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BESCHREIBUNG
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Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung eines Legierungsmaterials
und insbesondere ein Verfahren zur Herstellung eines Legierungsmaterials in Form
von dünnen Blättern bzw. Folien, dünnen Drähten etc. in Massenproduktion unter Abschrecken
einer geschmolzenen Legierung.
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Es sind verschiedene Methoden, beispielsweise ein Einwalzenverfahren,
ein Doppelwalzenverfahren etc., zur Verarbeitung eines Legierungsmaterials in-die
Form von dünnen Blättern bzw. Folien, dünnen Drähten etc. bekannt, bei denen eine
geschmolzene Legierung rasch abgeschreckt bzw. abgekühlt wird. Es sind auch Verfahren
zur Herstellung von-amorphen Materialien bekannt, wie beispielsweise in der US-PS
4 077 462 beschrieben. Diese Verfahren sind derzeit auf dem Wege einer praktischen
Anwendung. Diese Verfahren nach dem Stand der Technik sind jedoch nur zur Herstellung
von Probekörpern für Experimente oder einer kleinen Anzahl von Produkten in einem
kurzen Zeitraum vorgesehen. So wird beispielsweise bei einem Vorgehen eine geschmolzene
Legierung auf die Oberfläche einer Metallwalze, die mit einer Umfangsgeschwindigkeit
von 10 bis 30 m/sec rotiert, durch eine Düse aufgespritzt, die in einem sehr kleinen
Abstand von der Oberfläche der Metallwalze angeordnet wird. Dann wird abgeschreckt
bzw. gekühlt, wodurch das Legierungsmaterial in der Form eines Streifens erhalten
wird. Bei der Durchführung eines solchen Verfahrens in der Praxis wird die Bohrung
der Düse klein gemacht, um das Volumen der Metallschmelze, die auf die Oberfläche
eines Kühlelements aufgesprüht wird, zu begrenzen, um ein rasches Abkühlen der geschmolzenen
Legierung zu erhalten. Damit das geschmolzene Metall durch die Düse mit einer derart
kleinen Bohrung gleichförmig und kontinuierlich ohne Unterbrechung ausgepreßt werden
kann, sind der Tiegelabschnitt und der Deckelab
schnitt des die
geschmolzene Legierung haltenden Gefäßes luftdicht abgeschlossen, um einen bestimmten
Druck auf die geschmolzene Legierung anzulegen, wenn die gesdhmolzene Legierung
durch die Düse ausgepreßt wird. Diese Anordnung hat aber zu dem Problem geführt,
daß, wenn die Rohmaterialien in dem Gefäß geschmolzen und gehalten werden oder wenn
das Auspressen der geschmolzenen Legierung unterbrochen wird und das geschmolzene
Metall in dem Gefäß gehalten wird, das geschmolzene Metall unabsichtlich durch Düse
hindurchtropft.
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Zur Überwindung dieses Problems kann ein Stöpsel in dem die geschmolzene
Legierung haltenden Gefäß mit Einschluß des Tiegelabschnitts.und des Deckelabschnitts
vorgesehen sein, um die Bohrung der Düse zu verschließen. Der Stöpsel kann in geeigneter
Weise vertikal bewegt werden, damit die geschmolzene Legierung durch die Düse ausgepreßt
wird oder damit verhindert wird, daß sie unbeabsichtigt durch diese hinausgepreßt
wird. Dies wird beispielsweise in der US-PS 4 221 587 beschrieben. Die oben beschriebene
Verwendung eines Stöpsels ist jedoch nur in dem Fall mit Erfolg anwendbar, wenn
die Bohrung der Düse groß ist, wobei die Verwendung des Stöpsels in einem anderen
Fall nicht bevorzugt wird, wenn die Bohrung der Düse klein ist, wie es bei der Düse
eines eine geschmolzene Legierung haltenden Gefäßes der Fall ist, das zum Erhalt
eines Legierungsmaterials durch Abschrecken einer geschmolzenen Legierung verwendet
wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß ein Aussickern der geschmolzenen Legierung
stattfinden kann.
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Ein System, das beim kontinuierlichen Gießen. als Gleittorsystem bekannt
ist, enthält einen Düsenabschnitt, der in zwei Teile oder einen oberen und einen
unteren Teil aufgeteilt ist, wobei der untere Teil der Düse in gleitender Bewegung
bewegt wird, um den Düsenabschnitt zu öffnen und zu schließen. In diesem System
werden jedoch einige Nachteile bewirkt. Bei der Verwendung dieses Systems erhält
die Vor-
richtung eine große Größe, und beim Vorerhitzen des Düsenabschnitts
treten trotz der Notwendigkeit, den Düsenabschnitt zu erhitzen, Schwierigkeiten
auf. Schwierigkeiten treten auch beim Erhalt einer hermetischen Abdichtung auf,
weil die Struktur als Ganze durch Induktionserhitzen erhitzt wird. Aufgrund dieser
Schwierigkeiten ist dieses System noch nicht zur Herstellung eines Legierungsmaterials
durch Abschrecken einer geschmolzenen Legierung verwendet worden.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines
Legierungsmaterials zur Verfügung zu stellen, das dazu imstande ist, das Legierungsmaterial
in relativ großer Menge durch Abschrecken einer geschmolzenen Legierung und unter
Verwendung einer Vorrichtung mit einfacher Konstruktion kontinuierlich herzustellen,
ohne daß das Risiko besteht, daß das geschmolzene Metall durch die Düse aussickert.
