DE2837432A1

DE2837432A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer amorphen legierung

Info

Publication number: DE2837432A1
Application number: DE19782837432
Authority: DE
Inventors: Shigeyasu Ito; Satoru Uedaira
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1977-09-12
Filing date: 1978-08-28
Publication date: 1979-07-26
Also published as: NL7808706A; US4212344A; NL189094B; GB2003772B; NL189094C; FR2409312A1; JPS5443160A; CA1110425A; JPS6038225B2; GB2003772A; DE2837432C2; FR2409312B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur Herstellung einer amorphen Legierung, wie im Oberbegriff von Patentanspruch 1 bzw. 12 angegeben. Zwischen einem Paar Walzen wird die Legierung zu einem Film verfestigt, der Eisen, Kobalt oder Nickel als Hauptbestandteil enthält.

In letzter Zeit sind amorphe Legierungen mit interessanten thermischen, elektrischen, magnetischen und mechanischen Eigenschaften erzeugt worden. Amorphe Legierungen haben im allgemeinen verschiedene Vorteile. So ist ihre mechanische Festigkeit größer als die kristallinischer Metallwerkstoffe, ihr Härtemodul dagegen um den Faktor 20 bis 40 % kleiner. Amorphe Legierungen zeigen keine Bearbeitungsverhärtung, ihr elektrischer Widerstand ist im allgemeinen hoch, ihr Korrosionswiderstand läßt sich durch Zusatz von Chrom und dergleichen wesentlich erhöhen und schließlich haben solche Legierungen eine hohe Permeabilität.

Es wurden Anwendungsversuche für solche amorphe Legierungen für NF-Aufzeichnungsköpfe, Videoköpfe, verschieden Transformatortypen, Verzögerungsleitungen und dergleichen unternommen. Ferner gibt es Bestrebungen zur Verwendung amorpher Legierungen als dehnbare Materialien und als korrosions-

30 freie Materialien.

Im allgemeinen unterscheidet man drei Herstellverfahren für amorphe Legierungen. Das sind die Zentrifugal-Verfestigungsmethode, die Spritzkühlmethode in Verbindung mit einem Plasmaofen und das Walzverfestigungsverfahren. Das Walzverfestigungsverfahren ist den beiden vorgenannten in bezug auf die Abkühlgeschwindigkeit im allgemeinen unterlegen, so daß gewisse Arten amorpher Legierungen bisher nur durch die anderen Methoden, nicht durch das Walzverfestigungsverfahren,

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hergestellt werden konnten. Bei der Walzverfestigung bildet sich oft auf der Oberfläche der amorphen Legierung eine Oxidhaut, welche der Legierung eine Farbe verleiht. Eine feste amorphe Legierung ist so nur schwer zu erzeugen, weil die Abkühlgeschwindigkeit zu niedrig ist.

Zur Beseitigung dieses Nachteils ist bereits vorgeschlagen worden, direkt unter den Verfestigungswalzen ein Wasserbad anzuordnen und den zwischen den Walzen extrudierten Film in das Wasserbad zu führen. Notwendigerweise muß das Wasserbad dicht neben den Walzen sitzen, damit der Film so schnell wie möglich in das Wasserbad gelangt. Dabei gelangen unvermeidbar Wasserspritzer auf die Walzen, und es kommt zu unerwünschten Breiten- und Dickenabweichungen beim Film. Macht man den Abstand zwischen den Walzen und dem Wasserbad größer, dann wird nicht nur der Kühleffekt verringert, sondern es kommt auch zu einer sogenannten Flattererscheinung (waving phenomenon) bei dem zwischen den Walzen extrudierten Film. Dadurch ist es unmöglich, einen geraden langen Film zu erzeugen.

Zur Überwindung dieses Nachteils ist in der japanischen Patentanmeldung Nr. 22937/1977 bereits vorgeschlagen worden, unter dem Paar von sich mit gleicher Drehzahl entgegengesetzt drehenden und gleiche Durchmesser aufweisenden Walzen in der Nähe mindestens einer der Walzen eine rotierende Trommel aus Kupfer anzuordnen, auf die der Film geleitet wird und dabei einen Teil des ümfangs der Trommel umschlingt, so daß er weiter gekühlt wird. Damit läßt sich schon ein fester und gerader amorpher Legierungsfilm herstellen, die Oxidationsgefahr ist gering.

