CN113275526A - 利用快速凝固技术生产带材的设备和方法以及金属带材 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于利用快速凝固技术生产金属带材的设备和方法以及金属带材，所述设备包括：具有外表面的旋转的铸轮，熔液在第一位置被浇注到所述外表面上，其中熔液在所述外表面上凝固并且金属带材被成型，用于利用第一表面加工方式在第二位置加工所述外表面的第一器件，其中以第一表面加工方式改变铸轮的外表面的表面粗糙度，以及用于利用第二表面加工方式在第三位置加工所述外表面的第二器件，所述第二表面加工方式区别于所述第一表面加工方式。所述铸轮在旋转方向上移动并且第一位置在旋转方向上看布置在第二位置后并且第二位置在旋转方向上看布置在第三位置后。该第三位置在旋转方向上看布置在所述带材与铸轮的分离点后。

Description

利用快速凝固技术生产带材的设备和方法以及金属带材
技术领域
本发明涉及一种利用快速凝固技术生产带材的设备和方法以及一种金属带材。
背景技术
从经济角度来看，希望能够以大的连续带材长度生产薄的、快速凝固的金属带材，而该带材不会在生产过程中撕裂并且在铸造过程时间段上带材的质量不会出现负面变化。然而，由于在带材生产期间铸轮的热机械载荷，铸轮的铸造轨道表面在其上生产的带材的几公里内连续变质，这导致带材质量不均匀，粗糙度升高并且从而还降低了带材的层压系数。
因此，为了生产尽可能长且质量保持恒定的连续带材件，已知在生产带材的同时对铸造轨道的表面进行处理，以尽可能长地保持表面的质量。这可以通过材料去除工艺来实现，例如通过铸轮的抛光，如在EP3089175B1中所公开的，或者通过铸轮的研磨或通过刷涂，如在US6749700B2中所公开的。US9700937B1公开了一种替代的再成型方法，其中铸轮轨道被连续滚压处理以使其平整。但是仍需要进一步的改进。
发明内容
因此，目的在于，在较大的长度中可靠地生产一种具有良好材料质量的金属带材。
根据本发明，提供一种利用快速凝固技术生产带材的方法，包括以下内容。将熔体浇注到转动的铸轮的移动的外表面上，其中熔体在第一位置处碰撞外表面，在该外表面上凝固并且成形为带材。在第二位置处以第一表面加工方式对所述外表面进行加工，其中以第一表面加工方式改变铸轮的外表面的表面粗糙度。此外，在第三位置处以第二表面加工方式对所述外表面进行加工，所述第二表面加工方式区别于第一表面加工方式。铸轮在旋转方向上移动，并且第一位置在旋转方向上看布置在第二位置后并且第二位置在旋转方向上看布置在第三位置后，其中，该第三位置在旋转方向上看布置在带材与铸轮的分离点后。
因此，在带材与外表面分离后，首先以第二表面加工方式并且之后以第一表面加工方式对铸轮的外表面进行加工。由于所述两种表面加工方式不同，因此可以更好地对外表面进行加工，使得可以将熔体浇注到平整的表面上。
例如，可以利用第二表面加工方式除去粗大的杂质并且之后可以加工外表面，以改变表面粗糙度，例如降低表面粗糙度并且平整所述外表面。当铸造程序本身会导致比期望更高的表面粗糙度时，该顺序是较有利的。此外，即使会提高表面粗糙度，也可以选择更好地除去杂质的表面加工方式，因为之后可以利用另一种、即第一表面加工方式降低所述表面粗糙度。
可以利用所述第二表面加工方式清洁所述外表面。此后，可以利用第一表面加工方式对铸轮的外表面进行再成型或去除性加工。
在一些实施例中，在将溶液浇注到转动的铸轮的外表面期间，以第一和第二表面加工方式对铸轮的外表面进行加工。因此，在借助快速凝固生产带材的过程中，以所述两种不同的方法对外表面进行连续加工。因此，可以直排式地并且在每次与熔体接触前加工所述外表面。
在一些实施例中，所述第一表面加工方式包括将射流向移动的外表面引导并且以所述射流加工铸轮外表面，其中所述射流具有固体颗粒。可以利用所述射流除去外表面材料的较薄的层和/或异物颗粒或其他杂质。例如，可以提高速度和/或质量流量，以便从外表面除去牢固附着的杂质和/或磨损痕迹。
可以调整射流的速度和/或射流的质量流量，以便调整在加工后实现的表面粗糙度以及去除速率。利用射流向外表面加速的颗粒例如可以是金属的、陶瓷的、无机的或有机的并且/或者可以具有10μm至10mm、优选10μm至1000μm的颗粒尺寸。所述颗粒在新状态下可以是丸状的(或球形的)、细长的或有棱角的。
在一些实施例中，利用载体气体使颗粒向外表面加速。
在一些实施例中，颗粒在与铸轮外表面碰撞后被抽吸。这例如可以利用抽吸装置进行。在一些实施例中，在碰撞到外表面后，以机械方式阻止颗粒再次落到外表面上。例如可以使用一个或多个刷，以从外表面除去所述颗粒。在一些实施例中，一个或多个刷可以包围所述射流，使得它们能够通过其移动保证一种抽吸功能。
在一些实施例中，使用一个或多个射流喷嘴，通过所述射流喷嘴将一股或多股由固体颗粒形成的射流对准铸轮外表面。
在一些实施例中，射流喷嘴和铸轮外表面之间的距离是可调整的，由此可以调整由固体颗粒形成的射流碰撞铸轮外表面的强度。由此可以调整加工等级，例如去除速率和/或实现的表面粗糙度。
在利用用于形成射流的载体气体使颗粒向外表面加速的多个实施例中，载体气体的压力可以是可调的。
在一些实施例中，第二表面加工方式包括在铸轮转动过程中将一个或多个刷按压到铸轮外表面上，和/或在铸轮转动过程中将压缩空气射流向铸轮外表面引导。因此，由于在带材的分离点后首先执行第二表面加工方式，可以首先以第二表面加工方式加工铸轮外表面并且清洁由铸造工序产生的残留物以及由清除工序产生的残留物。
