DE3442009C2 - - Google Patents

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DE3442009C2
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Tsutomu Ozawa
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Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf amorphes legiertes Band auf Eisenbasis mit einer Stärke von 50 bis 150 µm und einer Breite von mindestens 20 µm, wobei ein Metallschmelze-Strahl auf einem bewegten Kühlsubstrat ausgezogen wird. Sie hat auch eine Vorrichtung zur Herstellung eines solchen Bandes zum Gegenstand.
Es ist bekannt, zur Herstellung amorpher legierter Bänder das sogenannte Schmelz-Spinn-Verfahren zu verwenden. Dabei fließt eine Metallschmelze durch eine Düse und wird auf einem Kühlsubstrat abgelagert, z. B. auf der Oberfläche einer Abschreckwalze. Die Metallschmelze wird abgeschreckt und erstarrt durch das Kühlsubstrat; daraus resultiert ein kontinuierliches Metallband oder ein Draht.
In dem Schmelz-Spinn-Verfahren ist die Abkühlgeschwindigkeit so hoch, daß, wenn die Zusammensetzung geeignet ausgewählt wurde, ein amorphes Metall oder eine Legierung mit im wesentlichen derselben Struktur wie die Metallschmelze erhalten werden kann. Ein amorphes Metall oder eine Legierung hat einheitliche Eigenschaften, die wertvoll für die praktische Anwendung sind.
Es gibt jedoch einige Schwierigkeiten bei der Herstellung breiter Bänder. Wichtige Faktoren in der Herstellung eines amorphen Metalls oder einer Legierung sind die Form der Düsen, die Anordnung der Düsen zum Kühlsubstrat, der Ausstoßdruck der Metallschmelze durch die Düse und die Bewegungsgeschwindigkeit des Kühlsubstrats. Um die Breite des Bandes zu erhöhen, muß man streng die verschiendenen Bedingungen für jeden der obengenannten Faktoren einhalten.
Ein Stranggießverfahren für ein metallisches amorphes Band und eine Vorrichtung zur Herstellung eines breiten Streifens sind z. B. in der DE-OS 27 46 238 beschrieben. Dabei wird eine schlitzförmige Düse mit rechteckiger Öffnung auf ein Kühlsubstrat (Walze oder Band) mit einem Abstand oder Spalt dazwischen, der etwa 0,03 bis etwa 1 mm breit ist, ausgerichtet und die Metallschmelze auf die Abschreckoberfläche des Kühlsubstrats durch die schlitzförmige Düse ausgestoßen, wobei das Kühlsubstrat mit einer Geschwindigkeit von etwa 100 bis etwa 2000 m/min bewegt wird. Die Metallschmelze wird abgeschreckt durch den Kontakt mit der Abschreckoberfläche bei einer schnellen Abschreckgeschwindigkeit und erstarrt in ein kontinuierliches amorphes Metallband. In diesem Verfahren gibt es im Prinzip keine Begrenzung für die Breite des amorphen Metallbandes.
Einschränkungen auf die Kühlgeschwindigkeit erschweren ebenfalls die Erzeugung eines dicken Bandes. Bei der Erhöhung der Dicke des Bandes wurde das Problem der Dicke bis heute nicht gelöst. Diese Begrenzung für die Dicke des Bandes ist nicht nur anwendbar auf amorphes Metall, das strenge Kühlbedingungen erfordert, sondern auch auf kristallines Metall, das diese Bedingungen nicht fordert. Das Grundverfahren, das für den Versuch geeignet ist, ein Metallband mit einer Dicke im herkömmlichen kontinuierlichen Metallschmelze-Abschreck-Verfahren herzustellen, ist die Erhöhung der Förderlänge des Streifens, der auf dem Kühlsubstrat geformt ist, in Bezug auf die Beförderungsgeschwindigkeit des Kühlsubstrats. In der tatsächlichen Produktion eines amorphen Metallbandes kann irgendeines der folgenden Mittel oder eine Kombination davon berücksichtigt werden, um diese Erhöhung zu erreichen. Diese Mittel sind:
  • 1. Vergrößerung der Breite der Düsenöffnung,
  • 2. Erhöhung der Druckkraft,
  • 3. Vergrößerung des Spalts zwischen der Düse und der Abschreckoberfläche,
  • 4. Verringerung der Beförderungsgeschwindigkeit des Kühlsubstrats.
