一种纤维增强金属玻璃复合材料丝的连续制备设备与工艺，属于非晶合金（金属玻璃）领域。本发明专利技术由真空系统、放线轮组，加热系统、冷却装置和牵引机构组成。加热载体置于高真空系统中，可获得结合完好、无夹杂完全清洁的复合界面，本方法放线后，采用上下双导轮装置，两导轮竖直方向相切，且下部导轮与电机相连，可以将制备的丝直接缠绕起来，实现连续大规模生产，达到短流程、节能降耗的目的。适合于用作制备穿甲材料等用途。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于非晶合金领域，特别涉及一种纤维增强金属玻璃复合材料丝的连续制备设备与工艺。
技术介绍
金属玻璃(又称非晶合金)是指在固态下原子排列具有短程有序而长程无序，并在一定温度范围内保持这种状态相对稳定的金属合金。近十几年来，块体金属玻璃的发展更是其发展过程的一个里程碑，使得金属玻璃作为结构材料成为可能。 与传统晶体材料相比，块体金属玻璃具有较高的强度( 2GPa)、大的弹性极限(2% 3%)及良好的耐腐蚀性等突出优点。正是由于其独特性能，使得块体金属玻璃在体育用品、电子、医学及国防等领域得到了越来越广泛的应用(文献1，Mark Telford,Materials Today, Vol. 3, 2004, PP36)。然而金属玻璃在室温承载失效时几乎没有塑性应变产生，表现为典型的脆性断裂方式，因而严重限制了其作为工程材料的应用。围绕块体金属玻璃室温塑性的改善，国内外开展了广泛的研究。近年来的研究发现，在块体金属玻璃组织中引入第二相可以改变剪切带的分布从而增加其室温塑性，获得综合力学性能较好的新材料。这种第二相可以是外加的，也可以是内生的(文献2,H. Choi-Yim, R. D. Conner, F. Szuecs and ff. L. Johnson,Acta Materialia, Vol 50, 2002, PP2737)。其中，钨丝增强锆基金属玻璃复合材料因其独特的性能而备受关注。Zr基块体金属玻璃在拉应力或压应力作用下，会发生有剪切力引起的剪切断裂，断裂面在最大切应力的作用面内，有很好的自锐性，用钨丝增强后，提高了强度和密度，达到了高密度、自锐性的特殊要求，可以用作穿甲材料。通过合理的界面和体积分数控制，目前已经制备的这类复合材料中最大压缩断裂强度高达2600MPa，塑性达到13. 5%(文献3,M. L. Wang, G. L. Chen, X. Hui, Y. Zhang and Z. Y. Bai, Intermetallics,in press)。目前制备钨丝增强块体金属玻璃复合材料的主要方法是渗流铸造法(文献4，王美玲，惠希东，董伟，刘雄军，陈国良.钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃基复合材料界面.中国有色金属学报，Vol. 14，2004, P1632，文献5，张兴超，陈晓华，张勇.超高强度及塑性的钨丝增强ZrTiCuNiBeNb金属玻璃复合材料稀有金属材料与工程，2008，37 (增刊4) :786-789)，然而渗流铸造法最大的一个缺点是纤维和合金液接触时间长，因此，纤维和熔体之间或纤维和凝固的高温基体间发生界面反应，增强体起的作用降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于开发一种短流程、适合于大规模工业生产、并能获得相对较清洁的复合界面的纤维增强金属玻璃基复合材料丝连续制备设备与工艺。—种纤维增强金属玻璃复合材料丝的连续制备设备，如图I所示。由真空系统(9)、预热系统(3)、加热系统(5)、冷却系统(6)、牵引机构组成，其特征是牵引机构上部设置了放线轮组(1)，放线轮组下端还设置了两个放线导轮(2)，冷却系统下部设置了一个收线导轮(7)，放线和收线两导轮竖直方向相切，且下部导轮与电机相连，能将制备的丝直接缠绕起来，实现连续生产；冷却系统(6)紧置于坩埚(4)下部，保证包覆的合金液快速凝固形成金属玻璃。