在一些实施例中，还在第四位置以至少一个第三表面加工方式对外表面进行加工，所述第四位置在旋转方向上看布置在第二位置后并且在第一位置前。换言之，在旋转方向上看，首先以第二表面加工方式、之后以第一表面加工方式并且再之后以第三表面加工方式对外表面进行加工。
第三表面加工方式可以包括在铸轮转动期间将一个或多个刷按压到铸轮外表面上，并且/或者在铸轮转动期间对铸轮外表面进行研磨，并且/或者在铸轮转动期间对铸轮外表面进行抛光。
可以选择和执行所述第一、第二和第三表面加工方式，使得表面粗糙度被逐步降低，其中所述第二，第一和第三表面加工方式以此顺序被执行。
在一些实施例中，还在第五位置以再成型性表面加工方式对所述外表面进行加工。所述第五位置在旋转方向上看可以在第一位置前。因此，在一些实施例中，铸造前最后的加工方法是再成型工序。
在本文中，“再成型”应理解为是指材料的再分布。像可用刷子进行的那样从外表面除去材料并不是使用辊压装置的目的。因此，不会产生切屑，并且几乎不会产生磨损和粉尘，而这些可能会对金属带材的制造过程产生负面影响。
在一些实施例中，利用再成型性表面加工器件加工所述外表面，所述表面加工器件被按压到铸轮外表面上，使得其在熔体被浇注到铸轮外表面的过程中连续地对铸轮外表面进行平整。
所述再成型性表面加工器件例如可以是辊压(或滚压)装置并且所述辊压装置可以被按压到铸轮外表面上，使得铸轮外表面得到再成型和平整。
在一些实施例中，还以具有CO2的射流对外表面进行加工，其中所述CO2至少部分地以固态存在于气体射流中。
固态CO2具有另一优点，即其会升华。因此防止了所述射流本身在外表面上留下残留物。由于这种升华，还可以通过使碰撞所述表面的CO2颗粒由固态升华到气相将以固态及液态存在于铸轮表面的残留物和其他不希望的异物(如润滑剂)一起带走和除去。
在一些实施例中，提供由液态CO2形成的CO2源，微粒由所述液态CO2结晶出来，以形成雪状CO2，所述雪状CO2以含气体和含雪状CO2的射流的形式碰撞铸轮外表面。雪状CO2中的微粒具有0.1μm至100μm的平均晶粒尺寸。在CO2气流中没有附加的载体气体(或载气)的情况下使雪状CO2中的微粒向铸轮外表面加速。
在一些实施例中，提供由干冰颗粒形成的CO2源，借助载体气体使所述干冰颗粒向所述外表面加速。预先制造所述干冰颗粒并且可以利用载体气体使其向铸轮外表面加速。所述载体气体的压力可以是可调的，以便能够调整干冰颗粒的速度和/或质量流量。
在一些实施例中，具有CO2的射流在第六位置处碰撞外表面，所述第六位置在旋转方向上看在第二位置后。例如，可以直接在以第一表面加工方式进行加工后利用具有CO2的射流对所述外表面进行加工和清洁并且此后才以再成型性表面加工方式对其进行加工。
在一些实施例中，第六位置在旋转方向上看在第五位置后，但是在第一位置前。在这些实施例中，可以利用第二、第一表面加工方式并且利用再成型性表面加工方式以此顺序对所述外表面进行加工并且在再成型性表面加工方式后、在熔体碰撞外表面前才利用具有CO2的射流对其进行加工。
所述工艺以及铸轮的铸造轨道当前的加工方法本身会在铸轮上留下残留物，所述残留物会导致熔体的润湿问题和带材中的缺陷。由于去除材料的方法，加工残留物，例如粉尘、刚毛、抛光残留物会留在铸轮外表面上，被一直带入到熔滴中并且在熔滴中导致缺陷。在带材厚度大于20μm的较厚带材的情况下，这种润湿问题可以看作是非晶带材的铸轮侧上的气囊(或气穴)。但是，特别是对于厚度小于20μm的薄的带材，这些润湿缺陷会导致带材中出现不希望有的大孔，所述孔会是带材断裂的起点。在铸轮表面的再成型性加工方法中，也不能排除润滑剂从枢轴点和轴承点流向轮表面并在此处导致润湿干扰并且从而导致带材中形成孔。
可以利用一股射流除去铸轮外表面上的这些残留物，借助所述射流使固态CO2向所述外表面加速，其中，该射流可以除去所述残留物，以改善外表面的洁净度以及外表面的表面质量。由此可以减少带材中的孔的数量。也可以提高制造长度并且在更大的带材长度上确保较低的表面粗糙度。
在一些实施例中，利用具有固态CO2颗粒的射流对外表面进行加工并且此后以再成型程序对其进行加工。因此，在一些实施例中，第六位置在旋转方向上看在第五位置前。在这些实施例中，可以利用第二和第一表面加工方式以此顺序对外表面进行加工并且在第二表面加工方式后才以具有CO2的射流对其进行加工。在所述加工后，可以利用再成型性表面加工方式对外表面进行加工。
可以使用所述方法生产不同成分的金属带材。
在一些实施例中，提供熔体，所述熔体由Fe100-a-b-w-x-y-z Ta Mb Siw Bx Py Cz(原子％)构成，其中T表示Co、Ni、Cu、Cr和V中的一种或多种，M表示Nb、Mo和Ta中的一种或多种，并且：
0≤a≤70
0≤b≤9
0≤w≤18
5≤x≤20
0≤y≤7
0≤z≤2，
并且所述熔体可以含有1原子％以内的杂质。
还提供一种用于利用快速凝固技术生产金属带材的设备，所述设备包括以下：
具有外表面的旋转的铸轮，熔液(或熔体)在第一位置被浇注到所述外表面上，其中，熔液在所述外表面上凝固并且金属带材被成型，
用于利用第一表面加工方式在第二位置处加工所述外表面的第一器件，其中，以第一表面加工方式改变铸轮的外表面的粗糙度，以及
用于利用第二表面加工方式在第三位置处加工所述外表面的第二器件，所述第二表面加工方式区别于所述第一表面加工方式。
所述铸轮在旋转方向上移动并且第一位置在旋转方向上看布置在第二位置后并且第二位置在旋转方向上看布置在第三位置后，其中，该第三位置在旋转方向上看布置在带材与铸轮的分离点后。
因此，将至少两个不同的表面加工器件布置在铸轮外表面上方，使得它们被布置在带材的分离点和熔体碰撞所述外表面的位置之间。该设计实现了在每次旋转中均可以利用至少两个不同器件对所述外表面进行加工。首先利用所述第二器件并且之后利用所述第一器件对外表面进行加工。在铸造轨道上生产带材的过程中，同时使用至少两种方式。
