一种降低合金熔体浇注温度的非晶态固体合金薄带的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种降低合金熔体浇注温度的非晶态固体合金薄带的制备方法,其特征在于，具体包括：步骤1测量浇注温度的合金熔体粘度；步骤2测量过热处理合金熔体降温至浇注温度以下的粘度；步骤3选择与合金熔体在浇注温度所需粘度相等的过热处理合金熔体的温度作为浇注温度；步骤4将过热处理合金熔体降温至与浇注温度合金熔体粘度相等的温度并快速凝固得到非晶态固体合金薄带。本发明专利技术能够在不改变合金成份和快速凝固工艺条件的情况下，利用过热处理合金熔体的粘滞特征达到降低合金熔体浇注温度的目的。本发明专利技术具有实施成本低、效率高、可操控性和重复性强、技术可靠性高等特点，适合于在金属功能材料制备技术领域的广泛应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属功能材料制备
，特别是涉及一种降低合金熔体浇注温度的非晶态固体合金薄带的制备方法。
技术介绍
要获得非晶态固体合金就必须保证合金熔体到固体合金的转变是一个过冷凝固的过程。由于合金熔体的过冷度很低，只有20度左右，要使合金熔体发生过冷凝固，必须采用高速冷却凝固的方式。同时在高速冷却前，合金熔体温度与凝固温度之间的温差必须大于一个临界值，才能实现真正的过冷凝固。如果合金熔体的温度低于这个临界温差要求的温度，合金熔体到固体合金的转变就不再是单纯的过冷凝固，还伴随有晶体的形核生长。因此，制备非晶态固体合金对合金熔体浇注温度有严格要求，必须满足一定的过热度才行。通常，合金熔体的浇注温度由合金成份、冷却速率和工艺条件决定。在合金熔体中，每一瞬间都涌现出大量尺寸不等的原子团簇，这些原子团簇结构起伏不定。在一定温度下，出现不同尺寸原子团簇的几率不同，出现特别大和特别小尺寸原子团簇的几率都很小。在每一个温度下，能够出现的原子团簇最大尺寸存在一个极限值，温度越高，原子团簇尺寸的最大值越小，温度越低，原子团簇尺寸的最大值就越大。因此合金熔体温度变化的区间越大，其原子团簇结构和尺寸的变化区间也越大。在过冷的液相合金中，原子团簇尺寸极限值可达几百个原子的范围。尽管非晶态固体合金与合金熔体有高度相似的长程无序、短程有序的结构特征，但是它们的原子团簇结构还是有一定的差异，合金熔体里短程有序的原子团簇结构处于瞬间出现，瞬间消失，此起彼伏，变化不定的状态之中，而非晶态固体合金中短程有序的原子团簇结构是固定不变的。非晶态固体合金虽然继承了合金熔体的长程无序、短程有序的结构特征，但是短程有序原子团簇结构在尺寸、构形等方面不同于熔体，因为从熔体到固体的转变过程中，原子团簇结构之间发生了相互融合、生长，形成了三维空间的广延分布。由于熔体中原子团簇的结构与温度密切相关，所以合金熔体的浇注温度越高，冷却凝固过程经历的温度变化区间越大，原子团簇结构和尺寸变化的区间也越大，非晶态固体合金中原子团簇的结构就越复杂。因为合金结构的变化必然会导致合金物理性质的变化，所以合金熔体的浇注温度越高对非晶态固体合金性能的影响也越大。基于此，降低合金熔体的浇注温度是改善非晶态固体合金性能的有效途径之一。由于原子团簇结构的特殊性和复杂性，无论是合金熔体，还是非晶态固体合金的原子团簇结构都没有直接表征形貌特征的方法。虽然合金熔体结构不能直观地表征，但是可以通过其它可测量的物理量进行间接的表征，因为合金熔体原子团簇结构的变化变化必然导致合金熔体物理性能的变化。合金熔体粘度是反映熔体物理性质的一个重要物理量，与熔体原子团簇结构有内在联系，是一个能反映合金熔体原子团簇结构变化的可测量物理量。合金熔体结构变化必然引起粘度的变化，通过测量合金熔体粘度可以了解温度对合金熔体结构的影响。合金熔体粘度随着温度变化的一般规律是，温度上升，粘度降低；温度下降，粘度增加。熔体温度上升时，原子团簇的尺寸减小，稳定性差的原子团簇分解成尺寸更小的、但稳定性更好的小团簇。本质上，尺寸小的团簇有利于增加熔体的流动性，所以粘度降低；合金熔体温度下降，原子团簇的尺寸增大，尺寸大的原子团簇不有利于熔体的流动性，所以粘度增加。