專利名稱：一種鈷基非晶合金絲的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非晶合金的制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鈷基非晶合金絲的制備方 法。
背景技術(shù)：
非晶態(tài)是指材料在急冷凝固過程中來不及結(jié)晶，原子排列保持液態(tài)金屬的短程有 序、長程無序的一種狀態(tài)。與傳統(tǒng)的晶態(tài)合金材料相比，非晶態(tài)合金材料由于不具備長程原 子有序，因而表現(xiàn)出許多優(yōu)異的性能，如良好的機械性、極強的抗腐蝕性，以及特有的磁電 特性等，使得非晶態(tài)合金材料具有廣泛的應(yīng)用前景。作為磁性材料的非晶態(tài)軟磁合金，簡稱非晶軟磁合金，除了具有優(yōu)異的軟磁性能， 例如高的磁導(dǎo)率、低的矯頑力以及低的高頻損耗，還具有很高的機械強度和耐磨耐腐蝕等 性能，因而在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前非晶軟磁合金的主要應(yīng)用形式為帶材和絲材，其 中，對絲材，即非晶絲的需求越來越大，以滿足各個領(lǐng)域中對傳感器、換能器和磁記錄元件 的更高要求。鈷基非晶合金是一種性能優(yōu)異的軟磁材，不但具有高的起始磁導(dǎo)率、低的矯頑力 和磁致伸縮系數(shù)，還具有優(yōu)異的力學(xué)性能、磁性能溫度穩(wěn)定性以及顯著的巨磁阻抗效應(yīng)，在 軍工產(chǎn)品和民用產(chǎn)品中具有重要的應(yīng)用價值。目前世界各國都在大力開展鈷基非晶合金絲 的研制，特別是能夠連續(xù)穩(wěn)定地制備鈷基非晶合金絲方面的研究，但到目前為止尚未取得 實質(zhì)性突破。目前較為成熟的非晶絲制備技術(shù)主要有三種內(nèi)圓水紡法、玻璃包覆法和熔體抽 拉法。20世紀80年代中期，日本Unitika公司率先采用內(nèi)圓水紡法成功制備出金屬非晶 絲，目前仍然是世界上唯一的利用該方法提供商品化金屬非晶絲的廠家。但是，內(nèi)圓水紡法 存在冷卻能力不強、制備非晶絲的合金種類有限，以及制備工藝復(fù)雜等缺點，因此難以穩(wěn)定 生產(chǎn)高質(zhì)量的金屬非晶絲。玻璃包覆紡絲法要求合金熔化溫度與玻璃軟化溫度一致，以及 合金與玻璃之間有很好的潤濕性，所以該方法也存在普適性較差、難以保持絲材的連續(xù)性 和一致性的缺點。由于內(nèi)圓水紡法和玻璃包覆法在穩(wěn)定制備非晶絲方面的限制，利用熔體抽拉技術(shù) 制備非晶絲受到國內(nèi)外科技工作者的關(guān)注。熔體抽拉法的工藝要點是采用激光或者高頻感 應(yīng)作為熱源熔化連續(xù)進給的金屬棒，并由邊緣尖銳的金屬輪盤精確切削金屬熔體、抽拉并 快速冷卻制備金屬非晶絲。近年來，日本東北大學(xué)金屬材料研究所利用該方法制備出了性 能優(yōu)異的連續(xù)鈷基非晶合金絲，受到世界各國的關(guān)注。目前國內(nèi)也開始了相關(guān)的研究，但并 未取得大的突破。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鈷基非晶合金絲的制備方法，該方法能夠突破現(xiàn)有鈷基 非晶絲制備技術(shù)的限制，連續(xù)制備直徑為10 μ m 200 μ m的高質(zhì)量圓形界面鈷基非晶絲。
本發(fā)明實現(xiàn)上述目的所采取的技術(shù)方案為一種鈷基非晶合金絲的制備方法，包 括如下步驟步驟1 按照合金組分中的元素及其含量配制原料，在小型高頻感應(yīng)熔煉爐中，氬 氣保護下將原料熔煉至完全融化，再精煉10分鐘 20分鐘，然后將合金液澆鑄在直徑為 15mm 20mm的銅模中，冷卻后得到成分均勻的母合金；步驟2 將步驟1得到的母合金放入金屬非晶絲制造裝備坩堝中，對整個腔體抽真 空至SXlO-3Pa以下，在氬氣保護下啟動高頻感應(yīng)熔煉裝置，待合金棒熔煉為合金液并達到 預(yù)定溫度后啟動銅輥輪切削合金液并連續(xù)快速抽拉，同時使用銅輥水冷技術(shù)對高速旋轉(zhuǎn)的 銅輥進行持續(xù)冷卻，使銅輥切削面始終保持低溫，得到鈷基非晶合金絲；步驟3 將步驟2得到的鈷基非晶合金絲經(jīng)適當熱處理后冷卻至室溫，得到成品的 鈷基非晶合金絲。