在一些实施例中，第一器件具有用于将具有固体颗粒的射流向铸轮外表面引导的器件，以便利用所述射流对铸轮外表面进行加工。利用所述具有固体颗粒的射流改变所述外表面的表面粗糙度。所述射流可以对外表面进行再成型或去除，以改变外表面的表面粗糙度。
所述第一器件还可以具有用于形成射流的喷嘴系统。由此可以在空间上对所述射流进行引导，以便加工外表面的预定区域、特别是铸造轨道。在一个实施例中，射流喷嘴与铸轮外表面之间的距离是可调整的。由此可以调整含气体的射流碰撞铸轮外表面的强度。
所述喷嘴系统可以具有单物质喷嘴或双物质喷嘴。所述喷嘴系统还能够与载体气体源连接，借助所述载体气体源使固体颗粒向铸轮外表面加速。
在一些实施例中，所述设备还具有抽吸系统，所述抽吸系统用于除去与铸轮外表面分离的材料。所述抽吸系统例如可以是抽吸装置。在一些实施例中，在碰撞外表面后，以机械方式阻止颗粒再次落到外表面上或留在外表面上。例如可以使用一个或多个刷，以将颗粒从外表面除去。在一些实施例中，一个或多个刷可以包围所述射流，使得它们能够通过其移动保证一种抽吸功能。
在一些实施例中，第二器件具有在铸轮外表面移动过程中被按压到转动的铸轮的外表面上的一个或多个刷，和/或用于将压缩空气射流向铸轮外表面引导的器件，以便利用所述射流加工铸轮外表面并且清除铸造工序的残留物以及清除工序的残留物。
所述刷可以具有清洁效果并且既不对外表面本身进行去除又不进行再成型。
在实施例中，将表面加工器件按压到铸轮外表面上，使得其在熔体被浇注到铸轮外表面期间持续性地对铸轮外表面进行平整。该实施例可以用于辊压装置。
在一些实施例中，所述设备还具有用于在第四位置以第三表面加工方式加工外表面的第三器件，其中所述第四位置在旋转方向上看布置在第二位置后和第一位置前。所述第三器件可以具有一个或多个刷和/或研磨装置和/或抛光装置。
在一些实施例中，所述设备还具有用于在第五位置以再成型性表面加工方式加工所述外表面的第四器件。
所述第五位置在旋转方向上看可以在第一位置前。
在一些实施例中，所述第四器件可被按压到铸轮外表面上，使得在将熔体浇注到铸轮外表面期间铸轮外表面被连续地平整。
在一些实施例中，所述第四表面加工器件具有辊压装置并且所述辊压装置被按压到铸轮外表面上，使得铸轮外表面得到再成型。
在一些实施例中，所述设备还具有用于连续地容纳凝固带材的卷绕机。
在一些实施例中，所述设备还具有用于由合金形成的熔体的浇铸喷嘴，可以从所述浇铸喷嘴将熔体浇注到铸轮外表面上。
在一些实施例中，所述设备还具有用于形成含CO2的射流的喷嘴系统。
还可以利用具有CO2的射流借助喷嘴系统对所述外表面进行加工，其中所述CO2至少部分地以固态存在于气体射流中。
在一些实施例中，具有CO2的射流在第六位置碰撞外表面，所述第六位置在旋转方向上看在第二位置后。
在旋转方向上看，第六位置可以布置在第五位置前或后，但是在第一位置前。
在一些实施例中，提供液态CO2，并且所述喷嘴系统是用于液态CO2的喷嘴系统。
在一些实施例中，提供由液态CO2形成的CO2源，微粒由所述液态CO2结晶出来，以形成雪状CO2，所述雪状CO2以含气体和含雪状CO2的射流的形式碰撞铸轮外表面。雪状CO2中的微粒可以具有0.1μm至100μm的平均晶粒尺寸。可以在CO2气流中没有附加的载体气体的情况下使雪状CO2中的微粒向铸轮外表面加速。
在一些实施例中，利用附加的载体气体使雪状CO2中的微粒向铸轮外表面加速。可以提供由干冰颗粒形成的CO2源，借助载体气体使所述干冰颗粒向外表面加速。所述载体气体的压力可以是可调的。
本发明还设置了一种将根据前述实施例中任意一个所述的设备用于生产金属带材的应用。所述金属带材可以由Fe100-a-b-w-x-y-z Ta Mb Siw Bx Py Cz(原子％)以及1原子％以内的杂质形成，其中T表示Co、Ni、Cu、Cr和V中的一种或多种，M表示Nb、Mo和Ta中的一种或多种，并且
0≤a≤70
0≤b≤9
0≤w≤18
5≤x≤20
0≤y≤7
0≤z≤2。
凝固的带材通常至少主要是非晶态的并且可以在另一程序中被热处理，以便生产纳米晶带材。所述热处理还可以用于调整带材的特性，例如磁特性。
例如，凝固的非晶带材能够以至少80体积百分比地由非晶材料构成。所述纳米晶带材可以具有至少80体积百分比的纳米晶粒以及剩余的非晶态基体，其中至少80％的纳米晶粒具有小于50nm的平均晶粒尺寸以及随机的取向。
还提供一种金属带材，所述金属带材由Fe100-a-b-w-x-y-z Ta Mb Siw Bx Py Cz(原子％)以及1原子％以内的杂质形成，其中T表示Co、Ni、Cu、Cr和V中的一种或多种，M表示Nb、Mo和Ta中的一种或多种，并且
0≤a≤70
0≤b≤9
0≤w≤18
5≤x≤20
0≤y≤7
0≤z≤2，
所述金属带材具有至少一个表面，所述表面具有0.05μm至1.5μm之间的平均表面粗糙度Ra。
在一些实施例中，表面粗糙度Ra在至少5km、优选至少20km的制造长度上具有小于+/–0.2μm的偏差。
金属带材可以是能够延展的并且非晶态的或者纳米晶态的。通常，铸态下的金属带材是非晶态的并且具有至少80体积％为非晶态的组织。该带材被热处理或退火，以便由非晶带材生产纳米晶组织。
热处理条件依赖于成分、希望的特性(例如希望的磁特性)以及希望的晶粒尺寸。所述纳米晶组织可以具有至少80体积％的纳米晶粒以及剩余的非晶态基体，其中至少80％的纳米晶粒具有小于50nm的平均晶粒尺寸以及随机的取向。
在一些实施例中，金属带材具有2mm至300mm的宽度、小于50μm的厚度以及每平方米最多50个孔。
