專利名稱：：晶態(tài)和非晶態(tài)稀土金屬合金細(xì)絲的生產(chǎn)及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種從熔態(tài)合金直接噴鑄合金細(xì)絲的生產(chǎn)工藝及其裝置，特別適合于從熔態(tài)合金直接噴鑄晶態(tài)和非晶態(tài)稀土合金細(xì)絲，屬于金屬(含鋼)絲的制造
技術(shù)領(lǐng)域：
。傳統(tǒng)的制絲方法是拉撥制造方法，稀土金屬是一族極易氧化的合金元素，尤其是在高溫條件下，普通的拉撥制造工藝和裝置，很難控制稀土合金的氧化問題。即使冷撥，當(dāng)合金中稀土金屬含量大于5％時(shí)，拉撥過程中摩擦產(chǎn)生的熱量也足以使絲的表面氧化。絲的表面氧化會(huì)使其力學(xué)、電、磁和耐腐蝕性惡化，從而影響到絲的應(yīng)用性能。因此，拉撥制造高稀土含量的合金細(xì)絲，至今尚無合適的工藝方法。制造低稀土含量(Re＜5％)的合金細(xì)絲，又因處理氧化皮等工序而使工藝更加復(fù)雜化，成品絲收率低，拉絲的合金對(duì)材質(zhì)又要求嚴(yán)格，故拉撥制造限制了稀土合金絲材的生產(chǎn)及其開發(fā)應(yīng)用。日本特公昭62-27538報(bào)導(dǎo)了關(guān)于用旋轉(zhuǎn)水中紡絲法，直接從熔融態(tài)金屬射流進(jìn)入旋轉(zhuǎn)水中固化成絲，制備直徑小于0.3毫米的Fe-Si-B系和Co-Si-B系金屬絲及直徑小于(等于)0.2毫米的非晶態(tài)金屬絲。該方法簡單易行，成絲率高。但它僅能制備類金屬總含量大于20％的非晶態(tài)金屬絲和銀等低熔點(diǎn)金屬絲，而不能制備高稀土含量、高熔點(diǎn)、易氧化的非晶、微晶金屬(含鋼)合金絲。本發(fā)明的目的在于克服了上述的噴絲的方法中不適于熔流在空氣中易氧化合金的制絲工藝，提出了一種直接從熔態(tài)合金噴鑄各種高稀土含量的晶態(tài)和非晶態(tài)稀土合金細(xì)絲的工藝及其裝置。本發(fā)明的細(xì)絲可通過不同比率的某些組成成份和基質(zhì)組成成份，尤其是Si、B、Re、Nb、y與Fe、Co、Ni基質(zhì)混合而制得。絲的直徑φ0.05～2.5毫米，絲的橫截面圓度≤96％，絲的線性均勻度≤96％。由于合金絲的表面形狀和高強(qiáng)度、高彈性，優(yōu)異的磁性能及耐腐蝕性而具有廣泛的用途。高稀土含量合金是優(yōu)秀的永磁材料，高稀土合金細(xì)絲對(duì)開發(fā)微型永磁體具有重要意義。稀土Sm、Tb、Dy與Fe的合金是超磁致伸縮材料，該合金系的非晶線材磁致伸縮系數(shù)可達(dá)到10數(shù)量級(jí)，可以制成微型傳感器、換能器等。低稀土含量的Fe、Co、Ni合金絲，具有優(yōu)良的軟磁效應(yīng)，F(xiàn)e基、Fe-Ni基非晶絲具有無顫動(dòng)尖銳電壓脈沖即Matteucci效應(yīng)。Co-Fe基非晶絲具有零磁伸效應(yīng)，是優(yōu)秀的軟磁合金。利用以上各種性能，可以做成轉(zhuǎn)速、壓力、流量、微位移等各種高靈敏度傳感器。本發(fā)明的晶態(tài)和非晶態(tài)合金絲，主要含有下列通式的合金組份TwSiaBbCcRedMeM′f(I)W+a+b+c+d+e+f＝100％，其中0＜a＜15％，0＜b＜25％，0＜a+b＜35％，0＜e＜2％；T是一種或多種過渡族金屬Fe、Co、Ni；W＝1-a-b-c-d-e-f；Re是一種或多種稀土金屬La、Ce、Nd、Sm、Tb、Dy，其中0.01＜d＜70％；M是Nb或y，其中0.005＜e＜60％；M′是一種或多種下列金屬Cu、Zn、V、Ti、Cv、Mn和AI，其中0＜f＜65％。上述通式(I)中T成份元素可適當(dāng)變化，便可提供不同性能和用途的合金細(xì)絲。