為優(yōu)化為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的措施還包括步驟3的一種優(yōu)化過程為將鈷基非晶合金絲裝入石英管中，抽真空使真空度達 到2 X IO-3Pa 5 X 10_3Pa后密封，然后放入熱處理爐中以0. 5°C /秒 5°C /秒的速率升溫 至350°C 500°C，再保溫1分鐘 20分鐘，最后淬火冷卻至室溫，得到成品的鈷基非晶合 金絲。步驟1中的感應(yīng)電流為5A 8A。步驟2中的輥輪轉(zhuǎn)動線速度為lOm/s 80m/s，母合金進給速度為10 μ m/s 100 μ m/s0步驟2中氬氣壓強為0.5個大氣壓。鈷基非晶合金絲的直徑為10 μ m 200 μ m。步驟2中的輥輪切削面為楔形。步驟2中的輥輪切削面的輪緣角度α為60°，尖端半徑小于或等于20 μ m。步驟2中銅輥切削面保持在30V 50°C。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明一種鈷基非晶合金絲的制備方法使用導(dǎo)熱性能良好的銅 輥輪切削合金液并連續(xù)快速抽拉，通過銅輥輪轉(zhuǎn)動線速度和母合金進給速度的匹配實現(xiàn)母 合金的連續(xù)進給，同時使用銅輥水冷技術(shù)對高速旋轉(zhuǎn)的銅輥進行持續(xù)冷卻，使銅輥切割面 始終保持低溫，從而得到連續(xù)的直徑為10 μ m 200 μ m的鈷基非晶合金絲；另外，制備過程 在氬氣保護的條件下進行，避免了鈷基非晶合金絲形成過程中的氧化以及與其他冷卻介質(zhì) 反應(yīng)所帶來的影響，保持鈷基非晶合金絲表面光潔、性能均一、圓度高，可廣泛應(yīng)用于交流 傳感器技術(shù)、磁敏傳感器技術(shù)領(lǐng)域。


圖1為實施例1制備得到的鈷基非晶合金絲的外形照片；圖2為實施例1制備得到的鈷基非晶合金絲的掃描電鏡SEM圖片；圖3為實施例1制備得到的的鈷基非晶合金絲的X射線衍射XRD圖譜；圖4為本發(fā)明中使用的銅輥的剖面圖和銅輥水冷技術(shù)示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖實施例對本發(fā)明做進一步詳細描述。實施例1 本實例的鈷基非晶合金絲的組成分子式為&)64.抑4.如5.忑22.4他3.8，制備步驟如下 將純度大于99%的原料Co、Fe、B、Si和Nb按本實施例的鈷基非晶合金絲成分配制50克， 然后用高頻感應(yīng)熔煉爐在氬氣保護下進行熔煉，熔煉電流為6. 5A，待原料完全融化后再精 煉12分鐘。將熔煉好的合金棒切割成IOmm左右的短棒，放入坩堝中，對整個腔體抽真空，達 到5X ICT3Pa后，關(guān)閉真空系統(tǒng)并沖入0. 5個大氣壓的氬氣進行保護。然后啟動高頻感熔煉 裝置，待母合金完全熔融形成饅頭狀熔體后，啟動銅輥輪和銅輥水冷線路，設(shè)定金屬輥輪轉(zhuǎn) 動線速度為50m/s，母合金進給速度為30ym/s。然后利用銅輥尖銳的邊緣精確切削熔體， 連續(xù)快速抽拉熔融母合金，得到直徑約為50 μ m的鈷基非晶絲。該金屬絲的外形如圖1所 示，SEM圖譜如圖2所示，XRD圖譜如圖3所示。從圖1、圖2可以看出，本方法制備的金屬 絲表面光潔、外形均勻一致，圓形度好。從圖3可以看出，XRD譜線為漫散射峰，無明顯尖銳 的衍射峰，說明本方法制備的金屬絲為非晶絲。實施例2 本實例的鈷基非晶合金絲的分子式為Co64. Pe41Sk6B22.4Nb3.8，制備步驟如下將純 度大于99%的原料Co、Fe、B、Si和Nb按本實施例的鈷基非晶合金絲成分配制50g，然后用 高頻感應(yīng)熔煉爐在氬氣保護下進行熔煉，熔煉電流為7. 0A，待原料完全融化后再精煉15分 鐘。將熔煉好的合金棒切割成IOmm左右的短棒，放入坩堝中，對整個腔體抽真空，達 到6X ICT3Pa后，關(guān)閉真空系統(tǒng)并沖入0. 6個大氣壓的氬氣進行保護。然后啟動高頻感應(yīng) 熔煉裝置，待母合金完全熔融形成饅頭狀熔體后，啟動銅輥輪和銅輥水冷線路，設(shè)定金屬輥 輪轉(zhuǎn)動線速度為40m/s，母合金進給速度為35 μ m/s。然后利用銅輥尖銳的邊緣精確切削熔 體，連續(xù)快速抽拉熔融母合金，得到直徑約為80 μ m的鈷基非晶絲。