在一些实施例中，金属带材具有20mm至200mm的宽度和/或10μm至18μm之间的厚度和/或每平方米少于25个孔、优选每平方米少于10个孔。
在一些实施例中，金属带材具有已在铸轮外表面上凝固的铸轮侧，与之相对的空气侧以及组织，所述组织至少80体积％是非晶态的或所述组织具有至少80体积％的纳米晶粒以及剩余的非晶态基体，其中至少80％的纳米晶粒具有小于50nm的平均晶粒尺寸以及随机的取向，其中空气侧和/或铸轮侧具有小于23％的表面结晶分数。
在一些实施例中，空气侧和/或铸轮侧具有小于5％的表面结晶分数。
金属带材的铸轮侧和空气侧由于制备工艺而性质不同并且因此可以在制成的金属带材中得到辨认。金属带材的铸轮侧和空气侧也可以用裸眼区分。空气侧典型地显现金属光彩，而铸轮侧显现磨砂状。
表面结晶表示带材的表面上、也就是说在带材的表面层之内的晶粒的构造。例如，表面层的晶粒中多于80体积％的晶粒具有大于100nm的平均晶粒尺寸。
这些晶粒具有平均晶粒尺寸，在纳米晶金属带材的情况下，该平均晶粒尺寸大于纳米晶金属带材的纳米晶粒的平均晶粒尺寸，并且因此可以区别于它们。表面层的晶粒例如具有大于100nm的平均晶粒尺寸，而纳米晶粒具有最大50nm的平均晶粒尺寸。
表面结晶分数可以借助X射线粉末衍射法使用铜Kα射线测得。在此陈述的表面结晶分数如下测得。对于非晶带材，通过用晕圈(Halo，其是非晶相的特征)的面积分数与晶相的特征反射的面积分数之和除晶相(也就是表面结晶的晶相)的特征反射的面积分数所得的商，来确定表面结晶分数。
表面结晶的晶相的特征反射依赖于晶相的结构和组成。例如，对于含硅的相来说，如果其如在目前情况下几乎总是存在在(100)方向上强织构化的情况，使用(400)反射。
因为在目前情况下几乎总是存在在(100)方向上强织构化的表面结晶，可以如下确定在纳米晶体样品中的表面结晶的分数：
首先，确定是纳米晶相的特征的第二特征反射的面积分数。随后，确定是表面结晶的晶相的特征的第一特征反射的面积分数。不过该面积分数必须减去对该反射有贡献的纳米晶相的分数。在纯铁的情况下，这是第二特征反射的20％，在Fe3Si的情况下是12.8％。因为不能简单地得知准确的Si含量，将总是引入20％的折扣，这在含Si合金中可以导致对表面结晶的分数的略微低估。
对于纳米晶带材来说，现在通过用第二特征反射(是纳米晶相的特征)的面积分数与晶相(即表面结晶的晶相)的第一特征反射的总面积分数的和除晶相的第一特征反射(但是减去纳米晶相对该反射的贡献)所得的商，来确定表面结晶分数。
例如，将(400)反射作为表面结晶的第一特征反射并且将(220)反射作为纳米晶相的第二特征反射用于含硅相。
对于不存在织构化的表面结晶的情况，可以仅如上关于非晶带材所述的确定它在铸造的非晶带材上的分数。在纳米晶状态下，表面结晶和纳米晶相的分数不再可以经由粉末衍射通过表面结晶的织构缺失来分辨。不过，因为表面结晶在热处理下生长为连续的层，在纳米晶样品中，表面结晶的分数总是等于或者大于在非晶态样品中。
附图说明
现在根据附图对实施例进行说明：
图1是根据第一实施例的借助快速凝固技术生产金属带材的设备的示意图。
图2是根据第二实施例的借助快速凝固技术生产金属带材的设备的示意图。
图3是根据第三实施例的借助快速凝固技术生产金属带材的设备的示意图。
具体实施方式
图1是根据第一实施例的借助快速凝固技术生产金属带材11的设备10的示意图。
设备10具有转动的铸轮12，所述铸轮具有外表面13，将熔体14浇注到所述外表面上。也可将铸轮12描述为冷却体并且在所示的设备中，铸轮围绕轴线15在旋转方向上转动，所述旋转方向以箭头16示出。熔体14在铸轮12的外表面13上凝固并且金属带材11被成型。熔体14的凝固速度通常很高，使得熔体14凝固为非晶带材11。凝固的带材被卷绕到卷绕机17上。将熔体14浇注到第一位置18处的外表面13上。
所述设备10具有陶瓷的射流喷嘴29，所述射流喷嘴与铸轮外表面具有约50-500μm的距离。金属熔体14以大约1300℃的温度流动经过该射流喷嘴29并在喷嘴和铸轮12之间形成熔滴，所述熔滴在铸轮表面13上凝固，并且由于铸轮的旋转运动，永久性凝固的熔体以较薄的金属带材11的形式由所述熔滴中排出。
所述铸轮表面13具有较好的导热性并且同时导致施加的熔体14非常快速地凝固并且产生带材11，所述带材由于其特殊的结构和/或成分具有特殊的机械、物理和/或磁特性。铸轮12的外表面13可以由铜或铜基合金形成。
在浇铸期间，铸轮表面承受着非常高的机械和物理应力。例如，在表面附近的区域中局部地施加非常热的金属熔体(大约900至1500℃)会导致较高的温度峰值以及较极端的温度梯度。在进一步冷却的过程中，所述带材在纵向和横向上均发生收缩。在带材和冷却体表面之间会产生较高的剪应力并且会有相对运动，并且在分离点上，所述带材自发或强制地与表面脱离。
这些工序在铸造过程中重复成千上万次并且因此不断地改变铸轮表面。因此，热应力和机械应力会产生磨损迹象，例如材料疲劳、表面粗糙和材料破裂，所述磨损迹象又可能对于待生产的快速凝固带材具有负面的反作用。