Es wurden Versuche durchgeführt, um ein amorphes Metallband mit einer großen Stärke herzustellen unter Verwendung der oben genannten vier Mittel, es konnten aber keine guten Ergebnisse gewonnen werden. Es wurde gefunden, daß es eine Begrenzung für die Stärke gibt, die auf den Typ des Metalls oder der Legierung und auf das Material des Kühlsubstrats zurückzuführen ist und daß eine übermäßige Vergrößerung der Dicke zu einer unerwünschten Form und Verschlechterung des Bandes führt. Insbesondere haftet überreichlich geschmolzenes Metall an der Düse und erstarrt daran. Das erstarrte Metall, das die bewegte Abschreckoberfläche berührt, führt dazu, daß die Düsen abbrechen. Auch wenn ein dickes Band durch die oben genannten vier Mittel hergestellt wird, ist die freie Oberfläche des Metallbandes der Atmosphäre für einen längeren Zeitraum ausgesetzt, was in unerwünschten Erscheinungen, wie einer rauhen Oberfläche, Furchen und einer Verfärbung resultiert. Die Entwicklung solcher Phänomene, im Fall einer amorphen Legierung, bededeutet auch, daß ein Kristall an der Oberflächenschicht gebildet ist, selbst wenn das Kristall durch Röntgenstrahlbeugungsuntersuchung nicht erkannt werden kann. Dies verringert die Duktilität, die magnetischen Eigenschaften, wie Koerzitivkraft und Kernverlust, und andere Eigenschaften der amorphen Legierung.
IEEE Trans. vom 18. Mai 1982, Seite 1385 beschreibt, daß die Bandstärke, bei welcher eine Erhöhung der Koerzitivkraft beginnt, als kritische Bandstärke definiert wird, bei der die Kristallisierung beginnt, die höchste kritische Bandstärke wird bei einer Fe-Si-B-Systemlegierung aufgezeigt, sie beträgt 42 µm bei Fe76-B10-Si10. Entsprechend der durchgeführten Ermittlungen mit Fe80,5Si6,5B12C₁ mit einer Breite von 25 mm liegt die kritische Bandstärke bei 32 µm. Außerdem beschreibt die US-PS 43 31 739 Fe40Ni40P14B₆ mit einer Breite von 5 cm, einer Strärke von 0,05 mm (50 µm) und isotropischen Zugfestigkeitseigenschaften.
Kürzlich wurde über ein legiertes Band mit Eisenbasis berichtet, das eine Breite von 25,4 mm und eine Stärke von 82 µm hat (Journal of Applied Physics, Band 5, Nr. 6 (1984) Seite 1787). Entsprechend diesem Bericht zeigt jedoch dieses legierte Band aus Fe80B14,5Si3,5C₂ die Existenz von 5% oder weniger Kristallen bei einer Röntgenstrahlenbeugungsuntersuchung. Als eine Folge zeigt das so gegossene legierte Band beträchtliche Sprödigkeit. Die Bruchfestigkeit bzw. Bruchbelastung durch Biegebeanspruchung einer 82 µm dicken Fe80B14,5Si3,5C₂-Legierung beträgt 0,006. Die Bruchbelastung ε f wird üblicherweise durch folgende Gleichung dargestellt
ε f = t/(2r-t),
worin t die Bandstärke und r der Biegungsradius ist.
Je amorpher die Legierung ist, desto größer ist die Bruchfestigkeit. Eine so gegossene weitestgehend amorphe Legierung hat einen Kristallisationsgrad von 1% oder weniger. Der Kristallisationsgrad wird wie folgt definiert:
Fc = (I-Io)/Ic,
worin I die Beugungsintensität auf einer spezifischen Kristallfläche, z. B. (110)-Fläche, einer Probe eines so gegossenen Streifens ist, Io ist die Beugungsintensität auf derselben Kristallfläche einer standardisierten amorphen Probe und Ic ist die Beugungsintensität auf derselben Kristallfläche bei völliger Kristallisierung. Die Bandoberfläche, an der der Kristallisationsgrad bestimmt wird, ist dabei die "freie Oberfläche", d. h. die Bandoberfläche, die nicht direkt die Abschreckoberfläche der Walze während der Herstellung des amorphen Bandes berührt. Andererseits definiert "unfreie Oberfläche Oberfläche zur Walze" die Bandoberfläche, die im direkten Kontakt mit der Abschreckoberfläche der Walze steht.
Aus "Amorphous Metallic Alloys", Butterworths Monographs in Material, 1983, Seiten 26-38 ist es bekannt, ein amorphes legiertes Band herzustellen, das aus mehreren Schichten besteht. Dabei werden mehrere abgeschreckte Schichten übereinander abgelagert.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines legierten amorphen Bandes auf Eisenbasis mit einer großen Stärke und Breite und von monolytischer Beschaffenheit und damit mit verbesserten mechanischen Eigenschaften, insbesondere hohe Biegebeanspruchung.
Dies wird erfindungsgemäß durch das im Anspruch 1 gekennzeichnete Band erreicht. Im Anspruch 5 ist eine Vorrichtung angegeben, die sich zur Herstellung dieses Bandes besonders eignet. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Bandes bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 bzw. 6 und 7 gekennzeichnet.