權(quán)利要求
一種鈷基非晶合金絲的制備方法，其特征是包括如下步驟步驟1按照合金組分中的元素及其含量配制原料，在小型高頻感應(yīng)熔煉爐中，氬氣保護下將原料熔煉至完全融化，再精煉10分鐘～20分鐘，然后將合金液澆鑄在直徑為15mm～20mm的銅模中，冷卻后得到成分均勻的母合金；步驟2將步驟1得到的母合金放入金屬非晶絲制造裝備坩堝中，對整個腔體抽真空至8×10 3Pa以下，在氬氣保護下啟動高頻感應(yīng)熔煉裝置，待合金棒熔煉為合金液并達到預(yù)定溫度后啟動銅輥輪切削合金液并連續(xù)快速抽拉，同時使用銅輥水冷技術(shù)對高速旋轉(zhuǎn)的銅輥進行持續(xù)冷卻，使銅輥切削面始終保持低溫，得到鈷基非晶合金絲；步驟3將步驟2得到的鈷基非晶合金絲經(jīng)適當熱處理后冷卻至室溫，得到成品的鈷基非晶合金絲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鈷基非晶合金絲的制備方法，其特征是所述的步驟3 為將鈷基非晶合金絲裝入石英管中，抽真空使真空度達到2 X ICT3Pa 5 X ICT3Pa后密封， 然后放入熱處理爐中以0. 5°C /秒 5°C /秒的速率升溫至350°C 500°C，再保溫1分鐘 20分鐘，最后淬火冷卻至室溫，得到成品的鈷基非晶合金絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鈷基非晶合金絲的制備方法，其特征是所述的步 驟1中的感應(yīng)電流為5A 8A。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鈷基非晶合金絲的制備方法，其特征是所述的步 驟2中的輥輪轉(zhuǎn)動線速度為lOm/s 80m/s，母合金進給速度為10 μ m/s 100 μ m/s。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鈷基非晶合金絲的制備方法，其特征是所述的步 驟2中氬氣壓強為0. 5個大氣壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鈷基非晶合金絲的制備方法，其特征是所述的鈷 基非晶合金絲的直徑為10 μ m 200 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種鈷基非晶合金絲的制備方法，其特征是所述的步 驟2中的輥輪切削面為楔形。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鈷基非晶合金絲的制備方法，其特征是所述的步驟2 中的輥輪切削面的輪緣角度α為60°，尖端半徑小于或等于20 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種鈷基非晶合金絲的制備方法，其特征是所述的步驟2 中的銅輥切削面保持在30°C 50°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈷基非晶合金絲的制備方法，使用導(dǎo)熱性能良好的銅輥輪切削母合金并連續(xù)快速抽拉，通過銅輥輪轉(zhuǎn)動線速度和母合金進給速度的匹配實現(xiàn)母合金的連續(xù)進給，同時使用銅輥水冷技術(shù)對高速旋轉(zhuǎn)的銅輥進行持續(xù)冷卻，使銅輥切割面始終保持30℃～50℃，從而得到連續(xù)的直徑為10μm～200μm的鈷基非晶合金絲；另外，制備過程在氬氣保護的條件下進行，避免了鈷基非晶合金絲形成過程中的氧化以及與其他冷卻介質(zhì)反應(yīng)所帶來的影響，保持鈷基非晶合金絲表面光潔、性能均一、圓度高，可廣泛應(yīng)用于交流傳感器技術(shù)、磁敏傳感器技術(shù)領(lǐng)域。
文檔編號C22C45/04GK101956087SQ20101027399
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月2日
發(fā)明者喬文, 寧偉, 沈?qū)汖? 蔡平平 申請人:中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所