當(dāng)T為Fe，且不加M′時(shí)，可獲得通式(II)所示的合金絲FewSiaBbCcRedMe(II)W+a+b+c+d+e＝100％，Si、B、C、Re和M所代表的元素和式(I)中相同，其組份如上述，其中0.05＜e＜10％。當(dāng)F為Co，M為Nb，且不加M′時(shí)，可獲得通式(III)所示的合金絲CowSiaBbCcRedMe(III)其中0.5＜e＜10％，其他所有符號(hào)的意義均和式(I)中所述相同。上述通式(II)、(III)中，如果部分Fe、Co元素代之以Ni元素，且加入M和M′，則可獲得通式(VI)所示的合金絲FewCow′Niw″SiaBaCcRedMeM′f(VI)其中0＜w＜80％，0＜W′＜70％，0＜w″＜35％，0＜e＜60％，0＜f＜65％其他所有符號(hào)的意義均和式(I)相同。生產(chǎn)上述本發(fā)明的晶態(tài)和非晶態(tài)合金絲的工藝方法是利用本發(fā)明設(shè)計(jì)的金屬細(xì)絲噴鑄裝置，在惰性氣體保護(hù)下，氣壓噴鑄熔融金屬流進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的冷卻液中固化成絲。其工藝條件為合金噴射溫度高于合金熔點(diǎn)50～250℃，噴絲氣壓0.005～0.7MPa，轉(zhuǎn)筒速度4～15m/s，坩堝噴嘴孔徑0.05～1.0mm，冷卻液厚度5～35mm，噴嘴距冷卻液面距離1～20mm，坩堝傾斜角0～30°。為實(shí)施本發(fā)明所述的工藝方法而設(shè)計(jì)一套金屬細(xì)絲的噴鑄裝置，它包括冷卻、保護(hù)镕鑄、機(jī)械調(diào)整和自動(dòng)控制四部分。冷卻系統(tǒng)是由直流電機(jī)[2]、傳動(dòng)皮帶[3]、旋轉(zhuǎn)軸[4]、旋轉(zhuǎn)筒[6]和冷卻液[7]組成。旋轉(zhuǎn)軸[4]一端通過傳動(dòng)皮帶[3]與電機(jī)[2]轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，另一端與旋轉(zhuǎn)筒[6]外底盤中心垂直固定連接，由軸承座[5]支撐與電機(jī)[2]同固定在地基座[1]上。保護(hù)熔鑄系統(tǒng)是由氣體保護(hù)罩[8]、惰性氣體進(jìn)口管[9]、石英坩堝[10]和感應(yīng)線圈[11]組成。石英坩堝[10]上口由密封塞與惰性氣體進(jìn)口管[9]連通，石英坩堝中下部外圍纏繞有若干匝感應(yīng)線圈[11]，石英坩堝底端開有噴嘴，石英坩堝上部與氣體保護(hù)罩[8]上蓋用銅與真空橡皮圈開啟和密封，氣體保護(hù)罩[8]下端設(shè)有一開口，并由電動(dòng)插板閥[18]開啟和關(guān)閉，坩堝噴嘴和氣體保護(hù)罩下端開口直對(duì)、且為同一軸線。機(jī)械調(diào)整系統(tǒng)是由坩堝傾斜角定位裝置[12]、橫向螺桿[13]、縱向螺桿[14]、手動(dòng)手把[15]和前后滑動(dòng)軌[17]組成。傾斜角定位裝置[12]一側(cè)與石英坩堝[10]上端為夾緊聯(lián)接，另一側(cè)與橫向螺桿[13]固定聯(lián)接，縱向螺桿[14]的下端與自控箱[16]固定聯(lián)接，自控箱[16]由滑動(dòng)軌[17]支撐并前后滑動(dòng)聯(lián)接。用本發(fā)明的噴鑄裝置噴制金屬細(xì)絲的工藝過程是用直流電機(jī)以予選定的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)筒——將冷卻液注入旋轉(zhuǎn)筒，利用離心力在旋轉(zhuǎn)筒內(nèi)表面形成液體層——調(diào)整轉(zhuǎn)筒速度和冷卻液厚度——打開石英坩堝上蓋密封塞，向坩堝內(nèi)裝入噴鑄用合金原料，壓緊上蓋密封——調(diào)整坩堝空間位置(即坩堝傾斜角、坩堝噴嘴距冷卻液面的距離)——開啟充壓氣體保護(hù)裝置，打開氣體保護(hù)罩下端的插板閥，分別將坩堝內(nèi)和氣體保護(hù)罩內(nèi)空氣趕出，并維持一定氣壓——開啟電氣加熱熔料，調(diào)整坩堝內(nèi)的充壓氣壓，讓高于熔點(diǎn)的熔融金屬流，在惰性氣體保護(hù)和壓力下射流進(jìn)入旋轉(zhuǎn)筒冷卻液中冷卻固化成絲。