Ferner ist in der japanischen Patentanmeldung Nr.22936/197? bereits eine Anordnung zur Walzverfestigung vorgeschlagen worden, bei der sich zwei aus Stahl hergestellte Verfestigungswalzen mit unterschiedlichen Drehgeschwindigkeiten drehen. Auch damit läßt sich ein fester amorpher Legierungs-

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- 8 film bei geringer Oxidationsgefahr herstellen.

Obwohl die in denvorgenannten japanischen Patentanmeldungen beschriebenen Anordnungen recht zufriedenstellend arbeiten, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein weiter verbessertes Herstellverfahren nebst dafür geeigneter Anordnung vorzuschlagen.
10

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im Patentanspruch 1 bzw. 12 enthaltenen Merkmalen gelöst.

Der eigentliche Erfindungsgedanke besteht darin, die Parameter bei der Durchführung der Walzverfestigung so zu kontrollieren, daß ein gleichförmiger amorpher Legierungsfilm von vorbestimmter Breite und Dicke erzeugt wird. Dabei erfolgt eine genaue Kontrolle des Walzendrucks in Relation zur Umdrehungsgeschwindigkeit und dem Durchmesser der Walzen, zur Dicke des Films und den beteiligten Temperaturen.

Die vorteilhaften Weiterbildungen des Erfindungsgedankens können den Unteransprüchen 2 bis 11 bzw. 13 bis 17 entnommen werden.

Ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes, bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird nachstehend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer erfindungsgemäß gestalteten Walzverfestigungsvorrichtung, Figur 2 bis 7 graphische Darstellungen mit logarithmischen Teilungen zum Verhältnis zwischen Walzendruck und Probendicke,

Figur 8 eine graphische Darstellung mit logarithmischer Teilung mit Linienzügen, welche die Abhängigkeit der Kristallisationstemperatur für verschiedene

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Filmdicken vom Walzendruck erkennen lassen, Figur 9 bis 11 graphische Darstellungen zum Verhältnis zwischen Walzendruck und Walzenumlaufgeschwindigkeit für verschiedene Materialien und Figur 12 bis 14 graphische Darstellungen zum Verhältnis

zwischen dem Walzendruck und dem Walzendurchmesser für verschiedene amorphe Legierungen.

10

Zu der in Figur 1 schematisch dargestellten Walzverfestigungsvorrichtung 10 gehört ein Paar Walzen 1 und 2 aus hartem Chromstahl, die beispielsweise mit einer Drehzahl von 2 800 U/min in entgegengesetzten Drehrichtungen rotieren. Aus einem hitzebeständigen Düsenkörper 3 wird eine geschmolzene Mischung in den Spalt zwischen den Walzen 1 und 2 eingeführt, und unterhalb des Walzenspalts und in der Nähe der einen Walze befindet sich eine rotierende Trommel 4 aus einem hoch wärmeleitfähigen Material, wie Kupfer. Zwischen der Walze 1 und der rotierenden Trommel 4 und außerdem in der Nähe der Walze 2 befinden sich je eine Luftabgabedüse 5 bzw. 6, und ein Wasserbad 8 dient zum Abkühlen eines zwischen den Walzen 1 und 2 geformten, verfestigten Films oder Streifens 7. Die Walzen 1 und 2 sowie die Trommel 4 werden mittels einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung rotierend angetrieben. Die aus dem hoch wärmeleitfähigen Material, wie Kupfer, hergestellte rotierende Trommel 4 entzieht dem zwischen den Walzen 1 und 2 extrudierten Film 7 wirksam Wärme. In der nachfolgenden Beschreibung läuft die Trommel 4 vorzugsweise mit einer höheren Umfangsgeschwindigkeit als die Walzen 1 und 2 um, beispielsweise mit einer Drehzahl von 9 000 U/min. Zur Erzielung eines gleichmäßigen Filmablaufs des mit hoher Geschwindigkeit aus dem Spalt zwischen den Walzen 1 und 2 austretenden Films 7 ist vorzugsweise die vom Film 7 zwischen dem Spalt bis auf die Trommel 4 zurückgelegte Strecke so kurz wie möglich gehalten.

