[发明专利]一种凹面转盘式单辊快淬制备非晶薄带的方法

说明书

技术领域

本发明属于非晶薄带制备技术领域，涉及一种新型单辊甩带方法以决解甩带过程中液滴飞溅、难以成带的问题，具体是一种内凹式单辊甩带法。

技术背景

单辊快淬法，亦称熔体冷辊旋凝法、连铸薄带法。比德尔(Bedell)发明的生产非晶态条带的方法,如图1和图2所示。熔融金属喷射在高速旋转的冷却辊表面并在重力、润湿作用下铺展形成熔潭；熔潭与冷却辊接触的界面层被急冷而凝固,并随冷却辊一同旋转继续冷却形成金属薄带；金属薄带自身收缩和离心力作用下脱离辊轮轮缘面【先春春、李德荣.平面流铸技术熔潭的特性[J].哈尔滨工业大学学报，2000，24（4）：273‐274】。

F_摩擦力：辊轮与熔体接触面形成一层薄凝固层并附着在辊轮表面并受转动辊轮加速，熔体中存在速度梯度，与辊轮接触面速度较大、自由面速度较小，熔体内部相互运动所受的力，表示为F_摩擦力。

F_附着力：指某种材料附着于另一种材料表面的能力，在这具体指熔体附着在辊轮表面的能力。

F_离心力：熔体金属被辊轮加速随辊轮转动，而产生脱离旋转中心的离心力。

在单辊快淬法甩带过程中熔体受离心力F_离心力、附着力F_附着力、切向应力F_摩擦力共同作用。

熔潭：是指熔体金属从喷嘴出来在辊轮表面行成一定形状的液固金属拓展区，在这个区域内完成熔体金属铺展、凝固。

辊轮高速旋转给熔潭提供了一个切向应力F_摩擦力并带动熔潭向相同方向移动。图3是熔体抽拉非晶丝初始熔潭形貌（实线）和制备非晶丝过程中熔潭形貌（虚线），从图中可以看出熔体抽拉过程中熔融母合金与辊轮之间的润湿与静态润湿有明显的区别【余胜胜,孙剑飞.CoFeSiB合金熔体抽拉成丝特性研究[D].哈尔滨工业大学（哈尔滨）,2011：5‐6】。在熔体抽拉过程中，熔潭形貌沿着辊轮转动的方向发生剧烈变化；同时润湿角由静态润湿角θ_e变为上游接触角θ_u和下游接触角θ_d，其中能够反映熔融母合金在辊轮上的动态润湿性的是θ_d。θ_d越小，动态润湿性越好，熔潭越往轮盘转动的方向发生变化。S.olsen等【M.Allahverdi,Robin A.L.Drew,Strom‐Olsen.Wetting and melt extractioncharacteristics of ZrO2‐Al2O3based materials[J].Journal of American Ceramic Society.1997,80:2910‐2916】发现虽然静态润湿性很差（润湿角达140°‐160°），但切向应力的存在导致动态润湿角很小，润湿能力得以改善。M.Allahverdi【黄诗英.单辊急冷法形成非晶态薄带的动力学方程组及其验证Ⅲ[J].仪表材料.，1985,18(4):160‐164】等通过高速摄影技术获得了不同轮盘转速下的熔融金属液滴的动态润湿及熔潭形貌，熔池长度L和厚度δ；随着轮速V的增加切向应力F_摩擦力增加，熔体铺展面积越大。

现有技术熔体受到离心力垂直于辊轮接触面向外，离心力使熔体倾向于脱落辊轮表面而不是在辊轮表面铺展，当离心力大于附着力时，熔体金属还未充分冷却就脱落辊轮表面，形成液滴飞溅现象。例如转速40m/s,辊轮直径0.4m，液体金属所受离心加速度达816g，很容易出现液滴飞溅现象。

现有技术为使熔体能在辊轮表面有效铺展，提高辊轮与熔体的润湿性，需要考虑粘度（μ）、表面张力（γ）、润湿性、表面粗糙度（Ra）、温度（T）、相变因素，调节熔体喷射速度、角度、距离、辊轮转速、辊轮材料润湿性等多个参数，增加工艺复杂性，对于一些熔体金属粘度大、与辊轮润湿不佳的熔体金属材料，无论如何调整工艺参数都难以成带，得不到表面光滑、均匀的快速凝固材料【毛忠汉.非晶态合金的制造方法[J].稀有金属合金加工，1980，01：11-15】。

非晶或亚稳相，具有优越的力学、光学、磁学等方面的性能，为了获得所需的非晶或亚稳相微晶带，需要10⁶～10⁸K/s以上时的冷却速率。已知道在快淬过程总的传热方法主要为牛顿冷却：