在合金熔体凝固过程中，熔体温度下降导致合金熔体粘度不断增加，最终使熔体失去流动性，变成固体合金。因为从熔体到固体的转变取决于粘度的变化，熔体粘度越小，越不容易凝固，越容易保持熔体状态，所以粘度在合金熔体转变成非晶态固体合金的过程中起着关键作用，合金熔体粘度越小，浇注温度就越低。由于粘度与合金熔体的过冷凝固过程密切相关，在非晶态固体合金制备中是决定合金熔体浇注温度的重要因素之一。虽然合金熔体粘度主要受温度影响，但是在升温和降温过程中粘度随温度变化的生、降幅度并不相同。经过一轮过热循环处理后，发现合金粘度不是温度的单值函数，因为升温过程的合金熔体粘度大于降温过程的合金熔体粘度，降温过程中合金熔体粘度变化出现了滞后现象。由于合金熔体粘度变化体现的是熔体中原子团簇结构的变化，粘度滞后说明降温过程中熔体的原子结构变化滞后于升温过程中熔体的原子团簇结构变化，即降温过程中熔体的原子团簇结构变化滞后于温度的变化。过热循环处理导致的合金熔体粘度滞后能够将熔体结构保留到更低的温度，有利于非晶态固体合金制备过程中降低合金熔体的浇注温度。熔体原子团簇结构影响合金熔体粘度，原子团簇结构则受合金成份的控制，改变合金成份在一定程度上影响原子团簇结构，进而影响熔体粘度，提高非晶形成能力。日本专利4319206公开了一种具有高非晶形成能力的Fe基软磁非晶合金成份配比(Fe79-xMoxP10C4B4Si3，x＝2～5at.％)，可制备非晶合金的尺寸达到1.5～4.0mm。该方法存在的主要不足之处是：合金配比中Fe部分被Mo替代，降低了Fe含量，导致饱和磁感应强度下降。综上所述，尽管合金熔体的浇注温度对于获得高质量非晶态固体合金有重要作用，但目前对降低合金熔体浇注温度仍然缺乏有效的技术方法，是非晶态固体合金材料领域未能解决的关键且重要科学技术问题之一。因此，建立降低合金熔体浇注温度的工艺方法是满足非晶态固体合金材料研究和工程化生产的关键性技术，而且还是研发高性能非晶态固体合金材料急需的重点技术。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服现有技术所存在的不足而提供一种降低合金熔体浇注温度的非晶态固体合金薄带的制备方法，本专利技术能够有效降低合金熔体浇注温度，以显著改善非晶态固体合金的质量和宏观物理性能。根据本专利技术提出的一种降低合金熔体浇注温度的非晶态固体合金薄带的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：步骤1，测量浇注温度的合金熔体粘度：将Fe79Si13B8合金熔体升温至1240℃的浇注温度，然后保温1小时，之后采用高温粘度测量仪测量浇注温度为1240℃时的Fe78Si9B13合金熔体的粘度。步骤2，测量过热处理合金熔体降温到浇注温度以下的粘度：(1)设定Fe79Si13B8合金熔体的过热处理的温度区间为1100-1550℃，在温度区间1100-1550℃的升温或降温速度均为10℃/分钟；在测量每个温度的合金熔体的粘度前，首先保温1小时，然后再进行测量，得到浇注温度以下的过热处理Fe79Si13B8合金熔体的粘度随温度变化的特征；(2)基于实际测量的Fe79Si13B8合金熔体在浇注温度的粘度值和经1550℃过热处理合金熔体在浇注温度以下的粘度随温度变化的特征，建立浇注温度的合金熔体粘度与1550℃过热处理合金熔体的粘度随温度变化的对应关系；步骤3，选择与合金熔体在浇注温度所需粘度相等的过热处理合金熔体的温度：(1)根据Fe79Si13B8合金熔体在浇注温度所需的粘度和过热处理合金粘度与温度的对应关系，得出Fe79Si13B8合金熔体在浇注温度所需粘度与1550℃过热处理合金熔体在1140℃的粘度相等，确定过热处理Fe79Si13B8合金熔体的浇注温度为1140℃；(2)将Fe79Si13B8合金熔体以10℃/分钟的速率升温至1550℃并在该温度条件下保温1小时；步骤4，将过热处理合金熔体降温至与合金熔体在浇注温度所需粘度相等的温度并快速凝固得到非晶态固体合金薄带：将在1550℃过热处理后的Fe7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低合金熔体浇注温度的非晶态固体合金薄带的制备方法,其特征在于，包括如下具体步骤：步骤1，测量浇注温度的合金熔体粘度：首先将Fe79Si13B8合金熔体升温至1240℃的浇注温度，然后保温1小时，之后采用高温粘度测量仪测量浇注温度为1240℃时的Fe79Si13B8合金熔体的粘度。