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- ιϋ -

Eine die korrekten Molekularproportionen ihrer Bestandteile aufweisende Probe wird zerquetscht und in diesem Zustand in den Düsenkörper 3 eingegeben; dann wird der Düsenkörper mit der Probe in einen Ofen aus Siliciumcarbid gebracht und die im Düsenkörper 3 enthaltene Probe geschmolzen. Anschließend wird dieser Düsenkörper 3 von dem Ofen nach unten direkt über den Spalt zwischen den Walzen

10 1 und 2 bewegt und ein Hochdruckgas, wie beispielsweise

Argon, in den Düsenkörper 3 eingeblasen, um die geschmolzene Probe 17 durch eine Düsenöffnung 9 in Pfeilrichtung 11 in den Spalt zwischen den Walzen 1 und 2 abzugeben, so daß die geschmolzene Probe 17 zwischen den Walzen 1 und 2 gewalzt und verfestigt wird. Die aus dem Spalt zwischen den Walzen 1 und 2 in Form eines Streifens oder Films 7 extrudierte gewalzte Probe wird direkt auf die rotierende Trommel 4 unterhalb der Walze 2 geleitet und dabei in deren Rotationsrichtung in Pfeilrichtung 2 abgelenkt, und durch den Kontakt mit der Oberfläche der rotierenden Trommel 4 erfolgt eine weitere Abkühlung. Wie Figur 1 erkennen läßt, erfolgt das Auflaufen des Films 7 direkt nach Verlassen des Spalts zwischen den Walzen 1 und 2 bei Kontakt mit Walze 2. Im Gegensatz zur konventionellen Methode der Walzenkühlung berührt hier der Film 7 die Walze 2 beträchtlich lange, die Kühlwirkung ist entsprechend hoch.

Ferner wird Luft zum Kühlen und Lenken des Films 7 in Pfeilrichtung 13 aus der Luftabgebedüse 5 und in Pfeilrichtung 14 aus der Luftabgabedüse 6 auf den Film geblasen und dadurch eine noch bessere Kühlwirkung erzielt. Der durch die Trommel 4 gekühlte und geführte Film gelangt anschließend in das Wasserbad 8 und erfährt darin eine weitere Abkühlung.

Wie vorstehend beschrieben, wird der Film 7, ähnlich wie bei der konventionellen Methode, zwischen den Walzen 1 und 2 extrudiert, dann jedoch erfindungsgemäß auf die rotierende

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Trommel 4 geleitet und dabei intensiv gekühlt. Aufgrund der erfindungsgemäß verbesserten Abkühlgeschwindigkeit läßt sich die Herstellung einer amorphen Legierung zuverlässiger durchführen. Amorphe Legierungen, die durch das konventionelle Verfahren überhaupt nicht herstellbar waren, lassen sich mit Hilfe der Erfindung jetzt fabrizieren. Die Berührung mit der rotierenden Trommel 4, die dabei aus den Düsen 5 und 6 aufgeblasene Luft und das Eintauchen in das Wasserbad 8 bei noch im Kontakt mit der Trommel 4 befindlichen Film bewirken eine sehr hohe Abkühlgeschwindigkeit. Da die Umfangsgeschwindigkeit der rotierenden Trommel 4 größer als die der Walzen 1 und ist, erfolgt eine zufriedenstellende Führung und Abkühlung des Films 7. Der Spalt zwischen der Walze 2 und der Trommel 4 sollte so groß sein, daß der Film nicht auf die Trommel 4 aufgepreßt wird, weil sie aus Kupfer besteht und leicht beschädigt werden könnte.

20

Wegen der hohen Abkühlgeschwindigkeit des Films ist dessen Abkühlzeit so kurz, daß eine Oberflächenoxidation auf ein Minimum reduziert wird und folglich eine feste amorphe Legierung gewonnen wird.