Das erfindungsgemäße Band wird hergestellt durch Auftragen einer Metallschmelze auf die Oberfläche eines bewegten runden Abschreckkörpers, deshalb bezeichnet als "Einfach- Walz-Kühl-Verfahren". Dieses Band hat vorzugsweise eine Oberflächenrauhheit auf der freien Oberfläche und der unfreien Oberfläche, d. h., der Oberfläche, die zur Walze gerichtet ist, von weniger als 0,5 mm, gemessen durch Japan Industrial Standard (JIS)-B0601. Es hat auch vorzugsweise eine Bruchbelastung ε f von 0,01 oder höher.
Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt als Diagramm das Verhältnis der Bruchbelastung zur Bandstärke in amorphen legierten Bändern entsprechend der vorliegenden Erfindung und dieses Verhältnis bei üblichen legierten Bändern;
Fig. 2 und 3 sind Diagramme des Verhältnisses der Kristallisationswärme zur Bandstärke und der Magnetflußdichte zur Bandstärke;
Fig. 4 ist eine Ansicht zur Erklärung eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 und 6 sind Ansichten, die die in dem Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendeten Düsen aufzeigen;
Fig. 7 ist eine Ansicht, die ein Verfahren zur Herstellung eines Bandes entsprechend der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 8 ist eine Ansicht der Grundfläche einer Düse mit Düsenöffnungen, wie sie in der vorliegenden Erfindung verwendet werden;
Fig. 9A und 9B sind Ansichten der Oberflächenrauhheit der freien Oberfläche und der unfreien Oberfläche des amorphen legierten Bandes entsprechend der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9C und 9D sind Ansichten der Oberflächenrauhheit der freien Oberfläche und der unfreien Oberfläche eines vergleichbaren legierten Bandes;
Fig. 10A und 10B sind Raster-Elektronenmikroskopaufnahmen, die die magnetische Domänenstruktur der freien Oberfläche eines entsprechend der vorliegenden Erfindung gegossenen amorphen legierten Bandes und eines herkömmlichen legierten Bandes verdeutlichen;
Fig. 11A und 11B sind Raster-Elektronenmikroskopaufnahmen, die die magnetische Domänenstruktur der freien Oberfläche nach dem Anlassen eines amorphen legierten Bandes entsprechend der vorliegenden Erfindung und eines herkömmlichen legierten Bandes zeigen; und
Fig. 12A und 12B sind Ansichten der Röntgenstrahlenbeugungsintensität eines amorphen Bandes mit einer Stärke von 100 µm entsprechend der vorliegenden Erfindung und eines herkömmlichen Bandes mit einer Stärke von 30 µm.
Das amorphe legierte Band mit Eisenbasis entsprechend der vorliegenden Erfindung hat eine glattere unfreie und freie Oberfläche im Vergleich mit einem Band, das durch herkömmliche Verfahren hergestellt worden ist. Entsprechend Tabelle 1 liegt der Mittelwert der Oberflächenrauhheit Ra bei einem Abscherwert von 0,8 mm, gemessen durch JIS B0601, unter 0,5 µm für beide Oberflächen, die freie und die unfreie. Dies ist weniger, d. h., es ist überlegen im Vergleich mit dem Wert von 0,6 bis 1,3 µm einer herkömmlichen unfreien Oberfläche und dem Wert von 0,6 bis 1,5 µm einer herkömmlichen freien Oberfläche.
Bezogen auf das Verhältnis zwischen der Oberflächenrauheit und den magnetischen Eigenschaften bedeutet eine geringere Oberflächenrauhheit verbesserte Koerzitivkraft, Magnetflußdichte und Raumfaktor. Andererseits kann ein dickeres Band für große Transformatoren verwendet werden, gegenüber Siliciumstahlblech, und es kann leicht gehandhabt werden ohne Verschlechterung der magnetischen Eigenschaften.
Da z. B. das amorphe legierte Band entsprechend der vorliegenden Erfindung eine große Stärke und glatte Oberfläche hat, ist der Raumfaktor sehr hoch. Der Raumfaktor eines herkömmlichen amorphen legierten Bandes mit geringerer Stärke beträgt zwischen 75% und 85%, während der Raumfaktor eines amorphen legierten Bandes entsprechend der vorliegenden Erfindung zwischen 85% und 95% beträgt. Die Verwendung eines Materials mit hohem Raumfaktor für z. B. einen Magnetkern, ermöglicht die Verwirklichung eines kleineren Kerns. Folglich ist das Material mit einem hohen Raumfaktors in der praktischen Verwendung von Vorteil.
Selbst wenn das amorphe legierte Band der vorliegenden Erfindung eine große Stärke hat, treten keine Verschlechterungen seiner Eigenschaften auf. Das legierte Band bleibt im wesentlichen dadurch amorph und so bleiben seine spezifischen amorphen Eigenschaften erhalten. Während z. B. eine Magnetflußdichte von 50 s-1 und 79,577 A/m (1 Oe) von 1,53 kg · s-2 · A-1 (1,53 Tesla) erhalten werden kann in einem herkömmlichen amorphen legierten Band aus Fe80,5Si6,5B12C₁ mit einer Stärke von 25 µm und einer Breite von 25 mm, kann dieselbe Magnetflußdichte in einem erfindungsgemäßen amorphen legierten Band aus Fe80,5Si6,5B12C₁ mit einer Stärke von 65 µm und einer Breite von 25 mm erhalten werden. Es ist deutlich, daß keine Verschlechterung der Magnetflußdichte auftritt.
