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BESCHREIBUNG:
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von
dünnem Blech oder Metallband und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Ausbringen
einer Metallschmelze aus einer Düse auf eine der Düse benachbarte rotierende Kühlwalze
derart, daß die Schmelze durch die Kühlwalze rasch abgekühlt wird, um dünne Bleche
oder Metallbänder, insbesondere dünne Bänder aus amorphem Metall, zu erzeugen.
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In den letzten Jahren hat die Technologie der Erzeugung dünner Metallbänder
durch superschnelle Abkühlung erhebliche Fortschritte gemacht, und nach diesem Verfahren
hergestellte dünne Metallbänder haben breite Anwendung für rasch anwachsende Zwecke
gefunden. Insbesondere wird ein Verfahren häufig angewendet, das mit einer einzelnen
Walze arbeitet, da es sich für die Massenherstellung derartiger Bänder eignet.
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Falls das Band zur Herstellung von Magnet-Bauteilen, etwa magnetischen
Auf zeichnungsköpfen oder gewickelten Magnetkernen durch Auf einander schichten
(L aminieren) oder -wickeln verwendet wird, muß die Rauhigkeit der Bandoberfläche
so gering wie möglich sein, um den Füllfaktor des Erzeugnisses möglichst groß zu
machen. Eine glatte Bandoberfläche ist auch dort erforderlich, wo das dünne Metallband
für ein Gleitelement, etwa eine Bandführung, eingesetzt wird. Keines der herkömmlich
angewendeten Verfahren kann allerdings diese Anforderungen vollständig erfüllen,
so daß der Bedarf an einem neuen Verfahren, das den genannten Erfordernissen ausreichend
Rechnung trägt, immer größer wird.
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Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie
sie bei vergleichbaren bekannten Verfahren
auftreten, mindestens
teilweise zu beseitigen. Eine speziellere Aufgabe der Erfindung kann darin gesehen
werden, ein Verfahren zur Erzeugung von dünnem Blech oder Metallband mit minimierter
Oberflächenrauhigkeit anzugeben, um die genannten Probleme des Standes der Technik
zu überwinden.
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Durch intensive Forschung ist herausgefunden worden, daß sich diese
Aufgabe durch ein Verfahren mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Parametern lösen
läßt. Besonders bevorzugte Parameterbereiche sind dabei in den Unteransprüchen angegeben.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend
anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 und 2 Querschnittsdarstellungen
zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Walze und der Düse in dem erfindungsgemäßen
Verfahren; Fig. 3 eine entsprechende Darstellung für ein typisches herkömmliches
Verfahren; Fig. 4 ein Diagramm, das zeigt, wie der Winkel zwischen der Ausbringrichtung
der Metallschmelze aus der Düse und der Tangente zur Walzenoberfläche an derjenigen
Stelle, an der die Schmelze mit der Walzenoberfläche in Berührung kommt, die Rauhigkeit
der Bandoberfläche beeinflußt; Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung, wie die Oberflächengeschwindigkeit
der Walze die Rauhigkeit der Bandoberfläche beeinflußt; Fig. 6 ein Diagramm zur
Darstellung, wie der Abstand zwischen der Walze und der Düse die Rauhigkeit der
Bandoberfläche beeinflußt; und Fig. 7 ein Diagramm zur Veranschaulichung, wie die
Schwankung in Abstand zwischen Düse und Walze in einer Umdrehung der Walze die Banddicke
be-
einflußt.
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In Fig. 1 ist eine Düse 1 mit einem schräg verlaufenden Schlitz 7
in einem geeigneten Abstand 6 über einer Kühlwalze 2 angeordnet. Die Walze 2 rotiert
in Richtung des Pfeiles A. Durch den Düsenschlitz 7 wird eine Schmelze 3 auf die
rotierende Walze 2 unter einem Winkel 0 aufgebracht. Wenn die Schmelze 3 mit der
Walze 2 in Berührung kommt, entsteht aus der Schmelze ein Misch- oder Schaufelteil
5 (paddle portion), aus dem sich eine dünne Schmelzeschicht bildet, die abgeschreckt
wird und ein Band 4 erzeugt.