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是(1)利用本發(fā)明的配方、工藝和噴射裝置可生產(chǎn)出各種晶態(tài)和非晶態(tài)稀土合金細(xì)絲和其他合金細(xì)絲，其絲的斷面圓度≥93％，線性均勻度≥92％，絲的表面明亮光滑。(2)本發(fā)明的金屬細(xì)絲噴射裝置設(shè)有熔料和噴鑄過程中惰性氣體保護(hù)，且熔料感應(yīng)圈與氣體保護(hù)裝置為一體，機(jī)械調(diào)整和自動(dòng)控制相結(jié)合，結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、功能全，造價(jià)低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。附圖為合金細(xì)絲噴鑄裝置示意圖。噴鑄合金細(xì)絲的工藝過程是啟動(dòng)直流電機(jī)[2]由傳動(dòng)皮帶[3]驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸[4]和旋轉(zhuǎn)筒[6]以予選定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，將冷卻液[7]注入旋轉(zhuǎn)筒[6]內(nèi)表面形成液體層，調(diào)定轉(zhuǎn)筒速度和冷卻液厚度。打開石英坩堝[10]上蓋密封塞，向坩堝內(nèi)裝入接組份配置的合金料，壓緊上蓋密封，調(diào)整坩堝[10]的空間位置，即調(diào)整手動(dòng)手把[15]、縱向螺桿[14]、橫向螺桿[13]和滑動(dòng)軌[17]，將坩堝[10]移至旋轉(zhuǎn)筒[6]內(nèi)冷卻液面上方，再調(diào)整坩堝傾斜角定位裝置[12]，使坩堝軸線與垂線成一定角度，坩堝噴嘴距冷卻液面一定距離。開啟充壓氣體保護(hù)裝置，打開插板閥[18]，將惰性氣體由進(jìn)口管[9]和[19]充入坩堝[10]和氣體保護(hù)罩[8]內(nèi)，趕出空氣，維持一定氣壓。開啟電氣、加熱熔料，調(diào)整坩堝內(nèi)的充壓氣壓，讓高于熔點(diǎn)的熔融金屬流，在惰性氣體保護(hù)和壓力下射流進(jìn)入旋轉(zhuǎn)筒[6]冷卻液[7]中冷卻固化成絲。實(shí)施例一，式(II)合金的制備及金屬細(xì)絲的噴鑄，其合金成份(％)Si≤10％，B≤25％，0≤Si+B≤35％，0.01≤Re(Ce、Nd、Sm、Tb、Dy)≤70％，0.05≤Nb或y≤10％，余量為Fe。其工藝條件為噴射溫度高于合金熔點(diǎn)100℃，噴絲氬氣氣壓0.1～0.7MPa，旋轉(zhuǎn)筒旋轉(zhuǎn)速度5～10m/s，坩堝噴管孔徑0.1～1.0mm，冷卻液面厚度15～35mm，坩堝傾斜角0～30°，噴嘴距冷卻液面距離1～20mm。用X—射線德拜照像和透射電鏡電子衍射方法鑒定該批實(shí)施例和比較例結(jié)晶和非晶結(jié)構(gòu)，所獲非晶態(tài)細(xì)絲的直徑≤0.15mm，晶態(tài)細(xì)絲直徑0.5～0.15mm。實(shí)施例1～12，比較例1～4，7，9，11和12列于表1為Re-Fe合金金制絲實(shí)施比較例。從表1可以看出，硅和硼的總量＞35％的各類合金成絲能力低，全部噴成珠狀顆粒(如1號(hào)實(shí)驗(yàn)樣)。加入鈰、鈮或釔的鐵硅硼合金，Ce≤5.5％，Nb或y≤10％，可獲得連續(xù)光滑的非晶態(tài)圓截面絲(如2，4，6號(hào)實(shí)驗(yàn)樣)。