Das amorphe legierte Band mit Eisenbasis, mit dem die zweite Aufgabe gelöst werden soll, ist mindestens 50 µm dick, mindestens 20 mm breit und hat eine Biegebruchbelastung ( ε f ) von 0,01 oder mehr, im wesentlichen 0,15 oder mehr, wie oben erwähnt. Andererseits ist die Biegebruchbelastung e f in einem herkömmlichen Band mit derselben Stärke unter 0,01. Folglich hat das erfindungsgemäße Band eine um 50% höhere Bruchbelastung als ein herkömmliches Band.
Der Grund für die verbesserten mechanischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Bandes wird wie folgt erklärt.
Es ist bekannt, daß die Eigenschaften eines amorphen legierten Bandes von der Blechstärke abhängen. Die Blechstärke des Bandes verändert die Eigenschaften während der thermischen Hysterese. Die Verringerung der Bruchbelastung, die mit einer Vergrößerung der Blechstärke entsteht, leitet sich ab von der geringeren Abkühlungsgeschwindigkeit des Bandes, während und nach der Erstarrung. Die geringere Abkühlungsgeschwindigkeit tritt auf, da die Blechstärke des Bandes größer wird. Wenn nämlich die Stärke des Bandes größer wird, lockert sich die amorphe Struktur des Bandes auf, so daß die Struktur des Bandes kristallin wird, wobei das Band spröde wird.
Aus diesen Gesichtspunkten wird das erfindungsgemäße Band so hergestellt, daß die Abkühlgeschwindigkeit sich nicht verringert. In der vorliegenden Erfindung ist, obwohl die Blechstärke des Bandes vergrößert wurde, die Abkühlgeschwindigkeit während und nach der Erstarrung im wesentlichen dieselbe wie im Falle der herkömmlichen Bänder mit einer Blechdicke von 30 µm. Deshalb wird die Zeit, in welcher die erfindungsgemäßen Bänder entspannt werden, kurz, mit dem Ergebnis, daß sie verbesserte mechanische Eigenschaften haben, insbesondere eine große Biegebruchbelastung.
Fig. 1 ist ein Diagramm des Verhältnisses der Bruchfestigkeit zur Blechstärke in einem amorphen legierten Band gemäß der vorliegenden Erfindung und des Verhältnisses eines herkömmlichen legierten Bandes. Das verwendete amorphe Band besteht aus Fe80,5Si6,5B12C₁.
In Fig. 1 ist dargestellt, daß, wenn die Blechstärke des herkömmlichen Bandes 45 µm übersteigt, die Bruchbelastung ε f rapid abfällt. Wenn die Bleckstärke 50 µm beträgt, ist die Bruchbelastung etwa 0,01. In den erfindungsgemäßen Bändern ist jedoch die Bruchbelastung 1, wenn die Blechstärke des Bandes 55 µm beträgt. Selbst wenn die erfindungsgemäßen Bänder in einem Winkel von 180° gebogen werden, werden sie nicht brechen. Im Fall einer Blechstärke von 65 µm ist eine Biegung um 180° unmöglich, aber eine Bruchbelastung von 0,03 wird erhalten. Im Falle einer Blechstärke von 75 µm fällt die Bruchbelastung auf 0,02. Jedoch, selbst im Fall einer Blechstärke von 110 µm, beträgt die Bruchbelastung etwa 0,01.
Fig. 2 und 3 zeigen Diagramme des Zusammenhangs zwischen der Bandstärke und der Kristallisationswärme und zwischen der Bandstärke und der Magnetflußdichte.
Entsprechend Fig. 2 ist das in einem erfindungsgemäßen amorphen, legierten Band, das aus Fe80,5Si6,5B12C₁ besteht, die Kristallisationswärme Δ H (J/g) konstant in den Fällen, in denen die Blechstärke 20 µm bis 70 µm beträgt. Wenn die Blechstärke 70 µm übersteigt, wird die Kristallisationswärme stark verringert. Andererseits ist, wie in der Fig. 2 (nicht gezeigt) des oben erwähnten Journal of Applied Physics, die Kristallisationswärme stark verringert bei einer Blechstärke von etwa 17 µm. Das bedeutet, daß der Anteil des amorphen Materials des erfindungsgemäßen Bandes höher ist als der eines herkömmlichen Bandes in einem großen Bereich der Blechstärke.
