一種免分切非盤繞的非晶薄帶制備方法及制備系統與流程

本發明屬于非晶薄帶制取技術領域，尤其涉及一種免分切非盤繞的非晶薄帶制備方法及制備系統。

背景技術：

為獲得非晶合金特殊的微觀結構，要求制備過程中以極高的冷卻速率直接從熔融狀態快淬到凝固點以下的溫度。單輥快淬技術是當前應用最廣泛的技術。

在現行技術中，都是采用連續甩帶方法將合金熔融體經噴嘴持續噴射到高速旋轉的冷卻棍面上制成連續的非晶薄帶。這樣制成的非晶薄帶從頭至尾都是連續的，一爐熔體制成非晶薄帶通常都是有數千米以上的長度。為了存儲、搬運方便等原因，通常需要將單輥快淬法制成的非晶薄帶進行盤繞，然而，這種盤繞成卷的非晶薄帶往往并不是應用所需的，后續應用過程中通常需要將盤繞成卷的非晶薄帶重新倒出來進行分切。

可見，這種技術，不但盤繞過程需要耗費工時和人力成本，而且盤繞過程還會引入使非晶材料性能下降的應力；另外，盤繞成卷的非晶薄帶重新分切過程非但需要分切設備使得非晶器件生產投入增大，而且生產效率低，耗費工時和人力成本高。當前，最先進的技術實現了非晶薄帶甩制過程中的自動盤繞，但是這種自動盤繞技術，一方面，因為剛甩制還沒涼透的非晶薄帶盤繞過程中會引入應力的作用導致非晶薄帶性能的顯著下降；另一方面，實現自動盤繞的技術非常復雜，設備昂貴，且故障率高和損耗大。

綜上所述，現行非晶薄帶甩制工藝存在冗余工序，非但使得生產廠商負擔了昂貴的多余設備投入，浪費工時和勞力、生產效率低，而且影響非晶器件的性能。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種免分切非盤繞的非晶薄帶制備方法及制備系統，旨在解決現行非晶薄帶甩制工藝存在冗余工序，免去現行非晶薄帶制備過程的盤繞、倒帶、分切等工序，非晶薄帶制備過程直接獲得非晶條段，免去盤繞和分切，避免盤繞分切過程引入應力，提高非晶薄帶生產效率和質量，降低非晶軟磁器件生產的勞動力成本和設備投入。

本發明是這樣實現的，一種免分切非盤繞的非晶薄帶制備方法，該免分切非盤繞的非晶薄帶制備方法在垂直于快淬冷卻輥旋轉方向的冷卻輥面上設有若干個溝槽，使非晶薄帶在甩制過程中在溝槽處自動斷開，形成條段狀非晶薄帶。