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Fig. 2 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei
die Stirnfläche der Düse 1 abgeschrägt und die Düse 1 derart angeordnet ist, daß
diese Stirnfläche an derjenigen Stelle, an der die Schmelze 3 mit der Walzenoberfläche
in Berührung kommt, parallel zur Walzenoberfläche verläuft. Daher gelangt die Schmelze
3 unter einem geeignetem Winkel 6, der kleiner ist als 900, in Berührung mit der
Walzenoberfläche. Zum Vergleich zeigt Fig. 3 die Anordnung nach dem Stand der Technik,
bei der die Schmelze senkrecht auf die Walzenoberfläche ausgebracht wird.
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Einer der Faktoren, die den Zustand der Bandoberfläche beeinflussen,
bildet der Ausbringwinkel der Schmelze, daß heißt der Winkel 6 zwischen der Strömungsrichtung
der aus der Düse 1 austretenden Schmelze und der Tangente zur Oberfläche der Walze
2 in demjenigen Punkt, an dem die Schmelze mit der Walzenoberfläche in Berührung
kommt. Es hat sich herausgestellt, daß gegenüber demjenigen Fall, bei dem die Schmelze
senkrecht zur Walze ausgebracht wird, die Störung in dem Schaufelteil viel geringer
und daher die Bandoberfläche viel glatter ist, wenn der Ausbringwinkel 0 im Bereich
von 20 bis 800 liegt. Der bevorzugte Ausbringwinkel für die Schmelze liegt zwischen
40 und 750 Wird die Schmelze unter einem Ausbringwinkel 0 von 900
oder
größer zugeführt, so wird der Schaufelteil 5 mit großer Wahrscheinlichkeit gestört,
was dazu führt, daß die Schmelze in Richtung der Düse spritzt. Durch die Drehung
der Walze 2 oder die dadurch verursachte Luftströmung erhalten die spritzenden Schmelzenpartikel
ein Moment in Richtung der Düse 1; sie werden dadurch zurückgeschleudert, lagern
sich nachteiligerweise an der Spitze der Düse 1 ab oder verstopfen den Raum zwischen
der Walze 2 und der Düse 1, was zu Beschädigungen nicht nur der Düsenspitze sondern
auch der Walzenoberfläche führt. Je größer der Ausbringwinkel 0 ist, desto häufiger
treten derartige Störungen auf. Andererseits macht ein zu kleiner Winkel 0 die Durchführung
der hier in Rede stehenden raschen Abkühlung schwer durchführbar oder praktisch
unmöglich. Der untere Grenzwert für den Winkel 0 liegt aus diesem Grund bei 200.
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Einer der Faktoren, die Schwankungen in der Banddicke bedingen, liegt
in der Exzentrizität der Walze 2. Das Maß der Dickenschwankung kann auch von weiteren
Faktoren abhängen, etwa dem Abstand 6 zwischen der Düse 1 und der Walze 2, der Breite
des Düsenschlitzes usw. Beträgt der Abstand 6 beispielsweise etwa 100 pm, so bewirkt
eine Exzentrizität der Walze 2 von 10 pm eine Dickenschwankung von etwa 0,7 bis
1,5 pm. Die Walzenexzentrizität kann auch eine Störung des Schaufelteils 5 bewirken.
Aus diesen Gründen sollte die Exzentrizität der Walze 2 so klein wie möglich sein.
Es hat sich herausgestellt, daß für die Schwankung im Abstand 6 ein bevorzugter
Wert bei höchstens 50 pm, insbesondere höchstens 20 um liegt.