步骤2，测量过热处理合金熔体降温到浇注温度以下的粘度：(1)设定Fe79Si13B8合金熔体的过热处理的温度区间为1100‑1550℃，在该温度区间1100‑1550℃的升温或降温速度均为10℃/分钟；在测量每个温度的合金熔体的粘度前，首先保温1小时，然后再进行测量，得到浇注温度以下的过热处理Fe79Si13B8合金熔体的粘度随温度变化的特征；(2)基于实际测量的Fe79Si13B8合金熔体在浇注温度的粘度值和1550℃过热处理合金熔体在浇注温度以下的粘度随温度变化的特征，建立合金熔体在浇注温度所需粘度与1550℃过热处理合金熔体的粘度随温度变化的对应关系；步骤3，选择与合金熔体在浇注温度所需粘度相等的过热处理合金熔体的温度作为浇注温度：(1)根据Fe79Si13B8合金熔体在浇注温度所需粘度与过热处理合金熔体粘度随温度变化的对应关系，得出Fe79Si13B8合金熔体在浇注温度所需粘度与1550℃过热处理合金熔体在1140℃的粘度相等，因此设定过热处理合金熔体的浇注温度为1140℃；(2)将Fe79Si13B8合金熔体以10℃/分钟的速率升温至1550℃并在该温度条件下保温1小时；步骤4，将过热处理合金熔体降温至与合金熔体在浇注温度所需粘度相等的温度并快速凝固得到非晶态固体合金薄带：将在1550℃过热处理后的Fe79Si13B8合金熔体以60℃/分钟的速率降温到1140℃，然后将Fe79Si13B8合金熔体通过喷嘴连续浇注到高速旋转的快速冷却铜辊上，该铜辊表面的线速度为25米/秒，被迅速凝固成厚度为25微米的非晶态固体合金薄带。...

【技术特征摘要】
1.一种降低合金熔体浇注温度的非晶态固体合金薄带的制备方法,其特征在于，包括如下具体步骤：步骤1，测量浇注温度的合金熔体粘度：首先将Fe79Si13B8合金熔体升温至1240℃的浇注温度，然后保温1小时，之后采用高温粘度测量仪测量浇注温度为1240℃时的Fe79Si13B8合金熔体的粘度。步骤2，测量过热处理合金熔体降温到浇注温度以下的粘度：(1)设定Fe79Si13B8合金熔体的过热处理的温度区间为1100-1550℃，在该温度区间1100-1550℃的升温或降温速度均为10℃/分钟；在测量每个温度的合金熔体的粘度前，首先保温1小时，然后再进行测量，得到浇注温度以下的过热处理Fe79Si13B8合金熔体的粘度随温度变化的特征；(2)基于实际测量的Fe79Si13B8合金熔体在浇注温度的粘度值和1550℃过热处理合金熔体在浇注温度以下的粘度随温度变化的特征，建立合金熔体在浇注温度所需粘度与1550℃过热处理合金熔体的粘度随温度变化的对应关系；步骤3，选择与合金熔体在浇注温度所需粘度相等的过热处理合金熔体的温度作为浇注温度：(1)根据Fe79Si13B8合金熔体在浇注温度所需粘度与过热处理合金熔体粘度随温度变化的对应关系，得出Fe79Si13B8合金熔体在浇注温度所需粘度与1550℃过热处理合金熔体在1140℃的粘度相等，因此设定过热处理合金熔体的浇注温度为1140℃；(2)将Fe79Si13B8合金熔体以10℃/分钟的速率升温至1550℃并在该温度条件下保温1小时；步骤4，将过热处理合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岩国，
申请(专利权)人：江苏非晶电气有限公司，南京腾元软磁有限公司，中兆培基南京新材料技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32