進一步，冷卻輥面上所設溝槽為直線或為曲線；溝槽的寬度為0.1mm～0.5mm,深度為0.1mm～0.3mm。

進一步，所述免分切非盤繞的非晶薄帶制備方法具體包括：

按目標要求組分配置母料，用交流電弧熔煉法或高頻感應加熱法配置母合金；

根據目標要求在冷卻輥面上設置溝槽；

根據目標要求配置非晶薄帶收集裝置；

根據目標要求配置熔體噴嘴并熔融母合金；

根據目標要求采用單輥快淬法制備非晶薄帶疊垛。

進一步，在冷卻輥前方設有條段狀非晶薄帶自動收集器，將來自冷卻輥的條段狀非晶薄帶自動收集并整齊疊放。

進一步，所述條段狀非晶薄帶自動收集器用于自動升降條段狀非晶薄帶自動收集器托板的高度。

進一步，所述自動升降托板的升降高度根據來自非晶薄帶疊垛高度傳感器探測到的非晶薄帶高度信號進行自動升降。

進一步，所述母合金組分為FeSiB或FeCuNbSiB或FeCoNBSiB或FeSiBPC以及其它能夠形成非晶的軟磁合金；

所述條段狀非晶薄帶根據冷卻輥旋轉速度或根據熔融體噴嘴尺寸的大小進行控制。

本發明另一目的在于提供一種免盤繞分切的非晶薄帶制備系統，該免盤繞分切的非晶薄帶制備系統包括：

用交流電弧熔煉法或高頻感應加熱法熔融母合金并將熔融的母合金輸送到甩制裝置的熔料裝置；

用于將熔融的母合金甩制成非晶薄帶的甩制裝置；

用于在甩制裝置前方設有的條段狀非晶薄帶自動收集器，所述條段狀非晶薄帶自動收集器將來自甩制裝置的條段狀非晶薄帶自動收集并整齊疊放。

進一步，所述熔料裝置包括：

按目標要求組分配置的并用交流電弧熔煉法或高頻感應加熱法熔融的合金熔融體；

用于盛裝合金熔融體的坩堝；

圍繞在坩堝外部并用于控制合金熔融體熔融溫度的高頻感應線圈；

用于輸送熔融的合金熔融體的熔體噴嘴；

所述甩制裝置包括：

用于將熔體噴嘴輸送熔融的合金熔融體甩制成非晶薄帶的冷卻輥；

垂直于快淬冷卻輥旋轉方向的冷卻輥面上開設的若干個溝槽，所述溝槽用于使非晶薄帶在甩制過程中在溝槽處自動斷開，形成條段狀非晶薄帶；

所述條段狀非晶薄帶自動收集器包括：

用于存放冷卻輥甩制成的非晶薄帶的自動升降托板；

存放在自動升降托板上的非晶薄帶疊垛；

連接在自動升降托板后端的后端面整齊板；

連接在自動升降托板側面的側面整齊板；

連接在自動升降托板前面的前端面整齊擋板；

連接在自動升降托板下面并用于調節托板升降的托板升降支桿；

容納托板升降支桿的升降支桿滑槽；

連接在非晶薄帶疊垛上方的喇叭收集器；

所述升降支桿滑槽開設在前端面整齊板上；所述非晶薄帶疊垛上安裝有用于控制自動升降托板升降的非晶薄帶疊垛高度傳感器。

本發明提供的免分切非盤繞的非晶薄帶制備方法，在非晶薄帶甩制過程中直接獲得需要長度的條段狀非晶薄帶，省略掉現有技術中的先進行非晶薄帶盤繞再進行倒盤和分切的冗余工序，提高生產效率、降低生產成本和設備投入，同時避免因盤繞引入應力作用而導致非晶薄帶性能下降。

本發明的目的是通過在垂直于快淬冷卻輥旋轉方向的冷卻輥面上橫向設置溝槽，使合金熔融體膜面依靠自身粘性和張力在所設置的溝槽處在被冷卻凝固前自行斷開實現的。采用高頻感應技術將母合金加熱成熔融液態，將合金熔融體噴射到設有橫向溝槽的表面拋光的快速旋轉的冷卻輥面上。噴射到冷卻輥面的合金熔融體，在光滑的輥面處被快速冷卻形成厚薄和寬度均勻的非晶薄帶。在輥面上設置的溝槽處，由于合金熔融體自身的粘性和表面張力，合金熔融體先形成連續的液膜，但由于溝槽處的輥面下凹不能緊貼熔融體液膜，使得在溝槽上方的液膜的冷卻速率遠低于溝槽兩側，而與輥面緊密接觸的溝槽兩側的熔融體液膜被快速冷卻凝固下來，先一步冷卻凝固成的溝槽兩側的非晶薄帶從兩側各自通過自身導熱將溝槽處的熔融合金液膜溫度降低，這種從兩側導熱降溫的過程使得溝槽處的液膜形成溫度梯度(即兩側溫度低中間溫度高)，溝槽處液膜的這種溫度梯度使得液膜以槽口中心線為分界線向兩側分離，形成了非晶薄帶整齊的斷口。這樣形成的非晶薄帶的長度就由冷卻輥面上溝槽間的狐面距離來決定，在生產過程中可以根據后續應用的需要靈活調節。由于所得非晶薄帶的長度等于冷卻輥面上設置的溝槽間的弧面距離，只要設置的溝槽弧面間距統一，就可以獲得長度一致的非晶薄帶。這種長度一致的條段狀非晶薄帶，后續的收集也十分方便。便于與后續的器件制備工藝銜接，實現非晶器件制備流水線的自動控制。