Außerdem ist entsprechend Fig. 3 in einem erfindungsgemäßen Band mit einer Blechstärke unter etwa 70 µm der Kernverlust W 13/50 (W/kg) größer als der eines herkömmlichen Bandes von etwa 20 bis 30 µm. Jedoch, die magnetischen Eigenschaften, z. B. die Magnetflußdichte, in einem erfindungsgemäßen Band, sind im wesentlichen die gleichen wie in einem herkömmlichen Band.
Der Kernverlust erhöht sich durch die Erhöhung der Domänenbreite, nicht durch das Auftreten von Kristallen.
Das erfindungsgemäße amorphe legierte Band umfaßt Eisen als Hauptkomponente und umfaßt eines oder mehrere von Bor, Silicium, Kohlenstoff, Phosphor und ähnliche als Metalloide. Entsprechend den geforderten Eigenschaften kann ein Teil des Eisens durch ein anderes Metall substituiert werden. Z. B., wenn magnetische Eigenschaften gefordert werden, kann die Hälfte des Eisens durch Kobalt und/oder Nickel ersetzt werden. Um die magnetischen Eigenschaften zu verbessern, können eines oder mehrere der Metalloide wie Molybdän, Niob, Mangan und Zinn zugegeben werden. Um die Korrosionsbeständigkeit zu verbessern, können ein oder mehrere von Molybdän, Chrom, Titan, Zirkonium, Vanadium, Hafnium, Tantal und Wolfram zugegeben werden. Um die mechanischen Eigenschaften zu verbessern, können Mangan, Aluminium, Kupfer, Zinn oder ähnliche zugegeben werden. Der Gehalt des Eisens kann von 40 bis 82% (in Atom-%) betragen, der Borgehalt von 8 bis 17%, der Siliciumgehalt von 1 bis 15%, der Kohlenstoffgehalt unter 3% und die restlichen Elemente insgesamt unter 10%. Die oben angegebenen Bereiche der genannten Zusammensetzung werden entsprechend der Verwendung ausgewählt.
Die erfindungsgemäß amorphen legierten Bänder werden verwendet als Kernmaterial, die Bänder sind vorzugsweise zusammengesetzt aus Fe a B b Si c C d . Die Werte von a, b, c und d sind 77 bis 82, 8 bis 15, 4 bis 15 bzw. 0 bis 3.
Die erfindungsgemäßen amorphen legierten Bänder werden vorteilhaft verwendet für Transformatoren, Federmaterialien, korrosionsbeständige Materialien, Sensoren, Baumaterialien und ähnliche.
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen amorphen legierten Bandes wird nachfolgend im Detail mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
Fig. 4 ist eine Ansicht, die ein Verfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung erklärt, Fig. 5 und 6 sind Ansichten der Düsen, die im Verfahren verwendet werden, und Fig. 7 ist eine andere Ansicht eines Verfahrens entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Wie in Fig. 4 und 5 gezeigt, wird eine Metallsubstanz gewöhnlich durch Verwendung eines Schmelztiegels 2 geschmolzen. Danach läßt man das geschmolzene Metall 6 ausströmen auf ein Kühlsubstrat 1, das sich in Pfeilrichtung bewegt, durch Öffnungen 4 a und 4 b der Düse 3.
Entsprechend Fig. 7 wird ein Strahl 5 b, zusammengesetzt aus einer Metallschmelze 6, die durch eine zweite Öffnung 4 b herausströmt, auf einem unvollständig erstarrten Streifen 7 a geformt, der ausgezogen wird von einem Strahl 5 a, der ausströmt durch eine erste Öffnung 4 a und der auf dem Kühlsubstrat 1 geformt wird. Der Streifen 7 b, der aus dem Strahl 5 b hergestellt wird, wird zu dem Streifen 7 a bewegt. Wenn der Streifen 7 a ausreichende Kühlfähigkeit hat, wird der Streifen 7 b schnell zusammen mit dem Streifen 7 a abgekühlt, worauf ein einheitliches Band, geformt durch die Streifen 7 b und 7 a erhalten wird.
Als ein Ergebnis können Bänder mit großer Strärke kontinuierlich produziert werden.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird das Ausströmen der Metallschmelze auf die Abschreckoberfläche vorzugsweise unter einer unter Druck stehenden Atmosphäre ausgeführt, z. B. ein um 0,5 bis 2 kg/cm² größerer Druck als der Umgebungsdruck. Dieser Druck erhöht die Kontaktkraft der Metallschmelze mit der Abschreckoberfläche.
Bei einer Phase des Beginns der Erstarrung des Metalls kontaktiert die Metallschmelze mit dem Kühlsubstrat mit einem thermischen Effekt. Die Abkühlgeschwindigkeit des Bandes in dem Temperaturbereich, der am wichtigsten ist für die Eigenschaften des Bandes, ist merklich erhöht, und ermöglicht die Bildung eines Bandes mit doppelter oder größerer Bandstärke gegenüber Bändern, die durch herkömmliche Verfahren hergestellt wurden.