25

Weil erfindungsgemäß der aus dem Spalt zwischen den Walzen 1 und 2 extrudierte Film 7 unmittelbar danach auf die rotierende Trommel 4 aufgeleitet wird, werden Flattererscheinungen bzw. Wellenbildungen auf dem Film 7 verhindert, so daß fortlaufend ein langer gerader Film aus einer amorphen Legierung gefertigt werden kann.

Wird, nachdem die Walzen 1 und 2 angetrieben sind, die Antriebseinrichtung für die Walze 2 abgetrennt, dann stellen sich bei den Walzen 1 und 2 unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten ein, welche den Film zu einem engeren Kontakt mit Walze 2 veranlassen und so zu einer wei-

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O "7 Op 1 OO

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ter verbesserten Abkühlgeschwindigkeit führen. Zwar gehören die rotierende Walze 4 und das Wasserbad 8 zur bevorzugten Ausführung der Erfindung, jedoch können eine oder beide Einrichtungen auf Wunsch fortgelassen werden.

Unter Verwendung der oben beschriebenen Walzverfestigungsvorrichtung 1O haben die Erfinder die Bedingungen untersucht, welche zur gleichförmigen Gewinnung einer im wesentlichen aus Eisen, Kobalt oder Nickel bestehenden amorphen Legierung erforderlich sind. Dabei hat sich ergeben, daß der Walzendruck höher als der vorbestimmte Druck sein sollte, damit ein amorpher Film von vorbestimm-

15 ter Breite und Dicke erzeugt wird.

A) Verhältnis zwischen Filmdicke und Walzendruck

Mit Hilfe von Eisen-Walzen 1 und 2, deren Durchmesser 15 cm und deren Drehzahlen 2 850 U/min betrugen, wurde ein Film aus einer amorphen Legierung mit der empirischen Formel

Vp ρ C 80 13 7

hergestellt, dabei das Verhältnis zwischen Walzendruck

25

und Probendicke ermittelt und die Ergebnisse in Figur 2 aufgetragen. In dieser graphischen Darstellung befindet sich die amorphe Zone oberhalb der Linie a. Die bei den Versuchen erzielten amorphen Legierungen sind durch Kreise, und die nicht gelungenen amorphen Legierungen durch kleine Kreuzchen markiert. Diese Bezeichnungsweise gilt auch für die folgenden Figuren. Aus Figur 2 läßt sich entnehmen, daß man eine amorphe Legierung nur unter einem beträchtlich hohen Walzendruck herstellen kann, im Gegensatz zu den bisher benutzten niedrigen Walzendrücken.

Anschließend wurde unter den gleichen Bedingungen wie

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ο T Op1 O Q

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in Figur 2 ein Film aus einer amorphen Legierung der Formel
*^e72 8 13 7

hergestellt und dabei in Figur 3 das Verhältnis zwischen Walzendruck und Dicke der Probe bestimmt. Die amorphen Legierungen entstanden hier in dem Bereich oberhalb der Linie b.
10

Dann wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Figur 2 ein Film aus einer amorphen Legierung der Formel

Fe₇₈Si₁₀B₁₂

hergestellt und das Verhältnis zwischen Walzendruck und Probendicke ermittelt, die Ergebnisse zeigt Figur 4. Die amorphen Legierungen liegen in dem Bereich oberhalb der Linie c.

Anschließend wurde (siehe Figur 5) eine amorphe Legierung der Formel

^Fe80^P13^C7

bei verminderter Drehzahl der Walzen 1 und 2 auf 1 450 U/min hergestellt. Ansonsten wurden die gleichen Walzen wie bei den vorhergehenden Beispielen verwendet. Aus Figur 5 läßt sich entnehmen, welcher Walzendruck pro Breiten- und Dicken-Einheit der Probe oberhalb der Linie d gewählt werden sollte.

In Figur 6 sind die Ergebnisse für die amorphe Legierung

der Formel

Fe₇₂Cr₈P₁₃C₇

unter den gleichen Bedingungen wie in Figur 5 aufgetragen, der Bereich der amorphen Legierungen liegt oberhalb der Linie e.

In Figur 7 sind die Ergebnisse für eine amorphe Legierung der Formel

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unter den gleichen Bedingungen wie in Figur 5 aufgetragen. Hier liegt der Bereich der erzielten amorphen Legierungen über der Linie f.