本發明技術與現有非晶薄帶制備技術相比，具有明顯優勢。首先，本發明技術相比現有技術，具有節省工序，減少設備投入、避免重復勞動，節省勞動成本的優點：在現行技術中，都是采用連續甩帶方法將合金熔融體制成連續的非晶薄帶，一爐熔體制成非晶薄帶的長度通常都在數千米以上。這么長的非晶薄帶給后續的收集、存儲和搬運帶來了很多困難，通常人們采用將非晶薄帶進行盤繞的方法進行收集。然而，這種后續的非晶薄帶的盤繞過程，需要耗費大量的人力物力，也嚴重影響了非晶薄帶甩制進程(只有將前一爐融體甩制的薄帶收集完才能進行第二爐融體的甩制)。為了提升生產效率，人們開發了在線自動盤繞技術，但由于極高冷卻速率的要求，冷卻輥的旋轉速度極高，在線自動盤繞技術十分復雜，設備昂貴，通常一條在線盤繞生產線需要多投入500萬元以上。而且，在線自動盤繞技術在非晶薄帶盤繞過程中會引入很大的應力，這種應力作用在還未冷卻充分的非晶薄帶上會引起性能的嚴重下降。另外，這種盤繞成卷的非晶薄帶，給后續應用也帶來了很多麻煩，通常人們需要將其倒出來，重新分切，非但增加了倒盤和分切設備的投入，而且，這種倒盤和分切過程需要浪費大量的勞動力，增加了非晶器件的生產成本。采用本發明技術，在非晶薄帶甩制過程中，直接獲得所需長度的非晶薄帶，節省了現有工藝所需的盤繞設備、倒盤設備和分切設備投入，大大降低了非晶薄帶及非晶器件生產過程的設備投入；同時避免了現有工藝的盤繞、倒盤和分切等重復勞動，大大降低了勞動成本。再者，采用本發明技術，還避免了現有技術在盤繞、分切過程中應力作用的引入，也就避免了因為盤繞、分切而引起的非晶薄帶性能下降。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的免分切非盤繞的非晶薄帶制備系統示意圖；

圖2是本發明實施例提供的非晶薄帶收集器的截面圖；

圖3本發明實施例提供的冷卻輥截面圖。

圖中：1、條段狀非晶薄帶；2、高頻感應線圈；3、坩堝；4、合金熔融體；5、溝槽；6、冷卻輥；7、后端面整齊板；8、非晶薄帶疊垛；9、側面整齊板；10、自動升降托板；11、托板升降支桿；12、升降支桿滑槽；13、前端面整齊擋板；14、喇叭收集器；15、熔體噴嘴；16、非晶薄帶疊垛高度傳感器。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