Wenn z. B. entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Düse mit mehreren Öffnungen verwendet wird, ist die Gelegenheit zur Oxidation der freien Oberfläche des Bandes und zur Kristallisation des Bandes beträchtlich verringert. Folglich erfährt ein erfindungsgemäßes amorphes legiertes Band mit einer großen Bandstärke keine Verschlechterung der Eigenschaften oder unerwünschte Form.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es von Vorzug, daß die Atmosphäre um den Stahlschmelze-Strahl ein Inertgas, wie Helium, ist.
Der Abstand zwischen einem Strahl und einem nachfolgenden Strahl kann so ausgewählt werden, daß in dem Streifen, der durch einen Strahl geformt wurde, noch keine völlige Erstarrung aufgetreten ist, wenn er den Streifen, der durch den nachfolgenden Strahl geformt wurde, kontaktiert. Der günstigste Spalt beträgt gewöhnlich 4 mm oder weniger. Die Breite der Öffnung der Düse ist parallel zur Bewegungsrichtung des Kühlsubstrats orientiert.
Die Größe der Öffnung und der Abstand zwischen den Öffnungen kann wie folgt ausgewählt werden:
Länge (l) der Öffnung:
im wesentlichen die gleiche wie die Breite des Bandes. Breite (w) der Öffnung:
Maximum 0,8 mm, Minimum etwa 0,2 mm. Abstand (d) zwischen den Öffnungen:
wird entsprechend der Form und Größe der Öffnungen und der geforderten Blechstärke bestimmt, gewöhnlich 0,5 bis 4 mm.
Um die Blechstärke des Bandes zu erhöhen, kann eine Vielzahl von Öffnungen mit einer geringen Breite verwendet werden, während der Abstand zwischen den Öffnungen gering gehalten wird.
Es wurde gefunden, daß es ein bestimmtes Gebiet der Band gibt, in welchem Bänder mit verbesserten Formen und Eigenschaften durch eine bestimmte Anzahl von Öffnungen geformt werden können. Für Bänder, die aus Eisen und Metalloid bestehen, beträgt der Bereich 15 bis 45 µm für eine einzelne Öffnung mit einer Breite von 0,4 mm; 30 bis 60 µm für zwei Öffungen und 40 bis 70 µm für drei Öffnungen. Diese Bandstärke kann außerdem vergrößert werden durch Erhöhung des Ausstoßdruck während des Gießens.
Bei Anwendung dieses Verfahrens sollte es deshalb im Prinzip keine Begrenzung der Bandstärke geben. Jedoch gibt es eine wesentliche Begrenzung der Stärke des Bandes, das entsprechend der Erfindung hergestellt wird, die zurückzuführen ist auf die thermische Konduktivität und die kritische Abkühlgeschwindigkeit des amorphen Materials. Allerdings ist die obere Grenze der Blechstärke merklich erhöht im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren.
Beispiel 1
Legierungen, die aus einer Zusammensetzung wie in Tabelle 1 angegeben, bestehen, werden in ein amorphes legiertes Band gegossen mit einer Breite von 25 mm unter Verwendung einer einfachen Walze aus Kupfer und unter Verwendung dreifach geschlitzter Düsen (w: 0,5 mm, l: 25 mm, d: 1 mm), wie in Fig. 8 gezeigt. Die Produktionsparameter waren ein Ausstoßdruck der Metallschmelze von 0,20 bis 0,35 kg/cm², eine Walzengeschwindigkeit von 20 bis 28 m/s und ein Spalt zwischen der Düse und der Walze von 0,15 bis 0,25 mm.
Die Stärke, Oberflächenrauheit und der Raumfaktor des erhaltenen amorphen legierten Bandes von verschiedenen Zusammensetzungen ist in Tabelle 1 aufgezeigt. Ebenfalls gezeigt sind die typischen Werte eines herkömmlichen Bandes, das unter Verwendung einer Einfachwalze hergestellt wurde. Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, sind bei erfindungsgemäßen Bändern die Stärke größer, die Oberflächenrauheit geringer und der Raumfaktor hoch im Vergleich zu herkömmlichen Bändern.
Fig. 9A und 9B verdeutlichen die Oberflächenrauheit einer freien Oberfläche und einer unfreien Oberfläche eines erfindungsgemäßen amorphen legierten Bandes. Fig. 9C und 9D verdeutlichen die Oberflächenrauheit einer freien Oberfläche und einer unfreien Oberfläche von Vergleichslegierungsbändern. Das amorphe legierte Band der vorliegenden Erfindung hat eine Stärke von 62 µm während das Vergleichslegierungsband eine Stärke von 40 µm hat.
Fig. 10A und 10B sind Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen der magnetischen Domänenstruktur der freien Oberfläche eines amorphen legierten Bandes Nr. 1 in Tabelle 1 entsprechend der vorliegenden Erfindung und eines herkömmlichen legierten Bandes. Das herkömmliche legierte Band hat ein komplexes Labyrinthmuster der magnetischen Domänenstruktur, während das so gegossene erfindungsgemäß legierte Band 180° magnetische Domänen hat, die in die gleiche Richtung orientiert sind.