Aus den Figuren 2 bis 7 läßt sich entnehmen, welcher Walzendruck zur Erzielung eines Films aus einer amorphen Legierung von gegebener Dicke und Breite erforderlich ist. Bezeichnet man die Dicke des Films mit

X in Mikron, dann entspricht der zugehörige Walzen-

druck Y auf den Linien a bis f etwa X . Zur Erzielung einer amorphen Legierung sollte deshalb folgende Formel erfüllt sein:

Y = R₁X⁴, wobei R eine Konstante ist.

B) Verhältnis zwischen Kristallisationstemperatur und Walzendruck

20

Bei den Beispielen von Figur 2 bis 7 ist der Walzendruck zur Erzielung einer amorphen Legierung von deren Kristallisationstemperatur abhängig. In der nachstehenden Tabelle I sind die Kristallisationstemperaturen

T von verschiedenen erzeugten amorphen Legierungen

aufgetragen. Nach der bekannten differentiellen thermischen Analysemethode wird die Kristallisationstemperatur T durch exothermen Austausch beim Erwärmen erreicht.

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10 15 20

- 15 -

Tabelle I

Zusammensetzung der amorphen Legierung	T cry (⁰C)	Zusammensetzung der amorphen Legierung	T cry (⁰C)
^Fe80^P13^C7	410	^Fe76,3^Si5,7^B18	523
Fe₇₈Cr₂P₁₃C₇	419	^Fe78,1^Si5,9^B16	507
^Fe76^Cr4^P13^C7	429	^Fe76,1^Cr2^Si5,9^B16	512
^Fe74^Cr6^P13^C7	430	^Fe74,1^Cr4^Si5,9^B16	514
Fe₇₂Cr₈P₁₃C₇	437	^Fe76,1^Al2^Si5,9^B16	520
^Fe80^Cr2^P11,7^C6,3	396	^Fe78^Si10^B12	500
Fe₇₉Ru₁P₁₃C₇	429	^Fe76^Cr2^Si10^B12	522
Fe₇₈Ru₂P₁₃C₇	431	^Fe76^V4^P13^C7	411
^Fe76^Ru4^P13^C7	420

30 35

Zur Herstellung der zuvor beschriebenen amorphen Legierungen wurden Eisenwalzen mit 15 cm Durchmesser und 2 850 U/min benutzt. Die graphische Darstellung in Figur 8 enthält das Verhältnis zwischen der Kristallisationstemperatur der amorphen Legierung und dem Walzendruck. Auf der Abszisse ist aufgetragen

wobei ÄT = T - 20 ⁰C bei einer Walzentemperatur von 20 ⁰C ist. Figur 8 enthält die Ergebnisse für drei unterschiedliche amorphe Legierungen. Bei einer Filmdicke

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von 40 μ entspricht die Linie g dem minimalen Walzendruck für die Erzielung amorpher Legierungen. Bei einer ELlndicke von 50 μ entspricht die Linie h dem minimalen Walzendruck.

Aus Figur 8 geht hervor, daß der Walzendruck der Kristallisationstemperatur umgekehrt proportional ist, so daß zur Erzielung einer amorphen Legierung folgende Bedingungen zu erfüllen sind:

* - ^K2 ¹T - 20^} cry

cry

wobei k„ eine Konstante i
15

C) Verhältnis zwischen dem Material der Walzen und dem Walzendruck

Aus den Ergebnissen der Figuren 2 bis 8 läßt sich für die Erzielung einer amorphen Legierung folgende Generalgleichung ableiten:

° ^Tcry - ²⁰

wobei Y der Walzendruck, X die Filmdicke in Mikron, T die Kristallisationstemperatur der amorphen Legierung und C eine Konstante ist.

Der Wert von C wird bestimmt durch die Materialart der Walzen, insbesondere dem Young¹sehen Modul und die Wärmeleitfähigkeit des Materials. Beispiele für die

Konstante C für unterschiedliche Materialien gibt die nachstehende Tabelle II an.