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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen: Figur 1 eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Vorrichtung zur
Herstellung eines Legierungsmaterials unter Verwendung eines Stöpsels; und Figur
2 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung, die dazu geeignet ist, ein Verfahren
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung durchzuführen.
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Bei der in Figur 1 gezeigten Vorrichtung wird eine geschmolzene Legierung
1 in einem Haltegefäß für die geschmolzene Legierung gehalten. Das Gefäß umfaßt
einen Tiegelabschnitt 3 und einen Deckelabschnitt 4, und es weist eine Düse 2 auf,
die an einen unteren Teil des Gefäßes angeschlossen ist. Ein Stöpsel 5 ist so angeordnet,
daß die Düse 2 geschlossen ist. Er ist durch eine Welle 6 für vertikale Bewegung
an
eine nicht gezeigte Bewegungseinrichtung angeschlossen, so daß die Düse 2, wie gewünscht,
geöffnet und geschlossen wird. Dieses herkömmliche System wird in einem Fall, daß
der Durchmesser der Düsenbohrung oder die Breite des Düsenschlitzes in Bewegungsrichtung
eines Kühlkörpers 8 klein ist, zum Erhalt von zufriedenstellenden Abschrekkungseffekten
für die geschmolzene Legierung nicht bevorzugt, da die Verringerung des Durchmessers
der Düsenbohrung oder der Breite des Düsenschlitzes die Gefahr eines Aussikkerns
des geschmolzenen Metalls bewirkt. Auch in Fällen, in denen der Stöpsel 5 und die
Welle 6 aus Keramik gebildet sind, tritt das Problem hinsichtlich ihrer Festigkeit
auf. In anderen Fällen, wo diese Teile aus Metall gebildet sind, wird ein Erhitzen
durch Induktion des Metallstöpsels zusammen mit der geschmolzenen Legierung bewirkt,
und es kann vorkommen, daß Verunreinigungen in die geschmolzene Legierung eingearbeitet
werden. Schwierigkeiten treten auch beim Erhalt eines luftdichten Verschlusses zwischen
der Welle 6 und einem Gleitteil 7 des Deckelabschnitts 4 und zwischen der Bohrung
der Düse 2 und dem Stöpsel 5 auf.
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Angesichts dieser Probleme wird ein Herstellungsverfahren fü ein Legierungsmaterial
durch Abschrecken der geschmolzenen Legierung angestrebt, bei dem kein Stöpsel und
keine Welle verwendet werden.
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In Figur 2 ist ein Beispiel einer Vorrichtung dargestellt, die zur
Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Legierungsmaterials
geeignet ist. Das Haltegefäß für die geschmolzene Legierung mit einem Tiegelabschnitt
3 und einem Deckelabschnitt, in dem sich die geschmolzene Legierung 1 befindet,
weist keinen Stöpsel auf.
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Erfindungsgemäß wird eine Charge von Rohmaterialien in den Tiegelabschnitt
3 eingebracht, um eine geschmolzene Legierung mit vorgewählter Zusammensetzung zu
ergeben. Hierauf wird der Deckelabschnitt 4 mit dem Tiegelabschnitt 3 ver-
bunden,
um ein Haltegefäß für die geschmolzene Legierung mit luftdichter Verschlußkonstruktion
zu ergeben. Nach der Einführung von Inertgas, zum Beispiel von Argongas, in das
Gefäß von einer Argongasquelle (nicht gezeigt) etc., um die Oxidation der Legierungsschmelze
1 zu vermeiden, wird die Charge der Rohmaterialien durch eine Heizeinrichtung, wie
eine Hochfrequenzinduktionsheizeinrichtung, erhitzt, um die Rohmaterialien aufzuschmelzen.