下面結合附圖對本發明的應用原理作詳細描述。

如圖1所示，本發明實施例提供的免盤繞分切的非晶薄帶制備系統，包括：

用交流電弧熔煉法或高頻感應加熱法熔融母合金并將熔融的母合金輸送到甩制裝置的熔料裝置；

用于將熔融的母合金甩制成非晶薄帶的甩制裝置；

用于在甩制裝置前方設有的條段狀非晶薄帶自動收集器，所述條段狀非晶薄帶自動收集器將來自甩制裝置的條段狀非晶薄帶自動收集并整齊疊放。

進一步，所述熔料裝置包括：

按目標要求組分配置的并用交流電弧熔煉法或高頻感應加熱法熔融的合金熔融體4；

用于盛裝合金熔融體的坩堝3；

圍繞在坩堝外部并用于控制合金熔融體熔融溫度的高頻感應線圈2；

用于輸送熔融的合金熔融體的熔體噴嘴15；

所述甩制裝置包括：

用于將熔體噴嘴輸送熔融的合金熔融體甩制成非晶薄帶的冷卻輥6；

垂直于快淬冷卻輥旋轉方向的冷卻輥面上開設的若干個溝槽5，所述溝槽用于使非晶薄帶在甩制過程中在溝槽處自動斷開，形成條段狀非晶薄帶1；

所述條段狀非晶薄帶自動收集器包括：

用于存放冷卻輥甩制成的非晶薄帶的自動升降托板10；

存放在自動升降托板上的非晶薄帶疊垛8；

連接在自動升降托板后端的后端面整齊板7；

連接在自動升降托板側面的側面整齊板9；

連接在自動升降托板前面的前端面整齊擋板13；

連接在自動升降托板下面并用于調節托板升降的托板升降支桿11；

容納托板升降支桿的升降支桿滑槽12；

連接在非晶薄帶疊垛8上方的喇叭收集器14；

所述升降支桿滑槽開設在前端面整齊板上；所述非晶薄帶疊垛上安裝有用于控制自動升降托板升降的非晶薄帶疊垛高度傳感器16。

本發明實施例提供的免分切非盤繞的非晶薄帶制備方法，該免分切非盤繞的非晶薄帶制備方法在垂直于快淬冷卻輥旋轉方向的冷卻輥面上設有若干個溝槽，使非晶薄帶在甩制過程中在溝槽處自動斷開，形成條段狀非晶薄帶。

進一步，冷卻輥面上所設溝槽為直線或為曲線；溝槽的寬度為0.1mm～0.5mm,深度為0.1mm～0.3mm。

進一步，所述免分切非盤繞的非晶薄帶制備方法具體包括：

按目標要求組分配置母料，用交流電弧熔煉法或高頻感應加熱法配置母合金；

根據目標要求在冷卻輥面上設置溝槽；

根據目標要求配置非晶薄帶收集裝置；

根據目標要求配置熔體噴嘴并熔融母合金；

根據目標要求采用單輥快淬法制備非晶薄帶疊垛。

進一步，在冷卻輥前方設有條段狀非晶薄帶自動收集器，將來自冷卻輥的條段狀非晶薄帶自動收集并整齊疊放。

進一步，所述條段狀非晶薄帶自動收集器用于自動升降條段狀非晶薄帶自動收集器托板的高度。

進一步，所述自動升降托板的升降高度根據來自非晶薄帶疊垛高度傳感器探測到的非晶薄帶高度信號進行自動升降。

進一步，所述母合金組分為FeSiB或FeCuNbSiB或FeCoNBSiB或FeSiBPC以及其它能夠形成非晶的軟磁合金；

所述條段狀非晶薄帶根據冷卻輥旋轉速度或根據熔融體噴嘴尺寸的大小進行控制。

下面結合具體實施例對本發明的應用原理作進一步描述。

實施例1

按照以下步驟完成本發明實施例1：

1.母合金配制：按原子比包括78％的Fe、9％的Si和13％的B配制混合，在氬氣保護下，用高頻感應法加熱熔融后冷卻獲得母合金。

2.在直徑為45cm的冷卻輥的輥面上垂直于旋轉方向設置0.3mm寬0.2mm深的溝槽，然后拋光冷卻輥面。

3.利用包括以下子步驟的單輥快淬技術制備出本發明的非晶合金薄帶。

(a)將按上述原子比組成的母合金放入軟化溫度高于1400℃的坩堝中。

(b)在氬氣保護下，用高頻感應法加熱母合金，直至熔化，并繼續加熱至過熱成合金熔融體。

(c)通氣加壓使熔融合金從坩堝底部0.1mm寬和10mm長的噴嘴噴向以1200轉/分(28.3米/秒)的速度高速旋轉的冷卻輥表面，合金熔融體在光滑輥面處被快速冷卻凝固成非晶薄帶，在輥面溝槽處形成整齊斷口自動斷開，形成寬為1cm，厚為30μm，長度為141cm的非晶薄帶，在離心力和剝離氣流的作用下非晶薄帶被依次拋向喇叭收集器的喇叭口。