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Tabelle II

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Material der Walzen	Konstante
Fe (Hauptbestandteil	1,27 χ 10⁴
Cu	1,0 χ 10²
Cu - 35 % Zn	9,0 χ 10²
Cu - 10 % Zn	6,0 χ 10²
Al	1 ,3 χ 10²
Al - 12 % Si (Guß)	2,6 χ 10²
Al - 10 % Mg (" )	7,2 χ 10²
Al - 4,5 % Cu (Alterung)	1,9 χ 10²

Aus Figur 2 läßt sich entnehmen, daß für aus Kupfer

oder Aluminium hergestellte Walzen ein geringerer Walzendruck notwendig ist als für Walzen aus Eisen. Kupferoder Aluminium-Walzen haben ferner Vorteile aus der Sicht der Verfestigung. Selbstverständlich ist es auch möglich, die beiden Walzen aus unterschiedlichen Materialien herzustellen, beispielsweise aus Eisen und Kupfer oder Eisen und Aluminium.

Die nachstehende Tabelle III gibt das Verhältnis zwisehen der Konstante C , dem Young¹sehen Modul E und der Wärmeleitfähigkeit K an.

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Tabelle III

co

co CD CaJ O "V. O cn cn cn

Material der Walze	Young'scher Modul E ₀ (10^Jkg/min )	Wärmeleitfähig keit (Watt cm deg )	E/K²	Co/(Ε/Κ²)	0.09 — 0,16
Fe (Hauptbestand teil)	20	0,45~0,52	9,9—7,4 χ 10⁴	0,13 ^— 0,17 ι	0,10
Cu	11	3,9	7,2 χ 10²	0,14
Cu - 35 % Zn	10.	1,2	6,9 χ 10³ 0,13 j
Cu - 10 % Zn	12	1,9	3,3 χ 1O³ j 0.18 ί
Al	6,9	2,2	" ' j 1,4 χ 10³ 0,09
Al - 12 % Si	7,1	1 ,6 —'2,1	2,8—1 ,6 χ 10³
Al - 4,5 % Cu	7,1	1,9	2,0 χ 10³

00 I

^: 03

, 2

ί CD ι ω

! rn

■00 CO

CO CO -J O co 3

NJ η

co O

CO

ro

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Gemäß Tabelle III ist die Konstante C etwa der ReIa-

2 °

tion E/K proportional, was sich wie folgt ausdrücken

läßt:

⁰K²

Aus der Sicht der Verfestigungswirkung der Walzen sollte die Konstante a größer als 0,09 und vorzugsweise größer als 0,015, im Optimalfall größer als 0,18 sein.

15

D) Verhältnis zwischen Rotationsgeschwindigkeit der Wal zen und Walzendruck

In Versuchen wurde das Verhältnis zwischen der Rotationsgeschwindigkeit der Walzen und dem Walzendruck bei der Herstellung eines amorphen Legierungsfilms

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mit einer Dicke von 40 μ ermittelt, wobei die benutzten Walzen aus Eisen waren und einen Durchmesser von 15 cm hatten. Bei den in Figur 9 dargestellten Ergebnissen sollte der Bereich oberhalb der Linie i zur Erzielung einer amorphen Legierung unter Berücksichtigung des Walzendrucks gewählt werden.

Figur 10 zeigt die Ergebnisse von Versuchen zu dem Verhältnis zwischen Walzendruck und Umfangsgeschwindigkeit der Walzen bei der Gewinnung eines amorphen Legierungsfilms mit einer Dicke von 50 μ. Die übrigen Versuchsbedingungen sowie das Material der amorphen Legierung waren die gleichen wie in Figur 9* In Figur 10 sollte der Bereich oberhalb der Linie j zur Erzielung einer amorphen Legierung gewählt werden.

Figur 11 zeigt die Ergebnisse von Versuchen zum Ver-

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hältnis zwischen dem Walzendruck und der Rotationsgeschwindigkeit bei der Erzielung eines amorphen Legierungsfilms mit einer Dicke von 60 \i. Die übrigen Versuchsbedingungen waren wieder die gleichen wie in Figur 9. In Figur 11 sollte zur Erzielung einer amorphen Legierung der Bereich oberhalb der Linie k gewählt werden.

