CN110640153A - 非晶合金制备装置及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种非晶合金制备装置及制备方法，属于合金粉末制备领域，用于合金粉末制备，至少包括制粉工作仓，在制粉工作仓的顶部安装有机械手，机械手位于基材给料台的上方，基材给料台上铺有非晶合金基材，在基材给料台的一侧设置有液氮槽，液氮槽通过管路及管件与液氮供给机组连通，液氮供给机组通过管路及管件与液氮汽化器连通，液氮汽化器位于制粉工作仓的顶部且通过管路及管件与激光发生器连通，激光发生器位于机械手的手部且通过控制线路与激光控制器连接。鉴于上述技术方案，本申请能够实现对非晶合金粉末的生产和制备，提高非晶合金粉体的制备效率和质量。

Description

非晶合金制备装置及制备方法
技术领域
本申请属于合金粉末制备领域，具体地说，尤其涉及一种非晶合金制备装置及制备方法。
背景技术
随着电子电力、通信工业的发展，电子元器件逐渐向小型化、高频化和大电流演变，并且且对电子设备的电磁兼容性能的要求也越来越高，传统的软磁铁氧体及金属磁粉芯和非晶带材等不能满足上述的要求，其主要原因在于：1、软磁铁氧体高频损耗低，但是饱和磁感应强度和磁导率低，不能满足小型化和大电流的发展需求；2、金属磁粉芯存在着高频损耗高、直流叠加特性差和价格昂贵等问题，限制了其应用范围；3、现有技术非晶带材在高频工作时感应涡流导致损耗很大，限制其在高频领域的应用。
而非晶材料粉体及其所压制块体非晶材料由于具有优异的软磁性能，能够满足各种电子元器件稳定化、小型化、高频化、大电流、高功率的需求，能够极大促进汽车、电子、航空航天领域等高新技术行业的发展。非晶合金是一种非常理想的新型磁性材料，可用于替代电子电器设备所使用的传统材料而获得更好的效果。非晶合金具有高强度、高饱和磁感应强度、磁导率有异的耐腐蚀性、低铁损等优点，成为国内外材料科学界的研究开发重点。
目前市面上为了获取非晶材料粉体，其采用的方法主要有水雾法、气雾法、非晶带材粉碎制粉，上述工艺所制备的非晶合金粉体工艺各有特点。
水雾法具有较大的冷却速率，可以满足制备非晶态粉末的要求。但是在水雾化过程中，所获得的粉末容易形成氧化物，氧含量高，而且当熔融金属凝固时，产生的水蒸气会覆盖在熔融金属的周围，使得冷却强度降低，阻碍熔融液滴中心部分的急剧冷却，从而使得粉末中心部分不能够获得非晶态结构的问题，影响器件性能。
气雾法由于冷却强度受限，只能制备非晶形成能力强的非晶合金粉末，产品单一且生产成本高。
带材粉碎法的优点在于对物料的选择性不强，材料利用率高，但是需要对非晶薄带进行脆化退火，在退火过程中因为退火不均造成薄带内部晶化转变的不均匀，而且在破碎后容易产生带有锐角的粉末颗粒，为粉末的后续加工带来困难。
发明内容
本申请的目的在于提供一种非晶合金制备装置及制备方法，其能够实现对非晶合金粉末的生产和制备，提高非晶合金粉体的制备效率和质量。
为达到上述目的，本申请是通过以下技术方案实现的：
一种非晶合金制备装置，至少包括制粉工作仓，在制粉工作仓的顶部安装有机械手，机械手位于基材给料台的上方，基材给料台上铺有非晶合金基材，在基材给料台的一侧设置有液氮槽，液氮槽通过管路及管件与液氮供给机组连通，液氮供给机组通过管路及管件与液氮汽化器连通，液氮汽化器位于制粉工作仓的顶部且通过管路及管件与激光发生器连通，激光发生器位于机械手的手部且通过控制线路与激光控制器连接。
进一步地讲，本申请中所述的激光发生器为带有与激光束同轴向气源喷嘴的多光路激光器。
进一步地讲，本申请中所述的液氮供给机组为两路配置的液氮气瓶组，一路液氮气瓶组通过管路及管件与液氮汽化器连通，另一路液氮气瓶组通过管路及管件、减压阀与液氨槽连通。
进一步地讲，本申请中所述的基材给料台位于制粉工作仓的底部，在基材给料台上安装有双向传动托辊。
进一步地讲，本申请中所述的制粉工作仓上安装有泄爆阀。
进一步地讲，本申请中所述的制粉工作仓上安装有单向呼吸阀。
进一步地讲，本申请中所述的液氮槽的内部安装有液位传感器。
一种利用上述非晶合金制备装置制备非晶合金的方法，该方法通过激光发生器照射位于基材给料台上的非晶合金基材使其熔化，并通过激光发生器中与之同轴向高速氮气喷吹将熔化后的非晶合金基材雾化呈粉体，雾化后的粉体以极高速度射入液氮中急速冷却得到非晶合金粉体。
进一步地讲，本申请中所述的激光发生器中与之同轴向吹入的氮气速度为80~120m/s。
进一步地讲，本申请中所述的雾化后的粉体以80~120m/s的速度射入液氮中冷却。