Mit dem Fortschreiten des Schmelzens und wenn die geschmolzene Legierung in dem
Tiegelabschnitt 3 gebildet wird, wird das Innere des Gefäßes durch ein Druckverringerungssystem
14 evakuiert. Dieses ist mit einer Druckverringerungseinrichtung, beispielsweise
einer Vakuumpumpe, versehen, um den Innendruck des Gefäßes auf einen vorgewählten
Wert unterhalb des Umgebungsdrucks zu verringern, damit die geschmolzene Legierung
i in dem Gefäß gehalten wird. Durch diese Anordnung kann die geschmolzene Legierung
1 in dem Gefäß gehalten werden, ohne daß die Gefahr besteht, daß die geschmolzene
Legierung 1 durch die Düse 2 hindurchsickert, und zwar sogar dann, wenn kein Stöpsel
oder eine andere Spezialeinrichtung vorgesehen ist. Bei der vorstehenden Beschreibung
wurden Rohmaterialien beschrieben, die in dem Haltegefäß für die geschmolzene Legierung
geschmolzen wurde'n. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auf dieses System des
Schmelzens der Rohmaterialien nicht begrenzt, und die Rohmaterialien können auch
an anderen Stellen aufgeschmolzen und in das Haltegefäß für das geschmolzene Material
eingegossen werden, um darin aufbewahrt zu werden.
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Sodann wird eine Druckeinrichtung 12, die eine Gaszuführungsquelle,
ein Kontrollventil, ein Regulierungsventil, ein Manometer und andere Teile enthält,
betätigt, um den Innendruck des Gefäßes zu erhöhen, damit die geschmolzene Legierung
1 durch die Düse 2 gegen die Oberfläche des Kühlkörpers 8 aufgepreßt wird. Letzterer
dreht oder bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit, so daß die geschmolzene Legie-
rung
durch den Kontakt mit der Oberfläche des Kühlkörpers 8 gekühlt wird. Auf diese Weise
kann das Legierungsmaterial in jeder gewünschten Form, zum Beispiel in Porm von
dünnen Blättern bzw. Folien, feinen Drähten und dergleichen, erhalten werden.
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Wie oben beschrieben, stellt es ein Merkmal der vorliegenden Erfindung
dar, daß der Innendruck des die geschmolzene Legierung haltenden Gefäßes auf einen
vorgewählten Wert unterhalb Umgebungsdruck gehalten wird. Vorzugsweise kann die
Verringerung des Druckes ungefähr dem Kopfpartialdruck der geschmolzenen Legierung
äquivalent sein, der auf der Basis der Höhe h der geschmolzenen Legierung in dem
Tiegelabschnitt 3 und dem spezifischen Gewicht p der geschmolzenen Legierung bestimmt
werden kann. Wenn die Druckverringerung zu groß ist, dann kann es vorkommen, daß
Umgebungsluft in das Gefäß durch den Boden und die Düse eindringt, wodurch die Oxidation
der geschmolzenen Legierung oder andere Schwierigkeiten bewirkt werden. Wenn sie
andererseits zu gering ist, dann könnte die geschmolzene Legierung durch die Düse
hindurchsickern. Daher liegt die Verringerung des Druckes P vorzugsweise in dem
durch die folgende Gleichung angegebenen Bereich: hp + K1>I-PI >hp - K2 (1)
Darin bedeuten h: die Höhe der geschmolzenen Legierung in dem Tiegel, gemessen von
der Düse p: das spezifische Gewicht der geschmolzenen Legierung P: die Druckverringerung.
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K1 und K2: Konstanten, die durch die Temperatur der Legierungsschmelze,
die Breite des Düsenschlitzes und das Material der Düse bestimmt werden.
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Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert.
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Beispiel 1 Eine Charge aus Rohmaterialien, die zu einer Legierung
mit einer Zusammensetzung Fe72Ni8Si10 B10 verformt werden sollen, wurde in das die
geschmolzene Legierung haltende Gefäß eingebracht. Nach dem Verschließen des Gefäßes
wurde Argongas eingeführt, und die Rohmaterialien wurden in einer inerten Atmosphäre
durch ein Hochfrequenzinduktionserhitzungssystem erhitzt und geschmolzen. Mit fortschreitendem
Schmelzen des Rohmaterials wurde die Verringerung des Drukkes allmählich erhöht
und so reguliert, daß ein Aussickern der geschmolzenen Legierung vermieden wurde.
Die Verringerung des Druckes betrug 57 g/m2, als die Temperatur der geschmolzenen
Legierung etwa 12800C und die Höhe des geschmolzenen Metalls in dem Tiegel 100 mm
waren. Sodann wurde Argongas in den Tiegel eingeführt,- und die geschmolzene Legierung
wurde durch die Düse unter Druck auf die Oberfläche einer Metallwalze, die mit einer
Umfangsgeschwindigkeit von 10 bis 30 m/sec rotierte, ausgepreßt, um die geschmolzene
Legierung abzuschrecken, wodurch ein Blatt bzw. eine Folie der amorphen Legierung
in Gewebeform erhalten wurde. Die Düsenöffnung hatte eine Fläche von 0,6 x 20 mm2.
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Beispiel 2 Das erfindungsgemäße Verfahren wurde wie in Beispiel 1
mit Rohmaterialien durchgeführt, die zu einer Legierung mit der Zusammensetzung
78Si1oB12 verformt wurden. Indem die Druckverringezung auf 63 g/cm2 eingestellt
wurde, wurde gleichfalls eine amorphe Legierung in Bandform mit hoher Qualität erhalten.
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