兰州理ｔ大学硕士学位论文该方法的工艺流程为：母合金的熔炼一浇注成型一带有喷嘴的石英玻璃管（熔化?喷射）一高速旋转的冷却辊（固化）一带辊分离一自然堆积一卷取。１．５．３单辊甩带法相关工艺参数影响单辊甩带法制备带材质量的工艺因素有很多，其中设备本身的精度是一个基本的，但是却是固定的影响因素，与此同时，合金熔炼、坩埚和喷嘴的材料和结构、喷射气体压力的影响、喷射倾角、冷却辊的转速等则是相互之间影响和制约的重要因素。１．合金的熔炼非晶态合金的成份是影响非晶态形成能力和优良性能的主要因素。拥有准确的母合金成份才能获得所需要的具有良好性能的非晶态合金带。母合金锭的熔炼是在非自耗真空电弧炉中完成的。首先将工作腔抽真空至２×１０刁Ｐａ，然后再通入高纯氩气（纯度为９９．９９９％），反复置换氩气之后，在通入高纯氩气的氛围中进行熔炼母合金锭。为了保证母合金锭不被氧化，熔炼时在某一熔炼坩埚中放入钛块，其它坩埚放入母合金锭原料，先将钛块熔化，以吸收工作腔内部的残余氧气，再熔炼母合金锭原料；为保证合金铸锭的成分尽可能均匀，每个合金锭均需要反复熔炼５—７次，每个母合金锭重约４０—５０９。２．坩埚和喷嘴试验研究和少量制备非晶态合金采用坩埚和喷嘴一体的结构，用熔融石英管制成。石英管因为透明而便于直接观察合金熔化的情况，它有良好的耐急冷急热的性能，与大多数合金无作用或无明显作用，尺寸小容易灵活加工和制作。所以在上述使用情况下它是一种比较理想的坩埚和喷嘴材料。非晶态合金带采用圆形孔喷嘴喷制。喷嘴表面平整光滑，尺寸精确。一般讲，喷嘴狭缝长度等于非晶态合金带所需要的宽度。狭缝宽度不能过小，否则会因为不易控制熔液流的连续稳定，造成熔潭的不稳定，从而使得到的非晶态合金带在几何形状和尺寸上出现缺陷。但如果缝宽过大，则往往由于熔液的重力而发生“自流”现象，导致喷制的失败。这个问题通常在实验室所用的急冷装置上比较突出。合适的缝宽取决于急冷装置的性能、不同的合金组成和熔化量以及喷嘴形状等因素。３．冷却辊作为冷却体的旋转辊是获得高冷却速度的主要条件。选取的材料是纯铜。铜有高的热传导系数，但它的强度和硬度较低，铜辊的表面极易损伤而引起非晶态合金带产生孔洞、裂痕等缺陷，因此对于实验室中所钴基非晶合金的制备与晶化动力学研究用的装置就需要经常进行车削、精整修磨。冷却辊表面在喷制带的过程中由于金属液会浸蚀辊面，使得辊面温度升高造成非晶态合金带上无规则的或周期性的孔洞等缺陷，影响薄带的质量，因此辊的材料、直径、辊面宽以及冷却辊表面的休整、清理等至关重要。４．工艺参数利用真空条件或者惰性气体保护气氛下在大气环境中用单辊旋淬制取薄带存在如下主要工艺参数ｔ坩埚内气氛压力（ＰＥ）、熔融合金的温度＜砌）、辊面线速度（Ｕｓ）、喷嘴狭缝的宽度（ａ才可能获得优质的非晶态合金带。ｎ）、喷嘴口与辊面间的间隙（５）、薄带的厚度（ｄ）等，调整并控制好这些相互关联的工艺参数调整和控制工艺参数的目的是为了获得一个稳定的熔融合金射流，能够在高速旋转的冷却辊表面和喷嘴之问形成一个稳定的动态平衡的熔潭，也就是由射流进入熔潭的合金量应该等于高速冷却固化成非晶态合金带所带走的合金量。一个组成确定的合金，在一定的喷射温度下，它的流动性是一定的。当喷嘴形状和尺寸一定时，通过喷嘴的合金熔液的截面积也就不变。这个时候如果保持喷射距离不变，则通过控制喷射压力和冷却辊的转速就可以获得动态平衡的熔潭。薄带厚度的影响因素公式如２．１表示：＾ｎｄ＝Ｘ旦Ｌ（三二）¨２Ｕｓ‘ｐ。．．（２．１）ｐ一熔液密度并假定与带材的密度相同菇一比例常数，它综合了熔掖温度ｒ、表面张力。和粘度町的影响Ｐ一喷嘴压力从公式２．