(d)拋向薄帶喇叭收集器的非晶薄帶在前端面整齊擋板和重力以及吹送氣流或磁力的作用下被收集到喇叭收集器的頸部。

(e)從喇叭收集器頸部滑落的非晶薄帶，被處在下方與之銜接的后端面整齊板和側面整齊板，以10-30次/分的頻次往復夾齊動作而被整理成整齊疊放的非晶薄帶疊垛。

(f)非晶薄帶疊垛放置在托板上，托板的位置由托板升降支桿控制，托板升降支桿可以在升降支桿滑槽中自由升降，根據位置傳感器感知的非晶薄帶疊垛的高度自動升降托板的位置，以滿足整齊收集非晶薄帶的要求。

實施例2

按照以下步驟完成本發明實施例2：

1.母合金配制：按原子比包括73.5％的Fe、1.0％的Cu、3.0％的Nb、13.5％原子比的Si和9.0％原子比的B配制混合，在氬氣保護下，用高頻感應法加熱熔融后冷卻獲得母合金。

2.在直徑為45cm的冷卻輥的輥面上3等分處垂直于旋轉方向設置0.15mm寬0.2mm深的溝槽，然后拋光冷卻輥面。

3.利用包括以下子步驟的單輥快淬技術制備出本發明的非晶合金薄帶。

(a)將按上述原子比組成的母合金放入軟化溫度高于1400℃的坩堝中。

(b)在氬氣保護下，用高頻感應法加熱母合金，直至熔化，并繼續加熱至過熱成合金熔融體。

(c)通氣加壓使熔融合金從坩堝底部0.1mm寬和5mm長的噴嘴噴向以1400轉/分高速旋轉的冷卻輥表面，合金熔融體在光滑輥面處被快速冷卻凝固成非晶薄帶，在輥面溝槽處形成整齊斷口自動斷開，形成寬為5mm，厚為25μm，長度為47cm的非晶薄帶，在離心力和剝離氣流的作用下非晶薄帶被依次拋向喇叭收集器的喇叭口。

(d)拋向薄帶喇叭收集器的非晶薄帶在前端面整齊擋板和重力以及吹送氣流或磁力的作用下被收集到喇叭收集器的頸部。

(e)從喇叭收集器頸部滑落的非晶薄帶，被處在下方與之銜接的后端面整齊板和側面整齊板，以10-30次/分的頻次往復夾齊動作而被整理成整齊疊放的非晶薄帶疊垛。

(f)非晶薄帶疊垛放置在托板上，托板的位置由托板升降支桿控制，托板升降支桿可以在升降支桿滑槽中自由升降，根據位置傳感器感知的非晶薄帶疊垛的高度自動升降托板的位置，以滿足整齊收集非晶薄帶的要求。

實施例3

按照以下步驟完成本發明實施例3：

1.母合金配制：

按原子比包括74.5％的Fe、8.8％的Si、9.8％的B、4.9％的P和2.0％的C混合配制合金母料，

2.在直徑為45cm的冷卻輥的輥面上5等分處垂直于旋轉方向設置5個0.3mm寬0.2mm深的溝槽，然后拋光冷卻輥面。

3.利用包括以下子步驟的單輥快淬技術制備出本發明的非晶合金薄帶。

(a)將按上述原子比組成的母合金放入軟化溫度高于1400℃的坩堝中。

(b)在氬氣保護下，用高頻感應法加熱母合金，直至熔化，并繼續加熱至過熱成合金熔融體。

(c)通氣加壓使熔融合金從坩堝底部寬0.1mm和15mm場的噴嘴噴向以1300轉/分高速旋轉的冷卻輥表面，合金熔融體在光滑輥面處被快速冷卻凝固成非晶薄帶，在輥面溝槽處形成整齊斷口自動斷開，形成寬為15mm，厚為28μm，長度為28cm的非晶薄帶，在離心力和剝離氣流的作用下非晶薄帶被依次拋向喇叭收集器的喇叭口。