在生产非晶带材所需的快速凝固技术(熔纺、熔体旋淬或熔体旋铸)中，在坩埚中熔炼出玻璃形成金属合金，所述坩埚通常主要由氧化物陶瓷(例如氧化铝)和/或石墨制成。根据熔体的反应性，熔化过程可以在空气、真空或如氩气的保护性气体下进行。在合金在明显高于液相点的温度下熔化后，熔体被输送到铸造台，并通过通常具有槽形出口的浇铸喷嘴喷到由铜合金制成的旋转轮上。为此，将浇铸喷嘴带到非常靠近旋转的铸轮的表面处，并在铸造工序期间与之相距约50-500μm。通过喷嘴出口并与被移动的铜表面碰撞的熔体在此处以约104K/min至106K/s的冷却速度凝固。由于铸轮的旋转运动，凝固的熔体作为连续的带材条带被运走，从铸轮释放出来，并以连续的带材条带卷绕在卷绕装置上。为了为所述带材与铸轮外表面之间的分离工序提供支持，可以选择性地使用合适的清除装置。带材条带的最大可能长度原则上受熔炼坩埚容量的限制，依赖于设备的尺寸，熔炼坩埚容量可能在几千克到几吨之间。在与多个熔炼坩埚并联运行时，甚至可以向铸造台实现准连续的熔体供应。经济地制造市售非晶带材的设备的尺寸通常具有多倍于100kg的坩埚尺寸。在使用合金VITROPERM 500时，在带材宽度大约100mm并且带材厚度为0.018mm的带材横截面的情况下，大约100kg的坩埚尺寸会产生大约8km的带材长度。由此，在工业过程中，将坩埚填充会制造出几十千米的带材，并且当通过对铸造台进行规律填充将铸造过程设计为连续的铸造过程时，甚至还会制造出多得多的千米带材。
无间断的铸造过程期间的铸造表面磨损会导致轮表面的粗糙度升高，这会导致空腔或不平坦的结构产生，所述空腔或不平坦的结构一方面将工艺气体输送到熔滴下方并且由此导致熔滴与铸轮之间的接触区域内出现更大的气泡。在熔体凝固时，这些气泡在非晶带材中会冻结并且特别是在带材较薄时可能导致孔状缺陷。另一方面，该铸轮表面粗糙度也会一直影响到在上面生产的带材的表面，这导致在上面生产的带材也具有升高了的粗糙度。
为了使铸轮的磨损最小化，期望选择具有高强度的铸轮材料。在通过通常使用的熔融冶金生产的铜材料的情况下，强度和热导率这两种特性通常相反。具有最高可能热导率的铜材料总是比高合金铜材料具有更低的强度。高合金铜材料通常具有更高的强度，但是这与更低的导电率有关。然而，为了生产非晶金属带材，需要使用热导率相对高的铸轮材料，以便在生产带材的过程中实现足够高的冷却速率。如果冷却速率并非足够高，则带材变脆或部分变脆，会形成不希望的结晶结构，例如表面结晶成分，并且之后不能在铸造工艺中连续卷绕或可能在卷绕时断裂，这导致带材生产中的生产率不期望的降低。因此，期望使用具有大于200W/mK的热导率的铸轮材料。然而，此类材料的硬度小于250HV(HV30)。
为了能够在非晶带材的铸造工艺中持久地使用这些柔软且导热率高的材料，即使在带材生产过程中也必须确保均匀地加工在熔体/带材与铸轮之间的接触面、也就是铸轮表面上的铸造轨道，并且必须将轮表面的粗糙度恒定且均匀地保持在较低水平上。
在一些实施例中，所述设备10还具有用于在第二位置20加工铸轮12的外表面13的第一器件19以及用于在第三位置22加工铸轮12的外表面13的第二器件21。由于关于铸轮12以及旋转方向16布置所述第一和第二器件19，21，因此所述第一位置18在旋转方向上看布置在第二位置20后并且所述第二位置20在旋转方向上看布置在第三位置22后，其中该第三位置22在旋转方向上看布置在带材与铸轮的分离点23后。由此，在熔体14再次碰撞外表面13的该区域前，首先以第二器件21并且之后以第一器件19加工外表面13。
所述第一器件19以第一表面加工方式加工外表面13，而所述第二器件21以第二表面加工方式加工外表面13，所述第二表面加工方式与第一表面加工方式不同。利用第一表面加工方式改变了外表面13的表面粗糙度。所述第一器件21可以对外表面进行再成型或去除。所述第二器件21可以清洁外表面13，也就是说，异物材料可被从外表面13上除去。
所述第二器件21可以是一个或多个刷28，所述刷可以用于从外表面除去异物颗粒和射流24的颗粒25，但是尤其是从外表面除去由带材或由铸造工序产生的残余物，例如碎片、熔融残余物、或细磨粒或者与所使用的带材刮刀分离的颗粒，以便清洁外表面13。因此，利用以下表面加工方式，异物颗粒不会被压入外表面13中。
在一个实施例中，所述第一器件19具有用于向外表面13引导具有颗粒的射流24的器件。例如，颗粒25可以是金属的、陶瓷的、无机的或有机的。例如，颗粒25可以是砂料颗粒。可以利用载体气体26使所述颗粒25加速，以形成射流24。设备10可以具有喷嘴系统27，以便向外表面13引导射流24。
因此，当带材11在分离点23分离后，首先以第二表面加工方式21加工外表面13，以便从外表面13除去异物颗粒，此后以具有颗粒的射流24对其进行加工，其中可以对外表面进行去除或再成型，以便降低表面粗糙度。此后才将熔体14重新浇注到外表面13上。
在一些实施例中，将刷28直接布置在射流24周围，以避免颗粒在其碰撞到外表面13后进一步分散。在这些实施例中，所述刷28可以是抽吸装置的一部分。
在其他实施例中，设备10还可以具有抽吸系统，以便在碰撞到铸轮表面后再次除去颗粒25，以便它们不会附着在外表面13上并被带到第一位置18，在所述第一位置，当熔体被浇注到旋转的铸轮12的外表面13上时，它们可能进入熔体中。
在一些实施例中，在旋转方向16上以第二器件21和第一器件19逐步降低表面粗糙度。在一些实施例中，表面粗糙度可以通过第二器件21相比于直接在分离点23后的表面粗糙度得到提高并通过第一器件19再次降低。
然而，所述设备10可以具有两个以上用于以不同方式加工外表面13的器件。图2和3中示出了两个实施例。
图2示出了设备10'，所述设备除第一器件19和第二器件21之外还具有第三器件30，利用第三表面加工方式在第四位置31对所述外表面进行加工。在旋转方向16上看，该第四位置31布置在第二位置20后和第一位置18前。在该实施例中，所述第三器件是刷32。