１可以看出，当其它条件都一定时。ｄ与Ｕｓ成反比，即通过控制辊面线速度，可以控制带的厚度，也就是调整带的冷却速率。一般来说；辊轮速度越快，带越薄，即带的冷却速度也越快。在实际的操作过程中要求熔融合金具有良好的流动性，也就意味着具有一定的过热度，一般要求高于熔点１００℃左右，否则熔液温度过低会因为流动性的降低而改变熔池的形状使带变薄。总的来说．首先要考虑的是熔液的温度要能够保证喷制工艺的顺利进行，与此同时适当提高过热度以有利于增加熔液的流动性，但是也要注意防止温度过高导致的氧化和烧损现象的发生，上述影响将导致喷制过程的失败。依据上述的各个因素对非晶条带质量和性能的影响，本实验所采用的工艺参数主要为：辊轮直径４５０ｒａｍ兰州理工大学硕士学位论文轮宽水冷辊轮直径喷嘴口至辊面的间隙喷嘴口的直径喷射时石英玻璃管内氩气压力熔池所处气氛辊轮线速度冷却辊径向跳动１５０ｒａｍ４００ｒａｍ１～３ｍｍ１ｍｍ６０Ｋｐａ氩气保护，或者真空条件３０ｍ／ｓ＜０．０１５ｍｍＩ．６非晶的形成能力从理论上说，只要温度足够高，冷却速度足够快，几乎所有的合金都能制备成非晶态合金，然而，事实并非如此。不同的合金系其非晶形成能力是不同韵。这就需要提出些参数来表征不同合金系非晶形成能力的大小。１．６．１非晶形成能力表征一般来说，样品的最大临界尺寸Ｄ。。，是最直观的、重要的玻璃形成能力的表征参数，但是，Ｄ。。，受试样制备工艺等因素影响较大。另外临界冷却速率Ｒｃ是公认的表征玻璃形成能力（ＧＦＡ）最重要的参数，合金的非晶形成能力越强，那么其获得非晶态所需的Ｒｃ就越小。然而，临界冷却速率很难实验测量和精确计算。因此用其他一些容易确定的参数比较适合用来表征合金的玻璃形成能力，像约化玻璃转变温度（乃ｇ），以及，参数等。１．约化玻璃转变温度Ｂ。约化玻璃转变温度乃ｇ＝％／厶，其中巧是玻璃转变温度，％是熔点温度。通常，Ｌ。越大，合金的玻璃形成能力越强。一般认为，随溶质原子浓度的增加，液相线温度乃的变化比固相线温度Ｌ更加明显，特别是在共晶成分附近．因此，用ｒｇ／巧代替毛，靠来定义约化玻璃转变温度ｋ能更好的反应块体非晶的玻璃形成能力。应该指出，乃。与合金的玻璃形成能力有时候业并不完全一致。２．，，判据Ｚ．ｐ．Ｌｕ等通过对非晶态合金的形成及其晶化过程分析，提高了表征玻璃形成能力的新指标：垆卉一ｔ当（Ｔｇ＋Ｔｏｔ２［绛低时，可以提高合金液态相的稳定性，即提高了合金的钴基非晶合金的制各与晶化动力学研究玻璃形成能力；另一方面，当咒温度升高时，抑制晶化的能力也得到提高。基于此，Ｚ．Ｐ．Ｌｕ等提出用参数，，来表征合金的玻璃形成能力，并通过对大量的非晶态合金数据进行的归纳分析，指出，判据与合金的玻璃形成能力有很好的对应关系，可靠性优于乃ｇ，而且同样利用容易测定的玻璃转变温度珞、液态温度ｒ，和起始晶化温度疋，简单方便。３．参数６Ｃｈｅｎ１５７］提出了一个表征合金ＧＦＡ的新参数６。表达式为：扣南４．参数ＱＦａｎ提出了一个表征合金ＧＦＡ［抟Ｊ新参数币。表达式为：心ＬｆＴ．瑶－Ｔｇ厂１．６．２影响玻璃形成能力的因素玻璃形成能力的大小是能否获得大尺寸块体非晶合金的根本所在。均匀形核和长大理论指出，过冷度主要取决于粘度、液／固界面能、临界晶核尺寸；同时随着粘度、液／固界面能、临界晶核尺寸的提高，玻璃形成能力由明显的增强趋势。但是，强玻璃形成能力的原因，至今尚未清楚。因此分析评价玻璃形成能力仍然是本领域重要的研究课题。液体质量和性质以及微观结构影响玻璃形成能力。液体的粘度与温度的关系、液体中的元素等热力学因素以及制各工艺等都会对玻璃形成能力产生影响。而且从动力学角度讲，过冷液体的粘度是影响玻璃形成能力的主要因素。