一种采用上述纤维增强金属玻璃复合材料丝的连续制备设备的生产工艺，其特征在于 (I)将按照名义成分配好的合金先用电弧炉熔炼成均匀的母合金，然后将母合金和金属丝装在底部带有小孔的坩埚中。(2)金属玻璃合金液涂覆单根金属丝单根金属丝一端自内而外穿过坩埚的小孔，在加热炉中重熔母合金并保温，然后通过牵引机构由电机带动下拉浸溃在熔体中的金属 丝，使其表面均匀浸溃一层金属玻璃合金液，在穿过加热区后合金液冷却。(3)金属玻璃渗流多根金属丝过程经一次涂覆后的金属丝经放线轮组成束或直接经一个放线轮成束，金属丝束一端自内而外穿过坩埚的小孔，在加热炉中重熔母合金并保温，然后通过牵引机构由电机带动下拉浸溃在熔体中的金属丝束，使其均匀浸溃合金液，在穿过加热区后通过冷却介质快速冷却形成金属玻璃基体。(4)最终获得具有较高强度与一定拉伸延伸率的金属玻璃包覆金属丝复合材料。金属丝选用钨丝，金属玻璃合金选用锆基合金。金属丝的直径选择从微米级别直径到几百个微米级别直径均可。电机牵引拉丝速率为l_3m/min，冷却装置的冷却方式为气体冷阱、液体热传导或者是固体热传导+气体冷阱混合方式。本制备方法中，加热载体置于高真空系统中，可获得结合完好、无夹杂完全清洁的复合界面，本方法放线后，采用上下双导轮装置，两导轮竖直方向相切，且下部导轮与电机相连，可以将制备的丝直接缠绕起来，实现连续大规模生产，达到短流程、节能降耗的目的。我们以前已经针对“一种金属玻璃包覆金属丝复合材料的连续制备设备与工艺”的专利获得授权(专利号为ZL200710120355. 4 )，现在申请的专利与已授权专利不同有以下几个方面 I.工艺步骤不同。以前只有一次成型工艺单根金属丝涂覆非晶合金液很有效果，如果制备纤维增强金属玻璃复合材料，利用授权专利则只能用金属丝束直接一次浸渗就成型，那么，合金液很难短时间内深入金属丝束内部，金属丝之间充满孔洞，为了解决完全浸渗的问题，只能延长浸渗时间，但这样的后果是合金液与金属丝反应剧烈。为了克服以前专利的金属丝束的浸渗问题，新申请专利工艺如上所示分为两步(如上工艺过程描述所示)，需要注意的是金属玻璃合金液涂覆单根金属丝的目的，一方面是为了使第二步工艺中合金液渗流金属丝束时，减小合金液与带有涂覆层的金属丝之间的润湿角，降低浸润阻力，从而使金属丝束内部容易地浸满非晶合金液。另一方面，降低浸渗时间，降低合金液与金属丝的反应时间。2.工艺步骤的不同，决定了制备设备的放线轮组的新型设计。对于制备金属玻璃涂覆多金属丝，必须克服多丝彼此之间的行进路线的干涉，一旦多丝不能按照预先排布的路线行进，那么丝与丝之间缠接在一起，导致试验失败。针对这种问题，又考虑到空间限制，将多个放丝轮的排列设计为图2所示形式。放线轮组包括至少6个放线轮(根据需要还可以增加)，可以把单根金属丝分别放在单个放线轮上，通过各个放丝轮的导轮后，然后各根单丝在上部的导线轮上集中成束，这样制备过程中就可以解决各根金属丝之间缠绕和打结问题，制备的产品截面就可更加均匀，同时每个放线轮都载有单根丝的放线轮，这样单次制备的产品长度就可以变长，从而可以增加生产率。3.放丝系统的张力控制 放丝轮基本尺寸与商业卖的成品金属丝盘卷相当，一方面可以确定金属丝在这样的圆周曲率上不发生开裂或打卷等现象。另外一方面也为流水化作业提供了方便。不管是钨丝还是不锈钢丝等金属丝，由于自身弹性，容易出现松动、滑脱等现象。如果是双丝或者是多丝的情况下，可能会出现缠卷的现象。针对上述现象，设计了连续制造过程中放丝的张力控制系统，如图3所示。通过螺杆的移动来调节张紧弹簧的力的大小，从 而控制放丝轮运动的摩擦力，调节张力大小。4.固体热传导冷却系统的设计 通过固体热传导来实现冷却的原理如图4所示。冷却孔由四块各自独立的可活动的冷却铜壁组成，活动滑块连接冷却铜壁和弹簧。无论材料直径变大或变小，可本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓华，张保玉，惠希东，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：
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