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Ist der Mittelwert des Abstandes 6 zwischen der Düse 1 und der Walze
2 zu groß, so bewirkt das Auftreffen der ausgebrachten Schmelze 2 gegen die Walzenoberfläche
eine erhebliche Störung des Schaufelteils 5. Ein großer Abstand mit einem Mittelwert
von beispielsweise etwa 600 pm, kann
dazu führen, daß der Schaufelteil
5 zu sehr gestört wird, was zu dünnen Metallbändern voller Löchern führt. Um zu
erreichen, daß der Schaufelteil 5 im wesentlichen keine oder nur äußerst geringe
Störungen aufweist, sollte der Abstand 6 nicht größer sein als 300 pm. Um ferner
Bänder mit glatten Oberflächen zu erzielen, ist der Abstand 6 vorzugsweise nicht
größer als 200 vm. Andererseits kann der Spalt 6 natürlich nicht kleiner sein als
die Dicke des zu erzeugenden Bandes.
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Auch bezüglich der Bewegungsgeschwindigkeit der Walzenoberfläche
besteht ein geeigneter Wertebereich. Ist die Oberflächengeschwindigkeit der Walze
etwa 10 m/s oder geringer, so läßt sich der Schaufelteil 5 nicht stabilisieren,
was zu einem Band 4 mit schlechter Flachheit führt.
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Andererseits führt eine hohe Geschwindigkeit der Walzenoberfläche
über etwa 50 m/s nicht nur dazu, daß die Schmelze 3 mit einer unerwünscht hohen
Geschwindigkeit zugeführt werden muß, sondern macht infolge von Vibrationen der
Vorrichtung wiederum den Schaufelbereich 5 instabil, was Bänder mit schlechter Flachheit
und Glätte ergibt. Aus diesen Gründen sollte die Oberflächengeschwindigkeit der
rotierenden Walze 2 vorzugsweise zwischen 10 und 50 m/s liegen, wobei sich hinsichtlich
Flachheit und Glätte weitere Verbesserungen ergeben, wenn ein Geschwindigkeitsbereich
zwischen 30 und 50 m/s gewählt wird.
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In der Tabelle sind die Herstellbedingungen und die Ergebnisse bei
dünnen Metallbändern zusammengestellt. Dabei wurde ein Metall auf Kobalt-Basis verwendet,
und es wurde mittels einer Walze von 80 cm Durchmesser und 25 cm Länge ein Band
mit einer Breite von 10 cm erzeugt. Die Beispiele 1 bis 7 betreffen die Bedingungen
und Ergebnisse des herkömmlichen Verfahrens nach Fig. 3,während sich die Beispiele
8 bis 15 auf das erfindungsgemäße Verfahren unter Verwendung der Vorrichtuno nach
Anspruch 1 oder 2 beziehen.
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Dabei ist festzustellen, daß die beiden Vorrichtungen nach Fig. 1
und 2 unter den gleichen Bedingungen zu im wesentlichen gleichen Ergebnissen führen.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen dem Ausbringwinkel 0 der Schmelze und der in
dem Versuch beobachteten Oberflächenrauhigkeit Ra des erzeugten Bandes. Fig. 5 veranschaulicht,
wie die Oberflächenrauhigkeit Ra des dünnen Metallbandes von der Oberflächengeschwindigkeit
der Walze 2 beeinflußt wird. Fig. 6 zeigt den Einfluß des Abstandes 6 zwischen der
Walze 2 und der Düse 1 auf die Oberflächenrauhigkeit Ra des dünnen Metallbandes.
Fig. 7 zeigt, wie sich die Dicke des dünnen Metallbandes in Abhängigkeit von einer
Schwankung im Abstand 6 zwischen Walze 2 und Düse 1 ändert.
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Wie aus der Tabelle und den Figuren 4 bis 7 ersichtlich, vermag das
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung merkliche Verbesserungen bezüglich des
Oberflächenzustands, der Rauhigkeit und der Gleichmäßigkeit der erzeugten dünnen
Metallbänder gegenüber dem herkömmlichen Verfahren herbeizuführen.
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Die Verbesserung in der Oberflächenglätte der dünnen Metallbänder
führt zu einer Erhöhung des Füllfaktors bei Magnetkernen, die aus derartigen Bändern
gewickelt sind, wodurch es wiederum möglich wird, kleinere Magnetköpfe zu fertigen.
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