从液体结构角度分析合金的玻璃形成能力时，组成元素原子尺寸差别的影响也是很重要的。由大、中、小的原子组成且主要组成元素具有较大的负混合热时，块体非晶的液体可形成具有较高程度稠密混合排列的最佳非晶相结构键合（拓扑短程序）。可以说，形成化学短程序和拓扑短程序的趋势、直接化学键数量的增加和小的自由体积使得液体在剪切流动时的阻力更大，且粘度随温度降低而快速增大，造成块体非晶合金液体玻璃形成能力增大。块体非晶合金液体内存在的化学短程序是其玻璃形成能力内在结构根源。制备工艺和母合金组织对合金的非晶形成能力影响很大。大的平衡熔点粘度系数，适当的制备工艺有利于玻璃形成能力的提高，块体非晶合金对氧非常敏感，大多块体非晶材料制备过程中良好的保护气氛，另外母合金组织，特别是原材料的纯度对玻璃形成能力有很大影响，大多１４兰州理工大学硕士学位论文数块体非晶材料要求原材料纯度较高，只有少数强玻璃形成能力合金系对原材料纯度要求不是十分苛刻，例如最近发现Ｆｅ基非晶，采用工业纯度材料即可获得较大尺寸块体非晶合金。实践己证实，在合理设计成分前提下，通过细化材料颗粒和提高过热度，并配合适当的熔体处理，可以有效的抑制形核，获得大的过冷度，提高玻璃形成能力。ｌｎｏｕｅ总结了具有大玻璃形成能力块体非晶合金实验准则。但是Ｉｎｏｕｅ准则不完全符合所有的块体非晶合金系。而且合金的玻璃形成能力由于成分配比、热历史的不同而相差很大。１．６．３提高玻璃形成能力的措施要得到大尺寸非晶合金，酃在较低的冷却速度下也能获得菲晶状态，就要设法降低熔体临界冷却速度，亦即将熔体结晶的Ｃ曲线右移。而Ｃ曲线右移，可有效降低临界冷却速率Ｒｃ，更容易获得非晶相。这就要求从热力学、动力学和结构学的角度寻求提高材料非晶形成能力、降低临界冷却速度的方法和途径。１．Ｓｃｈｗａｒｚ等的设计在最近几年中，Ｓｃｈｗａｒｚ等研究了块体金属玻璃的合成和性能，这些体系有：Ｐｄ．Ｎｉ．Ｐ．Ｐｄ．Ｃｕ．Ｐ。Ｐｄ．Ｃｕ．Ｎｉ．Ｐ和Ｐｄ．Ｎｉ．Ｆｅ．Ｐ１５８－６２］。在所有这些玻璃态中，Ｐ含量接近２０ａｔ％，即共晶成分附近。这些研究得出了一些准则，可指引找寻新的金属，非金属块体玻璃的成份。这些规则归纳如下；（１）合金至少有三种成分，其中两种是金属。（２）合金必须包含两种或更多的金属元素，其原子尺寸差异较大且相互间有近于零的混合焓。（３）金属元素和非金属元素间有大的负混合潜热。（４）非金属元素总含量在２０ａｔ％附近。＜５）非均匀形核核心，诸如氧化物杂质必须去除。可通过助熔剂溶解氧化物或钝化氧化物（使其溶解在金属液中）。Ｉｎｏｕｅ等已经用这些准则寻找块体铁基金属玻璃。因为合金的Ｆｅ元素原子百分比含量必需较大（为了获得较大饱和磁化强度），所以只能在金属一非金属类金属玻璃体系中寻找。众所周知Ｆｅｓ０８２０合金在１０６Ｋ／ｓ的冷速下能形成金属玻璃，因而Ｓｅｈｗａｒｚ等从ＦｅｓｏＢ２０合金出发，按照上述讨论的原则增添金属和非金属元素。用诸如Ｃｏ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｇａ和Ｓｂ取代了部分Ｆｅ，这些元素和Ｆｅ之间都有较小的熔化焓（分别为．１，．１，－２，．２和＋１０ＫＪ／ｔ００１）ｔ６３１，并用部分Ｐ和Ｃ取代部分Ｂ。这些研究导致一系列Ｆｅ基块体非晶合金的诞生。Ｓｃｈｗａｒｚ等还采用这种设计思路，通过如下合金制备工艺ａ）将不同
钴基非晶合金的制备与晶化动力学研究 - 图文(4)
2019-08-31 12:41
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