现钢液层流在冷却体表面上的斜铺方式。

进一步，所述喷嘴的底面为一平整面，则前述流道的中心线或流道末端的切线与喷嘴的底面呈15°～85°。

所述的流道可以是为倾斜的直线形，该流道的轴线与水平方向呈15°～85°。

所述的流道也可以是弧形，该流道的切线与水平方向呈15°～85°。

所述的流道还可以是复合形，例如，流道包括上端的竖直段及位于竖直段下方的弧形段，该弧形段的切线与水平方向呈15°～85°。

为了便于加工，所述的喷嘴包括左分体和右分体对接而成，前述左分体的右侧上端具有左大缺口，而右侧下端具有左小缺口，对应地，所述右分体的左侧上端具有右大缺口，而左侧下端具有右小缺口，前述左分体与右分体处于对接状态下，前述的左大缺口和右大缺口形成喷嘴内腔，同时，前述的左小缺口和右小缺口形成流道，左分体和右分体根据相应弧度要求加工，再组装成相应结构形状流道的喷嘴。

非晶带材制备装置，包括喷嘴及位于喷嘴下方的冷却体，前述喷嘴的底部与冷却体上端面具有间隙。所述喷嘴的钢液射流方向与冷却体表面呈15°～85°

与现有技术相比，本发明的优点在于：实现钢液层流在冷却体表面的斜铺工艺方式，改善了钢液的流动属性，使得进入喷嘴流道内的层流钢液稳定铺展到冷却体表面，制备出的非晶带材厚度小、密度高、厚薄均匀、应力小、横向弧形度小，有利于提高非晶带材的质量品质，达到较好的非晶度，从而提高成品的性能。可以实现超薄非晶带材的制备。

附图说明

图1是实施例1旋转流动铸造工艺的示意图。

图2是实施例1中喷嘴的结构示意图。

图3是实施例1制备出非晶带材物的横切面扫描电子显微照片。

图4是实施例1制备出非晶带材物的自由面扫描电子显微照片。

图5是实施例2制备出非晶带材物的横切面扫描电子显微照片。

图6是实施例2制备出非晶带材物的自由面扫描电子显微照片。

图7是实施例3喷嘴结构示意图。

图8是实施例3制备出非晶带材物的横切面扫描电子显微照片。

图9是实施例3制备出非晶带材物的自由面扫描电子显微照片。

图10是实施例4喷嘴结构示意图。

图11是实施例4制备出非晶带材物的横切面扫描电子显微照片。

图12是实施例4制备出非晶带材物的自由面扫描电子显微照片。

图13是实施例5喷嘴结构示意图。

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，如图1和图2所示，本实施例中的非晶带材制备用喷嘴10内部具有腔体11，底部形成有倾斜的直线形的流道2，流道2的中心线与水平方向呈锐角a，本实施例中的a为85°。喷嘴10的底面为一平整面12，即流道2的中心线与喷嘴的底面呈85°。

根据斜喷式块体旋转流动铸造工艺采用直线型流道设计中流道与冷却体3表面夹角a＝85°时(喷嘴的钢液射流方向与冷却体3表面呈85°)。采用Co₆₉Fe₄Ni₂Si₁₀B₁₅合金为母合金，首先通过感应将母合金加热T_w(T_w＝T_熔+100℃)，再通过外加一定压力P将熔融钢液压入流道2，钢液层流4与冷却体3表面呈85°，流道2厚度控制在0.4mm。调整喷嘴下表面与冷体却表面距离，并将该距离控制在0.3mm，同时控制冷却体表面线速度在30m/s，制备出连续带材。

如图3和图4所示，是在合金钢液层流与冷却体表面呈85°的块体旋转流动铸造工艺下制备出的非晶带材表观形貌，从图3中，可以看出非晶带材厚度在45μm左右，同时断嘴出现少量崩裂现象，但整体厚度均匀，说明此制备非晶带材具有一定内应力，而图4是非晶带材自由面的SEM(扫描电子显微镜)照片，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，本实施例中的a为60°，其他结构参考实施例1。

根据斜喷式块体旋转流动铸造工艺采用直线型流道设计中流道与冷却体表面夹角a＝60°时。采用与实施例1不同体系的Fe₇₇Si₈B₁₅合金为母合金，首先通过感应将母合金加热到T_w，再通过外加压力P将熔融钢液压入喷嘴流道，将钢液层流与冷却体表面的夹角调整到呈60°，喷嘴流道厚度维持0.4mm不变。减小喷嘴下表面与冷体却表面的距离，调整到0.25mm，同时维持冷却体表面线速度在35m/s，制备出连续Fe₇₇Si₈B₁₅带材。

图5和图6是在合金钢液层流与冷却体表面呈60°的块体旋转流动铸造工艺下制备出的非晶带材表观形貌，图5是非晶带材横切面的SEM照片，可以看出非晶带材厚度在30μm左右，断口崩裂现象明显减少，说明此制备非晶带材的内应力有所减小，而图6是非晶带材自由面的SEM照片，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。