(d)拋向薄帶喇叭收集器的非晶薄帶在前端面整齊擋板和重力以及吹送氣流或磁力的作用下被收集到喇叭收集器的頸部。

(e)從喇叭收集器頸部滑落的非晶薄帶，被處在下方與之銜接的后端面整齊板和側面整齊板，以10-30次/分的頻次往復夾齊動作而被整理成整齊疊放的非晶薄帶疊垛。

(f)非晶薄帶疊垛放置在托板上，托板的位置由托板升降支桿控制，托板升降支桿可以在升降支桿滑槽中自由升降，根據位置傳感器感知的非晶薄帶疊垛的高度自動升降托板的位置，以滿足整齊收集非晶薄帶的要求。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：

本發明提供的一種免分切非盤繞的非晶薄帶制備方法，不同于現有制備非晶薄帶的一般技術。相比現有技術，本發明技術具有省工省時、提高生產效率、降低生產成本的優勢。首先，采用本發明技術無需耗費勞力和時間對非晶薄帶進行盤繞和倒盤，避免生產過程的勞動成本浪費，顯著地降低生產成本。現有制備非晶薄帶的技術，都需要先將長達數千米的連續非晶薄帶進行盤繞。這種盤繞過程，存在嚴重的勞動力浪費，增加了勞動力成本，因為這種盤繞不符合后續應用的要求，還得將盤繞成卷的非晶薄帶重新倒出來。而且為了等待已甩制非晶薄帶的盤繞，不能進行連續的非晶薄帶甩制，誤工嚴重，影響了非晶薄帶的生產效率。其次，采用本發明技術可以直接獲得需要長度的非晶薄帶，無需耗費勞力和時間對非晶薄帶進行倒盤和分切，避免生產過程的勞動成本浪費，顯著地降低生產成本。由于現有制備非晶薄帶的技術都是將非晶薄帶盤繞成卷，成卷的非晶薄帶往往不符合應用的要求，通常需要盤繞成卷的非晶薄帶重新倒出來進行分切。這種倒卷分切過程費工費時，一般需要占據非晶器件生產勞動成本的50％以上。可見，采用本發明技術，可以比現有技術節省50％以上的勞動力成本。

本發明提供的一種免分切非盤繞的非晶薄帶制備方法，不同于現有制備非晶薄帶的一般技術。相比現有技術，本發明技術工藝簡單，具有大幅降低設備投入成本和勞動生產成本的優勢。本發明技術，在避免重復勞動大幅度節省勞動力成本的同時還大幅度降低生產設備投入。一般的技術創新通常以加大設備投入為代價來節省勞動力成本。而本發明技術則是以避免重復勞動的方法實現勞動力成本的大幅度下降，即省略了非晶薄帶的盤繞、倒盤和分切等十分耗費勞力的工序，同時節省了技術復雜的昂貴設備投入，即節省了非晶薄帶在線自動盤繞系統(通常需要數百萬元)和倒盤及分切設備，大大減輕了生產企業的設備投入壓力，提升企業的投入產出比。

本發明提供的一種免分切非盤繞的非晶薄帶制備方法，不同于現有制備非晶薄帶的一般技術。相比現有技術，本發明技術制備的非晶薄帶的性能具有明顯優于現有技術制備材料性能的優勢。本發明技術相比現有非晶薄帶技術，由于在非晶薄帶甩制過程中直接形成需要長度的非晶薄帶，無需盤繞、分切，也就避免了現有技術因盤繞、分切引入應力作用感生磁各向異性使材料性能下降的問題，因此，采用本發明技術制備的非晶薄帶的矯頑力、磁導率和剩磁等技術指標都明顯優于現有技術制備的非晶薄帶。

采用本發明提供的一種免分切非盤繞的非晶薄帶制備方法，不同于現有制備非晶薄帶的一般技術。相比現有技術，具有節能的優點：本發明技術節省了現有技術中的盤繞、倒盤和分切等工序，也就自然節省了現有技術進行盤繞、倒盤和分切等工序所需設備運轉的耗能以及節省了為減弱因盤繞和分切引入應力作用而進行的退火工藝所需的耗能。同時，由于采用本發明技術制備的材料性能明顯優于現有技術制備的材料，使得后續制備的器件也性能更優具有節能效果。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。