[发明专利]一种非晶合金纤维的制备方法及实现该制备方法的设备

说明书

技术领域

本发明属于非晶态合金领域，具体涉及一种非晶合金纤维的制备方法及实现该制备方法的设备。

背景技术

1960年，美国科学家Duwez首次用喷枪冷却的方法制备出了Au₇₅Si₂₅非晶合金（W.Klement,R.H Wilens,and P.Duwez,Nature.,181(1960)869-870），从此人类开始接触非晶合金，并且借助现代科学的理论以及实验手段，认识到非晶合金因没有晶界等缺陷而具有传统晶态合金材料所不具有的优异性能，比如：高断裂强度、高硬度、高耐磨性能以及高的耐腐蚀能力。除此之外，某些Fe基、Co基或Ni基的非晶合金还表现出优异的磁性能。例如，Fe基及Co基非晶丝的巨磁阻抗效应因其在传感器方面的应用前景而成为近十几年的研究热点。

目前，非晶裸丝的制备多由快冷方法制备而成，主要包括内圆水纺法和熔融抽拉法等。其中，能够连续制备且研究较为深入的是内圆水纺法，并且内圆水纺丝已在防盗标签和磁敏传感器等方面获得实际应用。

然而，内圆水纺丝的一致性较差，丝的表面易存在小的突起。为了改善其表面质量，提高丝材的均一性，通常需要对制备态的内圆水纺丝进行进一步冷拔处理。但是，冷拔工艺仍存在很多不足：首先，非晶合金常温下的塑性通常较小，通过单次冷拔加工后丝材的断面收缩率有限，这就意味着若制备相对较细的丝材需要经过多次工序；其次，受到拉丝模的限制，冷拔丝的直径通常很难小于30μm，因而至今很难制备更细的非晶纤维；另外，冷拔过程所施加的轴向应力会使丝材产生较大的各向异性，甚至会使丝材表面出现滑移线。

随着电子与信息技术的发展，磁性非晶纤维已广泛应用于超市和图书的防盗标签、磁传感器和应力传感器中，并且在吸波隐身涂层、基体弥散强化材料、微波选通、微波无损检测、磁性ID标签和智能轮胎传感器等领域有着巨大的应用前景。由此可见，制备超细且均匀的非晶纤维将会对非晶应用市场的发展产生积极影响。

发明内容

本发明的技术目的是针对上述现有的非晶纤维制备方法的不足，提供一种制备非晶合金纤维的新方法，该方法简单易行、成本低，能够制得直径细小的非晶合金纤维，并且一致性较好。

为了实现上述技术目的，本发明人利用了非晶合金材料的金属玻璃特性-超塑性，即：正如氧化物玻璃加热到软化温度以上，可以通过压制、吹制、压延、拉制等多种热塑成型方法制备形状各异的制品，金属玻璃加热到玻璃转变温度与初始晶化温度之间，达到软化温度以上时，也具有超塑性成型能力，也就是说金属玻璃可以在过冷液相区产生大的塑性变形而保持原有的性能不变。

具体而言，本发明的技术方案为：一种非晶合金纤维的制备方法，该方法利用非晶合金材料的超塑性，将其加工成形为非晶合金纤维，具体为：将非晶合金材料，例如非晶合金棒材、丝材或带材等的一端固定，另一自由端与外力施加装置相连，两端中间设置加热装置，用于加热该非晶合金材料，当非晶合金材料的温度升高至玻璃转变温度与初始晶化温度之间，即位于过冷液相区宽度内，并且达到软化温度时，启动外力施加装置缓慢拉动自由端，非晶合金材料产生超塑性变形，得到非晶纤维。

过冷液相区宽度是该非晶合金材料超塑性成型能力的重要衡量指标之一。过冷液相区越宽，过冷液体就具备更高的热稳定性，非晶合金材料就可以在更宽温度和更长时间范围内进行超塑性加工成形。同时，宽的过冷液相区还可以使材料获得更小的成型黏度。因此，本发明的制备方法更加适用于具有宽过冷液相区的非晶合金材料。一般而言，该冷液相区宽度在40K以上为宜。

在本课题组之前的研究中发现，具有分子式Co_aFe_bNb_cM_dB_e的铁磁性非晶纤维具有较宽的过冷液相区，其值能够超过100K，甚至达到130K，其中M是Eu、Ho、Tm和Yb四种元素中的任意一种，a、b、c、d、e为原子的摩尔含量，24≤a≤56，6≤b≤38，4≤c≤8，0≤d≤5，26≤e≤31，并且a+b+c+d+e=100。因此，该体系的非晶材料适用于本发明的方法制备非晶纤维。

上述制备方法中，非晶合金材料的制备方法不限。

一般而言，非晶合金棒材采用如下步骤制得：

步骤1：按照非晶合金的分子式对各元素及其原子摩尔含量进行配料；

步骤2：在惰性气氛保护的电弧炉中，将步骤1中所配原料混合、多次熔炼，冷却后得到母合金铸锭；