与现有技术相比，本申请的有益效果是：
1、本申请通过合理设置的设备，对非晶合金粉体的制备过程及工艺进行了合理的优化，整个装置为带有单向泄压的密闭系统，制粉工作仓内部压力为微正压，预制的非晶合金基材为板材。通过调节输出激光发生器功率、氮气压力、基材给料台的进给速度可得到不同粒径的非晶合金粉体。
2、本发明可实现非晶合金粉体的制备，具有能耗低、操作简单，粉体形貌稳定，纯度高，粒径分布可控优点。
附图说明
图1是本申请的结构示意图。
图中：1、制粉工作仓；2、机械手；3、激光发生器；4、基材给料台；5、液氮槽；6、液氮供给机组；7、液氮汽化器；8、单向呼吸阀；9、泄爆阀；10、激光控制器；11、液位传感器；12、非晶合金基材。
具体实施方式
下面结合实施例对本申请所述的技术方案作进一步地描述说明。需要说明的是，在下述段落可能涉及的方位名词，包括但不限位“上、下、左、右、前、后”等，其所依据的方位均为对应说明书附图中所展示的视觉方位，其不应当也不该被视为是对本申请保护范围或技术方案的限定，其目的仅为方便本领域的技术人员更好地理解本申请所述的技术方案。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
一种非晶合金制备装置，至少包括制粉工作仓1，在制粉工作仓1的顶部安装有机械手2，机械手2位于基材给料台4的上方，基材给料台4上铺有非晶合金基材12，在基材给料台4的一侧设置有液氮槽5，液氮槽5通过管路及管件与液氮供给机组6连通，液氮供给机组6通过管路及管件与液氮汽化器7连通，液氮汽化器7位于制粉工作仓1的顶部且通过管路及管件与激光发生器3连通，激光发生器3位于机械手2的手部且通过控制线路与激光控制器10连接；所述激光发生器3为带有与激光束同轴向气源喷嘴的多光路激光器；所述液氮供给机组6为两路配置的液氮气瓶组，一路液氮气瓶组通过管路及管件与液氮汽化器7连通，另一路液氮气瓶组通过管路及管件、减压阀与液氨槽5连通；所述基材给料台4位于制粉工作仓1的底部，在基材给料台4上安装有双向传动托辊；所述制粉工作仓1上安装有泄爆阀9；所述制粉工作仓1上安装有单向呼吸阀8；所述液氮槽5的内部安装有液位传感器11。
实施例2
一种制备非晶合金的方法，该方法通过激光发生器3照射位于基材给料台4上的非晶合金基材12使其熔化，并通过激光发生器3中与之同轴向高速氮气喷吹将熔化后的非晶合金基材12雾化呈粉体，雾化后的粉体以极高速度射入液氮中急速冷却得到非晶合金粉体所述激光发生器3中与之同轴向吹入的氮气速度为80~120m/s；所述雾化后的粉体以80~120m/s的速度射入液氮中冷却。
实施例3
一种制备非晶合金的方法，该方法通过激光发生器3照射位于基材给料台4上的非晶合金基材12使其熔化，并通过激光发生器3中与之同轴向高速氮气喷吹将熔化后的非晶合金基材12雾化呈粉体，雾化后的粉体以极高速度射入干冰（固体二氧化碳）中急速冷却得到非晶合金粉体所述激光发生器3中与之同轴向吹入的氮气速度为80~120m/s；所述雾化后的粉体以80~120m/s的速度射入干冰（固体二氧化碳）中冷却。
实施例4
一种制备非晶合金的方法，该方法通过激光发生器3照射位于基材给料台4上的非晶合金基材12使其熔化，并通过激光发生器3中与之同轴向高速氮气喷吹将熔化后的非晶合金基材12雾化呈粉体，雾化后的粉体以极高速度射入水和乙二醇的混合物中急速冷却得到非晶合金粉体所述激光发生器3中与之同轴向吹入的氮气速度为80~120m/s；所述雾化后的粉体以80~120m/s的速度射入水和乙二醇中冷却。
在上述实施例的基础上，本申请继续对其中涉及到的技术特征及该技术特征在本申请中所起到的功能、作用进行详细的描述，以帮助本领域的技术人员充分理解本申请的技术方案并且予以重现。
在本申请中，所述的制粉工作仓1为密闭仓体，其能够为制粉过程提供稳定的制备环境，保证合金粉体在制备过程中免受外界环境的影响。
在本申请中，所述的机械手2为具有三自由度的机械装置，其固定安装在制粉工作仓的顶部，用于固定激光发生器3，以通过激光发生器3来实现对非晶合金基材12的多角度熔融作业。
在本申请中，所述的激光发生器3采用带有与激光束同轴向气源喷嘴的多光路激光器，其能够实现在激光熔融过程中通入高速的氮气，将熔融后的非晶合金基材12所产生的熔融颗粒进行雾化，以形成粉体束。
在本申请中，所述的制粉工作仓1的底部安装有基材给料台4，基材给料台4上安装有双向传动托辊，双向传动托辊能够有助于非晶合金基材12位置的姿态调整。