Fig. 11A und 11B sind Rasterelektronenmikroskop-Aufnahmen der magnetischen Domänenstruktur der freien Oberfläche nach dem Anlassen eines amorphen legierten Bandes entsprechend der vorliegenden Erfindung und eines herkömmlichen legierten Bandes. Das erfindungsgemäße amorphe legierte Band, gezeigt in Fig. 11A, hat eine magnetische Domäne von größerer Breite als das herkömmlich legierte Band, gezeigt in Fig. 11B.
Beispiel 2
Legierungen, die aus Zusammensetzungen, die in Tabelle 2 beschrieben sind, bestehen, wurden zu amorphen legierten Bändern gegossen mit einer Breite von 25 mm unter Verwendung der gleichen Einfachwalze, Düse und Produktionsbedingungen, wie in Beispiel 1 erläutert.
Die Stärke, Oberflächenrauheit und der Raumfaktor des erhaltenen amorphen legierten Bandes mit verschiedenen Zusammensetzungen sind in Tabelle 2 aufgezeigt.
Wie in Beispiel 1 erklärt, haben die erfindungsgemäßen legierten Bänder verbesserte Eigenschaften.
Tabelle 1
Tabelle 2
Beispiel 3
Eine Legierung, die aus Fe80,5Si6,5B12C₁ (in %) besteht, wurde zu einem amorphen legierten Band gegossen, indem im wesentlichen die gleichen Produktionsbedingungen, die in Beispiel 1 erläutert sind, verwendet wurden.
Die Blechstärke, Biegebruchbelastung ε f und andere Eigenschaften sind in Tabelle 3 aufgezeigt, ebenfalls gezeigt sind die Eigenschaften eines herkömmlichen legierten Bandes, das durch eine einfach geschlitzte Düse (d: 0,7 mm, l: 25 mm) hergestellt wurde.
Tabelle 3
Beispiel 4
Eine Legierung, die aus Fe80,5Si6,5B12C₁ besteht, wurde zu einem amorphen legierten Band gegossen, indem eine Einfachwalze und eine vierfach geschlitzte Düse (w: 0,4 mm, l: 25 mm, d: 1 mm) verwendet wurde und ein Ausstoßdruck der Metallschmelze von 0,3 kg/cm². Während des Gießens wurde die Walzengeschwindigkeit von 25 m/s auf 18 m/s geändert. Zu dem Zeitpunkt, zu dem die Walzgeschwindigkeit geändert wurde, wurde die freie Oberfläche des Bandes unter Druck gesetzt mit Heliumgas. Ein Vergleichsband wurde ebenso unter Verwendung der gleichen Düse wie in Beispiel 3 erklärt, gegossen. Die Walzgeschwindigkeit wurde wie oben beschrieben, ebenfalls geändert.
Die erhaltenen Eigenschaften sind in Tabelle 4 aufgezeigt.
Tabelle 4
Beispiel 5
Eine Legierung, die aus Fe80,5Si6,5B12C₁ besteht, wurde ebenfalls zu einem amorphen legierten Band gegossen, unter Verwendung einer doppelt geschlitzten Düse, wie in Fig. 5 gezeigt (l: 25 mm, w: 0,4 mm, d: 1 mm) und einer Einfachwalze aus Kupfer. Die Produktionsparameter waren der Ausstoßdruck der Metallschmelze von 0,22 kg/cm², eine Walzgeschwindigkeit von 25 m/s und ein Spalt zwischen den Düsen und der Walze von 0,15 mm. Die Blechstärke des erhaltenen Streifens betrug im Durchschnitt 45 µm. Weiterhin wurde keine Kristallisation durch Röntgenstrahlenbeugungsuntersuchungen in den Bändern gefunden. Die magnetischen Eigenschaften des erfindungsgemäßen Bandes waren im wesentlichen die gleichen wie jene der herkömmlichen Bandes, das durch Verwendung einer einfachen Düse, wie in Tabelle 5 gezeigt, hergestellt wurde.
Tabelle 5
Beispiel 6
Eine Legierung, die aus Fe80,5Si6,5B12C₁ besteht, wurde zu einem amorphen legierten Band gegossen, indem eine Düse mit drei Schlitzen, wie in Fig. 6 gezeigt (l: 25 mm, w: 0,4 mm, d₁ = d₂: 1,0 mm) und eine Einfachwalze verwendet wurde. Die Produktionsbedingungen waren die gleichen wie in Beispiel 5 erläutert. Die Bandstärke des erhaltenen Bandes betrug im Durchschnitt 60 µm. Weiterhin wurde keine Kristallisierung im Band gefunden. Die magnetischen Eigenschaften, die in Tabelle 6 gezeigt sind, sind im wesentlichen die gleichen wie bei Bändern, die durch herkömmliche Verfahren hergestellt wurden.
