單輥熔體急冷

單輥熔體急冷(quenching of meltby singleroller)是將熔融合金噴向高速旋轉的冷卻輥表面，噴射時在輥面上形成一個動平衡熔潭，熔融合金快速固化形成連續的非晶或微晶條帶的方法。

基本介紹

• 中文名：單輥熔體急冷
• 外文名：quenching of meltby singleroller
• 工藝參數：噴射壓力P，冷卻輥表面線速度v
• 工藝流程分類：實驗室型  工業生產型
• 學科：材料工程
• 領域：工程技術

設備結構原理

單輥熔體急冷法是製備鋁基非晶合金的最常用方法之一，其設備結構示意圖見圖1。母合金在坩堝內用高頻加熱法熔化，達到熔融合金溫度T_m，然後通入惰性氣體或氮氣，其坩堝內壓力P_E大於大氣壓，使熔融合金從噴口噴出，經過噴口與輥之間的間隙δ。達到快速旋轉的輥面，迅速冷凝，形成連續薄帶，然後藉助離心力拋離輥面完成一次噴鑄過程需數秒到數十秒。該法從實驗室到工業生產套用最為廣泛，設備較為簡單，操作方便，效率較高。

圖1

工藝參數

單輥熔體急冷方法的主要工藝參數有：噴射壓力P，冷卻輥表面線速度v；噴射距離D，液流的噴射傾角a等。調整和控制好這些相互關聯的工藝參數，才可能獲得優質的非晶態合金。一般熔體噴射溫度可控制在熔點以上10~200℃；噴射壓力為4.9×10⁴～9.6×10⁵Pa；噴管與輥面的法線約成14度角；輥面線速度為10～35m/s。噴射時，噴嘴距輥面距離要儘量小，最好小到與條帶的厚度相近。輥子的材料可為鈹青銅或紫銅，也可用不鏽鋼。噴嘴通常用石英管制作，如熔化高熔點合金或大量生產時，亦可採用氮化硼等陶瓷耐火材料。如需製備活性元素(如鈦，錸等)的合金條帶，則整個過程應在真空或惰性氣氛中進行，條頻寬度可通過噴嘴的形狀和尺寸來控制(其形狀可為圓孔、長方孔或排孔)。

工藝流程

單輥急冷方法的工藝流程大致可分兩類：

實驗室型

母合金冶煉一澆鑄成型一裝入帶噴嘴的坩堝中熔化一噴射到高速旋轉的冷卻輥上固化一帶輥分離一帶材自然堆積一卷取。

工業生產型

母合金熔煉一中間包一由噴嘴噴射到高速旋轉的冷卻輥上一帶輥分離一自動同步卷取。

總結

在快速凝固技術中，實驗測量冷卻速率困難太大，通過二次枝晶間距與冷卻速率的定量數學關係推算其冷卻速率。而在採用快速凝固技術製備非晶時，由於非晶的微觀組織不存在枝晶，當然也無法測量二次枝晶間距，其冷卻速率更是只能進行外推與模擬。