實(shí)驗(yàn)樣7～13號(hào)，17，18號(hào)都是硅和硼含量為微量的稀土鐵合金，當(dāng)噴管孔徑＞0.5mm時(shí)，合金不能形成連續(xù)的光滑絲(如11號(hào)實(shí)驗(yàn)樣)；噴管孔徑≤0.2mm均成連續(xù)光滑的非晶態(tài)絲(如8，9，13，16，18號(hào)實(shí)驗(yàn)樣)。實(shí)驗(yàn)樣14～16，19和20號(hào)為加入硼的合金，當(dāng)稀土含量＞70％時(shí)，不能噴制成合金絲(如實(shí)驗(yàn)樣14和19號(hào))。實(shí)施例二，式(III)合金的制備及金屬細(xì)絲的噴鑄，其合金成份(％)Si≤10％，B≤25％，0≤Si+B≤35％，0.005≤Re(Ce、Sm、Tb、Dy)≤70％，0.5≤Nb或y≤10％，余量為Co。其工藝條件為噴射溫度高于合金熔點(diǎn)70℃，噴絲氬氣氣壓0.1～0.5MPa，噴管孔徑0.1～1.0mm，其他同實(shí)施例一。所獲絲直徑≤0.2mm為非晶態(tài)絲，絲直徑＞0.2mm為微晶合金絲。實(shí)施例13～24號(hào)，比較例13～16，19，20，23，24號(hào)列于表2為Re-Co合金系制絲實(shí)施比較例。從表2可以看出，與Re-Fe合金實(shí)驗(yàn)樣相同，硅和硼的總量＞35％的各類合金成得能力低，全部噴成珠狀顆粒(如比較例13號(hào))。加入鈰、鈮或釔的鈷硅硼合金，Ce≤5.5％，Nb≤5％或y≤10％，可獲得連續(xù)光滑的圓截面絲(如實(shí)施例13，15號(hào))。當(dāng)噴管孔徑≤0.2mm時(shí)為非晶絲(如實(shí)施例13，15號(hào))。實(shí)驗(yàn)樣27～33，37，38號(hào)都是含硅硼微量的稀土鈷合金，當(dāng)噴管孔徑＞0.5mm時(shí)，合金不能形成連續(xù)的光滑絲(如比較例19號(hào))；噴管孔徑≤0.2mm均成連續(xù)光滑的非晶態(tài)絲(如實(shí)施例16，17，20，23)。其余的實(shí)施比較例為加入硼的稀土鈷合金，當(dāng)噴管孔徑＞0.5mm，稀土含量＞70％情況下，絲的圓度、線性均勻急速下降，以至合金噴成珠狀顆粒(如比較例21，23，24號(hào))。實(shí)施例三，式(VI)合金的制備和金屬細(xì)絲的噴鑄，其合金成份(％)為0≤Si≤10％，0≤B≤25％，0≤Si+B≤35％，0≤C≤2％0＜Re(Ce、Nd、Sm、Tb、Dy)≤70％，0＜w＜80％，0＜w′＜70％，0＜w″＜35％，0＜e＜60％，0＜f＜65％，其工藝條件同前。實(shí)驗(yàn)樣41～64號(hào)列表3為其他合金系制絲實(shí)施比較例。表1</table></tables>表2Re-Co合金系制絲實(shí)施比較例權(quán)利要求1.一種晶態(tài)和非晶態(tài)合金絲，其特征在于含有下列通式的合金組份TwSiaBbCcRedMeM′f(I)W+a+b+c+d+e+f＝100％，其中0＜a＜15％，0＜b＜25％，0＜a+b＜35％，0＜c＜2％；T是一種或多種過渡族金屬Fe、Co、Ni；W＝1-a-b-c-d-e-f；Re是一種或多種稀土金屬La、Ce、Nd、Sm、Tb、Dy，其中0.01＜d＜70％；M是Nb或y，其中0.005＜e＜60％；M是一種或多種下列金屬Cu、Zn、V、Ti、Cv、Mn和AI，其中0＜f＜65％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶態(tài)和非晶態(tài)合金絲，其特征在于所述的合金組份具有下列通式FewSiaBbCcRedMe(II)W+a+b+d+e＝100％，Si、B、C、Re和M所代表的元素和式(I)中相同，其組份如上述，其中0.05＜e＜10％。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶態(tài)和非晶態(tài)合金絲，其特征在于所述的合金組份具有下列通式CowSiaBbCcRedMe(III)其中0.5＜e＜10％，其他所有符號(hào)的意義均和式(I)中所述相同。