实施例3，如图7所示，本实施例中的流道2为弧形，流道2的切线与喷嘴10的底面呈45°。其他结构参考实施例1。

根据斜喷式块体旋转流动铸造工艺采用直线型流道设计中流道与冷却体表面夹角a＝45°时。同样采用与实施例1同一批次的Co₆₉Fe₄Ni₂Si₁₀B₁₅合金为母合金，同样通过感应将母合金加热到T_w，再通过外加压力P将熔融钢液压入喷嘴流道，将钢液层流与冷却体表面的夹角调整到呈45°，喷嘴流道厚度维持0.4mm不变。进一步减小喷嘴下表面与冷体却表面的距离，调整到0.20mm，同时维持冷却体表面线速度在35m/s，制备出连续Co₆₈Fe₄Ni₁Si₁₂B₁₅超薄带材。

图8和图9是在合金钢液层流与冷却体表面呈45°的块体旋转流动铸造工艺下制备出的非晶带材表观形貌，其中图8是非晶带材横切面的SEM照片，可以看出非晶带材厚度在20μm左右，断口没有出现崩裂现象，说明此制备非晶带材的内应力被进一步减小，而图9是非晶带材自由面的SEM照片，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，这将进一步改善非晶带材的后续加工性。

实施例4，如图10所示，本实施例中的流道2为复合型流道，具体包括上端的竖直段21及位于竖直段21下方的弧形段22，该弧形段22的切线与喷嘴10底面呈15°。其他结构参考实施例1。

根据斜喷式块体旋转流动铸造工艺采用直线型流道设计中流道与冷却体表面夹角a＝15°时。同样采用与实施例1同一批次的Co₆₉Fe₄Ni₂Si₁₀B₁₅合金为母合金，同样通过感应将母合金加热到T_w，再通过外加压力P将熔融钢液压入喷嘴流道，将钢液层流与冷却体表面的夹角调整到呈15°，喷嘴流道厚度维持0.4mm不变。再进一步减小喷嘴下表面与冷体却表面的距离，调整到0.10mm，同时维持冷却体表面线速度在40m/s，制备出连续Co₆₉Fe₄Ni₂Si₁₀B₁₅超薄带材。

图11和图12是在合金钢液层流与冷却体表面呈15°的块体旋转流动铸造工艺下制备出的非晶带材表观形貌，其中图11是非晶带材横切面的SEM照片，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，说明此制备非晶带材的内应力进一步减小，而图12是非晶带材自由面的SEM照片，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，超薄非晶带材具有极高品质。

根据斜喷式块体旋转流动铸造工艺设计出不同结构的喷嘴，随着喷嘴流道与冷却载体表面接触角度的减小，制备出的超薄带材的表观性能随之提高。

实施例5，如图13所示，喷嘴10包括左分体10a和右分体10b对接而成，左分体10a的右侧上端具有左大缺口，而右侧下端具有左小缺口，对应地，右分体10b的左侧上端具有右大缺口，而左侧下端具有右小缺口，左分体10a与右分体10b处于对接状态下，左大缺口和右大缺口形成喷嘴的腔体11，同时，左小缺口和右小缺口形成流道2。其他结构参考实施例4。

Claims (8)

1.一种非晶带材制备用喷嘴，该喷嘴内部具有腔体，底部形成有流道，其特征在于前述流道的中心线或流道末端的切线与水平方向呈15°～85°。

2.根据权利要求1所述的非晶带材制备用喷嘴，其特征在于所述喷嘴的底面为一平整面，则前述流道的中心线或流道末端的切线与喷嘴的底面呈15°～85°。

3.根据权利要求1或2所述的非晶带材制备用喷嘴，其特征在于所述的流道为倾斜的直线形，该流道的轴线与水平方向呈15°～85°。

4.根据权利要求1或2所述的非晶带材制备用喷嘴，其特征在于所述的流道为弧形，该流道的切线与水平方向呈15°～85°。

5.根据权利要求1或2所述的非晶带材制备用喷嘴，其特征在于所述的流道包括上端的竖直段及位于竖直段下方的弧形段，该弧形段的切线与水平方向呈15°～85°。

6.根据权利要求1或2所述的非晶带材制备用喷嘴，其特征在于所述的喷嘴包括左分体和右分体对接而成，前述左分体的右侧上端具有左大缺口，而右侧下端具有左小缺口，对应地，所述右分体的左侧上端具有右大缺口，而左侧下端具有右小缺口，前述左分体与右分体处于对接状态下，前述的左大缺口和右大缺口形成喷嘴内腔，同时，前述的左小缺口和右小缺口形成流道。

7.具有所述权利要求1～6中任一一种喷嘴的非晶带材制备装置，包括喷嘴及位于喷嘴下方的冷却体，前述喷嘴的底部与冷却体上端面具有间隙。

8.根据权利要求7所述的非晶带材制备装置，其特征在于所述喷嘴的钢液射流方向与冷却体表面呈15°～85°。