在本申请中，所述的液氮槽5的内部安装有液位传感器11，液位传感器11能够检测液氮槽5内的液位高度，保证后续金属粉末冷却的效率和质量。并且在液氮槽5的内部还安装有刮板机，用于辅助非晶合金粉体的制备。
在本申请中，所述的液氮汽化器7安装于制粉工作仓1的顶部，且液氮汽化器7通过管路和管件分别与液氮供给机组6、激光发生器3连接，以便将液氮供给机组6内的液态氮转变为气态后高速送入至激光发生器3内。
在本申请中，所述的液氮供给机组6由多组液氮气瓶组成，液氮气瓶能够通过管路和管件分别与液氮汽化器7、液氮槽5连接。其中液氮供给机组6通过管道和减压阀与液氮槽5连接。
在本申请中，为了保证制粉工作仓1工作时的安全性和稳定性，在制粉工作仓1的顶部安装有泄爆阀9、单向呼吸阀8。所述泄爆阀9能够保证制粉工作仓1在超压过程中起到瞬间泄压的作用，以保证制粉工作仓1在压力过大时的稳定性。单向呼吸阀8能够保证制粉工作仓1在一定压力下与外界空气进行隔绝，又能够在制粉工作仓1超过或低于压力范围时与外界大气相通，进而将内部的压力泄出，保证制粉工作仓1在压力过大时的稳定性。
在上述设备的基础上，本申请需要通过激光控制器10来控制激光发生器3的功率，以便激光发生器3在机械手2的操纵下实现对非晶合金基材12的熔融作业。熔融非晶合金基材12后所获得的非晶合金材料在以80~120m/s的速度通入的氮气冲击下雾化成粉体束，雾化后的粉体束以以80~120m/s的速度进入到到液氮槽5中进行急速的冷却，不同成份的非晶态金属临界冷却速度在102K/s ~107K/s之间变化，多数的非晶态合金在105K/s ~106K/s的冷却速度下制得，从而得到非晶合金粉体。在高速冷却过程中，液态的无序结构能够得以保存并且形成非晶态，样品可以制作成几微米到几十微米的薄片、薄带或者细丝状。
本申请所记载的整个装置为带有单向泄压的密闭系统，制粉工作仓1内部压力为微正压，预制的非晶合金基材12为板材，通过激光控制器10来调节激光发生器3的输出功率、氮气压力、基材给料台的进给速度可得到不同粒径的非晶合金粉体。

Claims (10)

1.一种非晶合金制备装置，至少包括制粉工作仓（1），其特征在于：在制粉工作仓（1）的顶部安装有机械手（2），机械手（2）位于基材给料台（4）的上方，基材给料台（4）上铺有非晶合金基材（12），在基材给料台（4）的一侧设置有液氮槽（5），液氮槽（5）通过管路及管件与液氮供给机组（6）连通，液氮供给机组（6）通过管路及管件与液氮汽化器（7）连通，液氮汽化器（7）位于制粉工作仓（1）的顶部且通过管路及管件与激光发生器（3）连通，激光发生器（3）位于机械手（2）的手部且通过控制线路与激光控制器（10）连接。
2.根据权利要求1所述的非晶合金制备装置，其特征在于：所述激光发生器（3）为带有与激光束同轴向气源喷嘴的多光路激光器。
3.根据权利要求1所述的非晶合金制备装置，其特征在于：所述液氮供给机组（6）为两路配置的液氮气瓶组，一路液氮气瓶组通过管路及管件与液氮汽化器（7）连通，另一路液氮气瓶组通过管路及管件、减压阀与液氨槽（5）连通。
4.根据权利要求1所述的非晶合金制备装置，其特征在于：所述基材给料台（4）位于制粉工作仓（1）的底部，在基材给料台（4）上安装有双向传动托辊。
5.根据权利要求1所述的非晶合金制备装置，其特征在于：所述制粉工作仓（1）上安装有泄爆阀（9）。
6.根据权利要求1所述的非晶合金制备装置，其特征在于：所述制粉工作仓（1）上安装有单向呼吸阀（8）。
7.根据权利要求1所述的非晶合金制备装置，其特征在于：所述液氮槽（5）的内部安装有液位传感器（11）。
8.一种利用权利要求1至7中任意一项权利要求所述非晶合金制备装置制备非晶合金的方法，其特征在于：该方法通过激光发生器（3）照射位于基材给料台（4）上的非晶合金基材（12）使其熔化，并通过激光发生器（3）中与之同轴向高速氮气喷吹将熔化后的非晶合金基材（12）雾化呈粉体，雾化后的粉体以极高速度射入液氮中急速冷却得到非晶合金粉体。
9.根据权利要求8所述的制备非晶合金的方法，其特征在于：所述激光发生器（3）中与之同轴向吹入的氮气速度为80~120m/s；所述雾化后的粉体以80~120m/s的速度射入液氮中冷却。
10.根据权利要求8所述的制备非晶合金的方法，其特征在于：所述雾化后的粉体以极高的速度射入干冰、水和乙二醇的混合液中冷却。
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