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶態(tài)和非晶態(tài)合金絲，其特在于所述的合金組份具有下列通式FewCow′Niw″SiaBbCcRedMeM′f(VI)其中0＜w＜80％，0＜W′＜70％，0＜w″＜35％，0＜e＜60％，0＜f＜65％其他所有符號(hào)的意義均和式(I)相同。5.一種生產(chǎn)上述晶態(tài)和非晶態(tài)合金絲的工藝方法，其特征在于在惰性氣體保護(hù)下，氣壓噴鑄熔融金屬流進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的冷卻液中固化成絲，其工藝條件為合金噴射溫度高于合金熔點(diǎn)50～250℃，噴絲氣壓0.005～0.7MPa，轉(zhuǎn)筒速度4～15m/s，坩堝噴嘴孔徑0.05～1.0mm，冷卻液厚度5～35mm，噴嘴距冷卻液面距離1～20mm，坩堝傾斜角0～30°。6.為實(shí)施權(quán)利要求5所述的工藝方法而設(shè)計(jì)一套金屬細(xì)絲的噴鑄裝置，它包括冷卻、保護(hù)熔鑄、機(jī)械調(diào)整和自動(dòng)控制四部分，其特征在于(1)冷卻系統(tǒng)是由直流電機(jī)[2]、傳動(dòng)皮帶[3]、旋轉(zhuǎn)軸[4]、旋轉(zhuǎn)筒[6]和冷卻液[7]組成，旋轉(zhuǎn)軸[4]一端通過傳動(dòng)皮帶[3]與電機(jī)[2]轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接，另一端與旋轉(zhuǎn)筒[6]外底盤中心垂直固定連接，由軸承座[5]支撐與電機(jī)[2]同固定在地基座[1]上；(2)保護(hù)熔鑄系統(tǒng)是由氣體保護(hù)罩[8]、惰性氣體進(jìn)口管[9]、石英坩堝[10]和感應(yīng)線圈[11]組成，石英坩堝[10]上口由密封塞與惰性氣體進(jìn)口管[9]連通，石英坩堝中下部外圍纏繞有若干匝感應(yīng)線圈[11]，石英坩堝底端開有噴嘴，石英坩堝上部與氣體保護(hù)罩[8]上蓋用銅與真空橡皮圈開啟和密封，氣體保護(hù)罩[8]下端設(shè)有一開口，并由電動(dòng)插板閥[18]開啟和關(guān)閉，坩堝噴嘴和氣體保護(hù)罩下端開口直對(duì)、且為同一軸線；(3)機(jī)械調(diào)整系統(tǒng)是由坩堝傾斜角定位裝置[12]、橫向螺桿[13]、縱向螺桿[14]和前后滑動(dòng)軌[17]組成，傾斜角定位裝置[12]一側(cè)與石英坩堝[10]為夾緊聯(lián)接，另一側(cè)與橫向螺桿[13]固定聯(lián)接，縱向螺桿[14]的下端與自控箱[16]固定聯(lián)接，自控箱[16]由滑動(dòng)軌[17]支撐并前后滑動(dòng)聯(lián)接。全文摘要本發(fā)明合金細(xì)絲含必要的具有通過(1)的合金組分TwSiaBbCcRedMeM′f(1)W+a+b+c+d+e+f＝100％，其中0＜a＜15％，0＜b＜25％，0＜a+b＜35％，0＜c＜2％；本發(fā)明合金細(xì)絲是在惰性氣體保護(hù)下，利用本發(fā)明的噴鑄裝置，氣壓噴鑄熔態(tài)金屬流進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的冷卻液中固化成絲；該合金絲表面形狀和高強(qiáng)度、高彈性，優(yōu)異的磁性能及耐腐蝕性而具有廣泛的用途。文檔編號(hào)H01F1/032GK1165061SQ9610750公開日1997年11月19日申請(qǐng)日期1996年5月9日優(yōu)先權(quán)日1996年5月9日發(fā)明者梁乃茹,孫曉華申請(qǐng)人:冶金工業(yè)部包頭稀土研究院