在铸轮的铸造轨道上，在生产带材的同时使用用于进行表面加工的多种方法，所述铸造轨道是指外表面13产生带材11的区域，在所述外表面上熔滴14润湿铸轮12。因此，在带材与铸轮分离后，首先利用刷28将粗大的、附着较松的杂质、例如带材碎片从铸造轨道预先清除。所述刷28可以设计为旋转的刷或者直立或摆动的刷。此后安排射流方法19，以便对表面结构进行结构上的改变和更新。在之后的运行方向上，再次布置一个或多个旋转的或直立的刷32，以便使附着的射流材料由铸轮分离并且将该射流材料输送给合适的抽吸装置33。
图3示出了根据另一实施例所述的设备10”，在所述实施例中，为了提高铸轮表面13的清洁度，还可以补充一种在第五位置37上使用辊压(或滚压)装置或辊子36用于降低粗糙度深度的滚压工序以及一种在第六位置35上的干冰喷射流程序34，所述干冰射流程序伴有残留物的进一步抽吸39以及铸轮12的外表面13的清洁。在所示实施例中，在旋转方向16上看，第五位置37在第六位置35后并且在第一位置18前，使得外表面13首先利用干冰射流34得到清洁并且之后利用辊压装置得到再成型和平整。然而，在其他实施例中，第五位置37在第六位置35前，使得外表面13首先利用辊压装置36得到再成型并且之后利用干冰射流34得到清洁。然而，在第一器件19后并且在第一位置18前同样还可以安装其他刷和/或研磨装置。
所述射流34具有CO2，CO2至少部分地以固态碰撞铸轮12的移动的外表面13，以便利用射流34对铸轮12的外表面13进行加工和/或清洁。图3中示出了由CO2形成的固体颗粒38。这些固体颗粒38可以是干冰颗粒，所述干冰颗粒被预先制造或由液态CO2直接在外表面13前形成。该顺序使得具有CO2的射流34可以除去由外表面13的去除性加工所产生的残留物(例如铸轮本身的颗粒、抛光剂等)或由外表面13的再成型性加工产生的残留物(例如润滑剂)。
熔体14并且因此带材11可以具有不同成分。在一个实施例中，熔体14由Fe100-a-b-w-x-y-z Ta Mb Siw Bx Py Cz(原子％)形成，其中，T表示Co、Ni、Cu、Cr和V中的一种或多种，M表示Nb、Mo和Ta中的一种或多种，并且：
0≤a≤70
0≤b≤9
0≤w≤18
5≤x≤20
0≤y≤7
0≤z≤2。
所述熔体还可以含有1原子％以内的杂质。
在一些实施例中，所述设备10还具有一个或多个附加的表面加工器件。这些另外的表面加工器件可以通过再成型工序(例如通过辊压或滚压)或者通过去除程序(例如研磨)对外表面13进行加工。
例如，所述第三表面加工器件30可以具有在铸轮外表面13移动过程中被按压到转动的铸轮12的外表面上的辊压装置，和/或在铸轮外表面13移动过程中被按压到转动的铸轮12的外表面13上的抛光装置，和/或在铸轮外表面13移动过程中被按压到转动的铸轮12的外表面13上的研磨装置，和/或一个或多个刷28，所述刷在铸轮外表面13移动过程中被按压到转动的铸轮12的外表面13上。
当在所述设备10中使用去除性加工方式和再成型性加工方式时，可以首先以去除性加工方式、之后以再成型性加工方式对所述外表面13进行加工。例如，可以首先以使用固体颗粒的射流程序、滚压程序和/或研磨程序对外表面进行加工，其中对所述外表面进行去除，并且之后以滚压程序对其进行加工，其中对外表面进行再成型。
用于铸轮加工的方法的共同点是，很难在一个工作程序中改变材料去除速率。滚压完全不存在材料去除量，在研磨时通常会通过对使用的研磨体进行破碎制粒调整材料去除量，所述破碎制粒在一个工作程序中无法更改，并且在利用金属刚毛刷涂时，材料去除量通常很低。
利用可作为第一表面加工方式使用的喷砂，可以通过对喷射喷嘴、喷射喷嘴到射流材料的距离、所要求的射流材料量进行自动调整并且通过调整喷射压力快速并可靠地调节材料去除速率并且由此根据需求对铸造轨道进行处理。可以通过降低喷射压力在最短时间内将加工由“高材料去除量”改为“轻磨砂”。这种调整时间非常快、材料去除的变化范围较大的结合并不是另一种所提到的铸轮加工方法能够提供的。
在使用喷砂程序时，还需要考虑对射流材料进行回收以及将喷砂程序残留物从铸造轨道清除。仅仅以合适的真空源对射流材料进行抽吸并不足以将磨料无残留地从铸辊除去。然而事实表明，多种清洁程序的结合可以实现足够洁净的铸轮表面。特别是真空吸收器和刷的结合产生了非常好的效果。通过进一步与加工方法(例如干冰射流)相结合，可以提高表面的洁净程度，并且通过与再成型程序(例如滚压)相结合，可以再次降低铸轮表面的粗糙度。

Claims (51)

1.一种利用快速凝固技术生产带材的方法，所述方法包括：
将熔体浇注到旋转的铸轮的移动的外表面上，其中，熔体在第一位置处碰撞外表面，在外表面上凝固并且成形为带材，其中，带材至少80体积百分比地由非晶材料构成，
在第二位置处以第一表面加工方式对外表面进行加工，其中，以第一表面加工方式改变铸轮的外表面的表面粗糙度，
在第三位置处以第二表面加工方式对外表面进行加工，第二表面加工方式区别于第一表面加工方式，
其中，铸轮在旋转方向上移动，并且第一位置在旋转方向上看布置在第二位置后并且第二位置在旋转方向上看布置在第三位置后，其中，第三位置在旋转方向上看布置在带材与铸轮的分离点后，