10

Aus den Ergebnissen von Figur 9 bis 11 läßt sich entnehmen, daß der Walzendruck auf den Linien i bis k im wesentlichen dem Quadrat der Umdrehungsgeschwindigkeit der Walzen proportional ist. Die oben erwähnte Konstante C ist der für die Umfangsgeschwindigkeit von 2 850 U/min gültige Wert. Somit wird im Generalfall das Verhältnis (1) folgendermaßen sein:

C₁ = C (-A_) (2) ^u 2850

wobei A die Rotationsgeschwindigkeit der Walzen ist. E) Verhältnis zwischen Walzendurchmesser und Walzendruck

Es wurden Versuche zur Ermittlung des Verhältnisses zwischen dem Walzendurchmesser und dem Walzendruck zur Gewinnung eines amorphen Legierungsfilms aus

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mit einer Dicke von 40 μ unternommen, die dabei benutzten Walzen waren aus Eisen und rotierten mit einer Drehzahl von 2 850 U/min. Aus den in Figur 12 aufgetragenen Ergebnissen läßt sich entnehmen, daß der Bereich oberhalb der Linie 1 zur Erzielung der amorphen Legierung unter Berücksichtigung des Walzendrucks zu wählen ist.

Figur 13 zeigt die Versuchsergebnisse zum Verhältnis zwischen Walzendruck und Walzendurchmesser zur Erzie-

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lung eines amorphen Legierungsfilms mit einer Dicke von 50 μ, die Versuchsbedingungen waren die gleichen wie bei Figur 12. In Figur 13 liegt der Bereich zur Erzielung einer amorphen Legierung über der Linie m.

Figur 14 zeigt die Versuchsergebnisse zum Verhältnis zwischen Walzendruck und Walzendurchmesser bei der 0 Gewinnung eines amorphen Legierungsfilms mit einer Dicke von 60 μ. Die Versuchsbedingungen sowie das Material der amorphen Legierung waren die gleichen wie bei Figur 12. In Figur 14 sollte der Bereich oberhalb der Linie η zur Gewinnung einer amorphen Legierung unter Berücksichtigung des Walzendrucks gewählt werden. Wie sich aus den Figuren 12 bis 14 entnehmen läßt, ist der Walzendruck auf den Linien

1 bis η im wesentlichen dem Walzendurchmesser proportional. Die oben erwähnte Konstante C_Q gilt für eine Rotationsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl von

2 850 U/min und einen Walzendurchmesser von 15 cm. Daraus ergibt sich für den Generalfall folgende Konstante C:

C = C₁ (^) (3)

Für den Generalfall ergibt sich damit folgende Walzendruckgleichung :

cry

worin T die Walzentemperatur in ⁰C,

C = C₁(J₅) und

C = C i—— )

^U1 o^l2850'

sind. Zwar lag die Walzentemperatur in Gleichung (1)

bei 20 ⁰C, doch wurden die gleichen Ergebnisse wie

in Figur 8 auch mit anderen Walzentemperaturen erzielt.

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Wenn bisher für die Walzen 1 und 2 gleiche Durchmesser verwendet wurden, so sind auch unterschiedliehe Walzendurchmesser möglich. In diesem Fall ergibt sich der Durchmesser R für die Walzen aus folgender Formel

1 ₌ IfJL + 1_ R 2¹R₁ R₂ worin R₁ und R„ die jeweiligen Walzendurchmesser sind.

Selbstverständlich beschränkt sich die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten 15 Ausführungsbeispiele, vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abwandlungen möglich.

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Claims

TER MEER - MÜLLER - SiEiNMEISTER

D-8OOO München 22 D-48OO Bielefeld

Triftstraße 4 Siekerwall 7

Case S78P128

MÜ/Gdt/ei 28. August 1978

SONY CORPORATION 7-35, Kitashinagawa 6-chome Shinagawa-ku, Tokyo, Japan

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer amorphen Legierung

Priorität vom 12. September 1977, Japan, Nr. 109747/1977

PATENTANSPRÜCHE

Verfahren zur Herstellung einer amorphen Legierung, bei dem eine geschmolzene Mischung aus den in der Legierung enthaltenen Rohmaterialien vorbereitet, zwischen einem Paar entgegensetzt rotierenden Walzen gewalzt und zu einem Film der amorphen Legierung verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet , daß das Walzen und die Verfestigung unter Einhaltung der Bedingung

