[發明專利]一種合金快速凝固設備及其自動控制方法

有效

• 申請號: 201310398833.3
• 申請日: 2013-09-03
• 公開（公告）號: CN104416162A
• 公開（公告）日: 2015-03-18
• 發明（設計）人: 林旻;李東;閆阿儒
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: B22F9/08
• 分類號: B22F9/08
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 單英

技術領域

本發明涉及使熔融合金快速凝固的冶金設備技術領域，尤其涉及一種采用旋轉冷卻輥凝固的冶金設備，適用于顆粒或條帶狀金屬合金粉末的批量制造加工。

背景技術

金屬合金的制造過程通常包括組分配比、熔煉、凝固、熱處理等過程。其中合金熔煉是將具有一定成分和配比的原材料熔化，并除去其中雜質的工藝。金屬合金由液態向固態轉變稱為凝固，是一種相變過程。在多數情況下，金屬凝固是晶體或晶粒的生成和長大的過程。某些金屬合金在快速凝固（每秒約一百萬度）條件下，可以形成具有無定形結構的非晶態金屬。金屬凝固過程還伴隨著體積變化、氣體脫溶和元素偏析等現象，故該過程不但決定合金的結構、組織和性能，而且還影響后期的塑性加工和熱處理。

按照抗氧化能力的不同，合金的熔煉和凝固可在空氣、惰性氣氛保護或真空中進行，如銅合金或鎳合金就可以在空氣中進行，而稀土合金、鎂合金等就必須在真空或惰性氣氛保護的熔煉爐中進行。合金的凝固過程中所用的冷卻介質包括砂模、金屬模、冷卻液、冷卻輥等。其中，將熔融合金傾倒或噴射在旋轉的冷卻輥上，通過調節合金液流的流速、冷卻輥的旋轉速度等工藝參數，可以獲得條帶狀、針狀或顆粒狀的金屬合金粉末。一般地，冷卻輥為中空的金屬輪盤，其中可以通水、油或其他冷卻液以便加強散熱。冷卻輥的安裝形式可以分為單輥、雙輥或平面盤三種形式。其中單輥形式由于機械控制部分少、操作可靠、經濟型好和便于維護等優點，應用最廣泛。

專利號為ZL200810060511.7的中國發明專利《一種各向異性復相稀土永磁快淬帶的制備方法》披露了一種各向異性復相稀土永磁快淬帶的制備方法，在輥面形成一層具有（0002）面織構的鈷或鈷的固溶體，復相稀土永磁材料的硬磁相R₂T₁₄M在快淬凝固過程中易磁化軸取向受到具有織構輥面的誘導。

公開號為CN101722311A的中國發明專利《感應溢流快淬法與設備》披露了一種用于生產快淬釹鐵硼磁粉的感應溢流快淬方法與設備，采用中頻感應加熱，將原料或釹鐵硼合金錠熔化成合金液，然后以一定的速度傾倒在一個特殊設計的中間包內，合金通過中間包的溢流口至一個高速旋轉的水冷鉬輪或銅輪上，快速冷卻形成釹鐵硼快淬薄帶。

公開號為CN1517659A的中國發明專利《真空熔煉速凝爐》披露了一種用于生產釹鐵硼稀土永磁合金材料及稀土儲氫合金材料的真空熔煉速凝爐，包括真空系統、真空爐殼、感應加熱器線圈、坩堝、中間包和轉輪，其特征在于真空爐殼內的轉輪側面設有滾筒，滾筒外壁包覆冷卻裝置。

上述專利所涉及的設備或工藝，均是將熔融的合金噴射或傾倒在冷卻輥上快速凝固，冷卻輪盤的線速度、噴射壓力、傾倒速度等參數可以調節。但是，上述設備及工藝普遍存在以下不足之處：

（1）一方面由于噴射或傾倒的合金液的面寬必須小于冷卻輪盤的面寬，否則起不到預想快速凝固的效果；另一方面由于在澆注冷卻過程中，冷卻輥位置以及合金液澆注在冷卻輪盤的位置通常均固定，因此當合金液澆注在冷卻輥時，由于高溫液流的沖擊，很容易使冷卻輪盤中合金液所澆注的位置處產生磨損，出現一圈圈的劃痕，嚴重時甚至產生坑洼，而冷卻輪盤中合金液未澆注的位置部分卻保持完好。這就導致冷卻輪盤面質量不均勻，從而導致在不同的澆注過程中由于合金液接觸的冷卻輪盤面狀態不一致而造成冷卻效果以及產品質量不同。為此，專利號為ZL92105431.9的中國發明專利《真空快淬爐》設計了刷輪和清掃器，試圖提高快淬輥的光潔度和清潔，但是并未從根本上減少此類現象的產生。