其中，在将熔体浇注到转动的铸轮的外表面期间，以第一表面加工方式和第二表面加工方式对铸轮的外表面进行加工。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，利用第一表面加工方式对铸轮的外表面进行再成型或去除性加工。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，利用第二表面加工方式清洁铸轮的外表面。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，第一表面加工方式包括将射流向移动的外表面引导并且以射流加工铸轮的外表面，其中，射流具有固体的颗粒并且射流的速度和/或射流的质量流量被调整，以便调整表面粗糙度。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，颗粒是金属的、陶瓷的、无机的或有机的，具有10μm至10mm、优选10μm至1000μm的颗粒尺寸并且在新状态下是丸状的、细长的或有棱角的。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中，利用载体气体使颗粒向外表面加速。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的方法，其中，颗粒在碰撞外表面后被抽吸走。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其中，还具有一个或多个射流喷嘴，通过射流喷嘴将一股或多股射流引导到铸轮的外表面。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，射流喷嘴和铸轮的外表面之间的距离是可调整的，由此使射流碰撞铸轮的外表面的强度是可调整的。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，载体气体的压力是可调整的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，第二表面加工方式包括
在铸轮转动过程中将一个或多个刷按压到铸轮的外表面上，和/或在铸轮转动过程中将压缩空气射流向铸轮的外表面引导，
其中，以第二表面加工方式加工铸轮的外表面并且清除铸造工序的残留物以及清除工序的残留物。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，还在第四位置处以至少一个第三表面加工方式对外表面进行加工，第四位置在旋转方向上看布置在第二位置后并且在第一位置前。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，第三表面加工方式包括
在铸轮转动期间将一个或多个刷按压到铸轮的外表面上，并且/或者
在铸轮转动期间对铸轮的外表面进行研磨，并且/或者
在铸轮转动期间对铸轮的外表面进行抛光。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，还在第五位置处以再成型性表面加工方式对外表面进行加工。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，第五位置在旋转方向上看在第一位置前。
16.根据权利要求14或15所述的方法，其中，利用再成型性表面加工器件加工外表面，再成型性表面加工器件被按压到铸轮的外表面上，使得其在将熔体浇注到铸轮的外表面的过程中连续地对铸轮的外表面进行平整。
17.根据权利要求14至16中任一项所述的方法，其中，再成型性表面加工器件是辊压装置，并且辊压装置被按压到铸轮的外表面上，使得铸轮的外表面得到再成型。
18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，以具有CO2的射流对外表面进行加工，其中，CO2至少部分地以固态存在于气体射流中。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，具有CO2的射流在第六位置处碰撞外表面，第六位置在旋转方向上看在第二位置后。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，第六位置在旋转方向上看在第五位置前或后，但是在第一位置前。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其中，提供由液态CO2形成的CO2源，微粒由液态CO2结晶出来，以形成雪状CO2，雪状CO2以含气体和含雪状CO2的射流的形式碰撞外表面，其中，雪状CO2中的微粒具有0.1μm至100μm的平均晶粒尺寸。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，在CO2气流中没有附加的载体气体的情况下使雪状CO2中的微粒向铸轮的外表面加速。
23.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其中，提供由干冰颗粒形成的CO2源，借助载体气体使干冰颗粒向铸轮的外表面加速，其中，载体气体的压力是可调整的。
24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，熔体由Fe100-a-b-w-x-y-zTaMbSiwBxPyCz(原子％)构成，其中，T表示Co、Ni、Cu、Cr和V中的一种或多种，M表示Nb、Mo和Ta中的一种或多种，并且：
0≤a≤70
0≤b≤9
0≤w≤18
5≤x≤20
0≤y≤7
0≤z≤2，
并且熔体含有1原子％以内的杂质。
25.一种利用快速凝固技术生产金属带材的设备，所述设备包括：
具有外表面的旋转的铸轮，熔体在第一位置处被浇注到外表面上，其中，熔体在外表面上凝固并且形成金属带材，其中，金属带材至少80体积百分比地由非晶材料构成，
用于利用第一表面加工方式在第二位置处加工外表面的第一器件，其中，以第一表面加工方式改变铸轮的外表面的表面粗糙度，
用于利用第二表面加工方式在第三位置处加工外表面的第二器件，第二表面加工方式区别于第一表面加工方式，