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o^l2850^{; l}15' ¹T -T^J

^cry

durchgeführt wird, wobei

die benutzten Symbole folgende Bedeutung haben:

Y der Walzendruck pro Breiteneinheit des Films in

Tonnen pro cm,

10 C eine durch den Young'sehen Modul E und die Wärmeleitfähigkeit des Materials der Walzen bestimmte Konstante,

A die Umdrehungsgeschwindigkeit der Walzen in U/min,

R der Walzendurchmesser in cm, X die Filmdicke in Micron,

T, die Kristallisationstemperatur der amorphen Legierung in ⁰C/

T die Temperatur der Walzen in ⁰C, und

111 1

rr = -~ (— + — ) , wenn die Walzen einen Durchmesser von

^R 1 ^R2

R₁ bzw. R₂ in cm haben.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Film von den Walzen

25

auf eine wärmeleitfähige, rotierende Trommel, die sich in der Nähe der Walzen befindet, geleitet und dadurch weiter abgekühlt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem harten Stahl hergestellte Walzen verwendet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß eine aus Kupfer hergestellte rotierende Trommel verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Walzen mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten rotierend angetrie-

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ben werden.
6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß der Film von der rotierenden Trommel in ein Bad aus einer Kühlflüssig keit geleitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Konstante C durch folgende Formel bestimmt wird:

15 ^K

worin

a eine größer als 0,09 bemessene Konstante, E der Young'sehe Modul für das Material der

Walzen, und
²⁰ K die Wärmeleitfähigkeit des Materials der

Walzen
ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch g e kennzeichnet, daß die Konstante a größer ist als 0,15.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante a größer

³⁰ ist als 0,18.
10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die rotierende Trommel mit einer höheren Geschwindigkeit als die Walzen angetrieben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Walzen mit gleichem Durchmesser verwendet werden.

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12. Vorrichtung _ZUr Herstellung einer amorphen Legierung nach mindenstens einem der Ansprüche 1 bis 11, mit Einrichtungen zur Bildung einer eingegrenzten Schmelze aus die Legierung bildenden Rohnaterialien, einem Paar entgegengesetzt angetriebenen und einen Spalt bildenden Walzen, die so positioniert sind, daß zwischen ihnen aus der eingebrachten Schmelze ein Film aus der amorphen Legierung gebildet werden kann, und mit Einrichtungen zum Erzeugen eines Druckes zwischen den Walzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung die Betriebsbedingung

15 Y = C_o (^efö)² (^) ()⁴ erfüllt,

cry

worin die Symbole folgende Bedeutung haben:

Y der Walzendruck pro Breiteneinheit des Films (7) in Tonnen pro cm,

C eine durch den Young'sehen Modul E und die Wärmeleitfähigkeit des Materials der Walzen (1, 2) bestimmte Konstante,

A die Rotationsgeschwindigkeit der Walzen (1, 2) in U/min,

R der Durchmesser der Walzen (1, 2) in cm,

X die Dicke des Films (7) in Mikron,

T die Kristallisationstemperatur der amorphen Legierung in ⁰C,

T die Temperatur der Walzen (1, 2) in ⁰C, und

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-k = -ö (^ + ^ ) , wenn die Walzen (1, 2) unterschiedliche

Durchmesser R₁ bzw. R„ in cm haben.

3 . Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine aus einem wärmeleitfähigen Material bestehende rotierende Trommel (4) vorhanden und in der Weise nahe den Walzen (1/ 2) angeordnet ist, daß der Film (7) durch die Trommel von den Walzen übernommen und gekühlt wird.

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4 . Vorrichtimg nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen (1, 2) aus einem harten Stahl hergestellt sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß die rotierende Trommel (4) aus Kupfer hergestellt ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet , daß ein Bad (8) mit einer Kühlflüssigkeit vorhanden und so angeordnet ist, daß darin der Film (7) von der rotierenden Trommel (4) aufgenommen wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß die Walzen (1, 2) gleiche Durchmesser besitzen.

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