Tabelle 6
Beispiel 7
Ein amorphes Band, das aus Fe80Mo₄B12C₄ (in %) besteht, wurde hergestellt unter Verwendung einer Düse mit vier Schlitzen (l: 25 mm, w: 0,4 mm, d: 1,0 mm). Die Herstellungsbedingungen waren ein erster Ausstoßdruck der Metallschmelze von 0,08 kg/cm², ein zweiter Ausstoßdruck von 0,22 kg/cm², eine Walzgeschwindigkeit von 12 m/s und ein Spalt zwischen Düse und Walze von 0,15 bis 0,18 mm.
Die Stärke des erhaltenen Bandes betrug im Durchschnitt 100 µm. Durch Röntgenstrahlungsbeugungsuntersuchungen wurde gefunden, daß die Bänder amorph waren.
Die Fig. 12A und 13 sind Ansichten der Röntgenstrahlenbeugungsintensität eines amorphen Bandes mit einer Stärke von 100 µm entsprechend der vorliegenden Erfindung und eines herkömmlichen Bandes mit einer Stärke von 30 µm.
Es ist aus den Fig. 12 und 13 ersichtlich, daß die Röntgenstrahlenbeugungsintensität des erfindungsgemäßen Bandes im wesentlichen die gleiche ist wie die eines herkömmlichen Bandes.
Beispiel 8
Ein amorphes legiertes Band, das aus Fe80Mo₄B12C₄ (in %) besteht, wurde hergestellt unter Verwendung einer Düse mit vier Schlitzen (l: 25 mm, w: 0,4 mm, d: 1,0 mm). Die Produktionsbedingungen waren ein erster Ausstoßdruck der Metallschmelze von 0,08 kg/cm², ein zweiter Ausstoßdruck von 0,28 kg/cm², eine Walzgeschwindigkeit von 12 m/s und ein Spalt zwischen Düse und der Walze von 0,15 bis 0,18 mm.
Die Blechstärke des erhaltenen Bandes betrug im Durchschnitt 120 µm. Es wurde durch Röntgenstrahlenbeugungsuntersuchung gefunden, daß die Bänder amorph waren. Die Röntgenstrahlenbeugungsintensität war im wesentlichen die gleiche wie die aus Beispiel 9.

Claims (7)

1. Amorphes legiertes Band auf Eisenbasis mit einer Stärke von 50 bis 150 µm und einer Breite von mindestens 20 mm, wobei ein Metallschmelze-Strahl auf einem bewegten Kühlsubstrat ausgezogen wird, gekennzeichnet durch die Stufen:
Ausziehen eines ersten Metallschmelze-Strahls auf dem bewegten Kühlsubstrat, um einen ersten Streifen herzustellen;
Ausziehen eines zweiten Metallschmelze-Strahls auf dem ersten nicht völlig erstarrtem Streifen, um ein einheitliches Band herzustellen, das aus beiden Streifen zusammengesetzt ist; und gegebenenfalls
Ausziehen weiterer Metallschmelze-Strahlen auf diesen beiden Streifen, bis die erforderliche Bandstärke erreicht ist.
2. Band nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus
Fe80,5B12Si7,5, Fe80,5B12Si6,5C₁, Fe78B10Si12, Fe78B10Si10C₂, Fe70,5B12Si7,5C10, Fe70,5B12Si7,5Ni10, Fe75,5B12Si7,5Mo₅, Fe75,5B12Si7,5Cr₅, Fe75,5B12Si7,5Nb₅, Fe65,5B12Si7,5Co10Mo₅, Fe65,5B12Si7,5Ni10Mo₅, Fe65,5B12Si7,5Ni10Cr₅, Fe65,5B12Si7,5Co10Cr₅, Fe60,5B12Si7,5Ni₅Co10Cr₅ Fe80P13C₇, Fe72P13C₇Cr₈, Fe70P10C10Cr10, Fe50P13B₇Ni30, Fe50P13B₇Co30, Fe76P13C₃Si₄Cr₄, Fe80,5Si6,5B12C₁ und Fe80Mo₄B12C₄ besteht.
3. Band nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es einen Kristallisationsgrad von 1% oder weniger und eine Bruchbelastung von ε f 0,01 aufweist.
4. Band nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauhheit der Bandoberfläche weniger als 0,5 µm beträgt, gemessen nach der Japanischen Industrienorm (JIS)-B0601.
5. Vorrichtung zur Herstellung des Bandes nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Düse (3) mit zwei oder mehr in Bewegungsrichtung des Kühlsubstrates hintereinander angeordneten Düsenöffnungen (4 a, 4 b, 4 c).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnungen (4 a, 4 b, 4 c) eine rechteckige Form aufweisen.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Düsenöffnungen (4 a, 4 b, 4 c) 0,5 bis 4 mm beträgt.
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