其中，铸轮在旋转方向上移动，并且第一位置在旋转方向上看布置在第二位置后并且第二位置在旋转方向上看布置在第三位置后，其中，第三位置在旋转方向上看布置在带材与铸轮的分离点后。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，第一器件具有用于将具有固体颗粒的射流向铸轮的外表面引导的器件，以便利用射流对铸轮的外表面进行加工，其中，第一器件还具有用于形成射流的喷嘴系统并且喷嘴系统具有单物质喷嘴或双物质喷嘴。
27.根据权利要求26所述的设备，其中，喷嘴系统还与载体气体源连接，借助载体气体源使固体颗粒向铸轮的外表面加速。
28.根据权利要求25至27中任一项所述的设备，所述设备还具有抽吸系统，抽吸系统用于除去与铸轮的外表面分离的材料以及射流材料残余。
29.根据权利要求25至28中任一项所述的设备，其中，第二器件具有在铸轮的外表面移动过程中被按压到转动的铸轮的外表面上的一个或多个刷，和/或
用于将压缩空气射流向铸轮的外表面引导的器件，以便利用压缩空气射流加工铸轮的外表面并且清除铸造工序的残留物以及清除工序的残留物。
30.根据权利要求25至29中任一项所述的设备，所述设备还具有用于在第四位置处以第三表面加工方式加工外表面的第三器件，其中，第四位置在旋转方向上看布置在第二位置后和第一位置前。
31.根据权利要求30所述的设备，其中，第三器件具有
一个或多个刷，和/或
研磨装置，和/或
抛光装置。
32.根据权利要求25至31中任一项所述的设备，所述设备还具有用于在第五位置以再成型性表面加工方式加工外表面的第四器件。
33.根据权利要求32所述的设备，其中，第五位置在旋转方向上看在第一位置前。
34.根据权利要求32或33所述的设备，其中，第四器件被按压到铸轮的外表面上，使得其在熔体被浇注到铸轮的外表面的过程中连续地对铸轮的外表面进行平整。
35.根据权利要求32至34中任一项所述的设备，其中，第四表面加工器件具有辊压装置，并且辊压装置被按压到铸轮的外表面上，使得铸轮的外表面得到再成型。
36.根据权利要求25至35中任一项所述的设备，所述设备还具有用于连续地容纳凝固带材的卷绕机。
37.根据权利要求25至36中任一项所述的设备，所述设备还具有用于由合金形成的熔体的浇铸喷嘴，从浇铸喷嘴将熔体浇注到铸轮的外表面上。
38.根据权利要求25至37中任一项所述的设备，所述设备还具有用于形成含CO2的射流的喷嘴系统，其中，还借助喷嘴系统通过具有CO2的射流对外表面进行加工，其中，CO2至少部分地以固态存在于气体射流中。
39.根据权利要求38所述的设备，其中，具有CO2的射流在第六位置处碰撞外表面，第六位置在旋转方向上看在第二位置后。
40.根据权利要求39所述的设备，其中，第六位置在旋转方向上看在第五位置前或后，但是在第一位置前。
41.根据权利要求38至40中任一项所述的设备，其中，提供液态CO2，并且喷嘴系统具有用于液态CO2的喷嘴系统。
42.根据权利要求41所述的设备，其中，提供由液态CO2形成的CO2源，微粒由液态CO2结晶出来，以形成雪状CO2，雪状CO2以含气体和含雪状CO2的射流的形式碰撞铸轮的外表面，其中，雪状CO2中的微粒具有0.1μm至100μm的平均晶粒尺寸。
43.根据权利要求42所述的设备，其中，在CO2气流中没有附加的载体气体的情况下使雪状CO2中的微粒向铸轮的外表面加速，或者在借助载体气体的情况下使其向铸轮的外表面加速。
44.根据权利要求38至40中任一项所述的设备，其中，提供由干冰颗粒形成的CO2源，借助载体气体使干冰颗粒向外表面加速，其中，载体气体的压力是可调整的。
45.一种将根据权利要求25至44中任一项所述的设备用于生产金属带材的应用，所述金属带材由Fe100-a-b-w-x-y-zTaMbSiwBxPyCz(原子％)以及1原子％以内的杂质形成，其中，T表示Co、Ni、Cu、Cr和V中的一种或多种，M表示Nb、Mo和Ta中的一种或多种，并且
0≤a≤70
0≤b≤9
0≤w≤18
5≤x≤20
0≤y≤7
0≤z≤2。
46.一种金属带材，所述金属带材由Fe100-a-b-w-x-y-zTaMbSiwBxPyCz(原子％)以及1原子％以内的杂质形成，其中，T表示Co、Ni、Cu、Cr和V中的一种或多种，M表示Nb、Mo和Ta中的一种或多种，并且
0≤a≤70
0≤b≤9
0≤w≤18
5≤x≤20
0≤y≤7
0≤z≤2，
金属带材具有至少一个表面，所述至少一个表面具有0.05μm至1.5μm之间的平均表面粗糙度Ra，其中，金属带材是易延展的并且非晶态的或者纳米晶态的。
47.根据权利要求46所述的金属带材，其中，表面粗糙度Ra在至少5km、优选至少20km的制造长度上具有小于+/–0.2μm的偏差。
48.根据权利要求46或47所述的金属带材，所述金属带材具有2mm至300mm的宽度，小于50μm的厚度以及每平方米最多50个孔。
49.根据权利要求48所述的金属带材，所述金属带材具有20mm至200mm的宽度，和/或10μm至18μm之间的厚度，和/或每平方米少于25个孔、优选每平方米少于10个孔。
50.根据权利要求46至49中任一项所述的金属带材，所述金属带材具有已在铸轮的外表面上凝固的铸轮侧，与之相对的空气侧以及组织，所述组织至少80体积％是非晶态的，或所述组织具有至少80体积％的纳米晶粒以及剩余的非晶态基体，其中，至少80％的纳米晶粒具有小于50nm的平均晶粒尺寸以及随机的取向，其中，空气侧和/或铸轮侧具有小于23％的表面结晶分数。
51.根据权利要求50所述的金属带材，其中，空气侧和/或铸轮侧具有小于5％的表面结晶分数。
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