[發明專利]一種非晶合金纖維的制備方法及實現該制備方法的設備

在審

• 申請號: 201410018478.7
• 申請日: 2014-01-15
• 公開（公告）號: CN104772361A
• 公開（公告）日: 2015-07-15
• 發明（設計）人: 滿其奎;強健;常春濤;王新敏;李潤偉
• 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: B21C37/04
• 分類號: B21C37/04;C22C45/00
• 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

本發明屬于非晶態合金領域，具體涉及一種非晶合金纖維的制備方法及實現該制備方法的設備。

背景技術

1960年，美國科學家Duwez首次用噴槍冷卻的方法制備出了Au₇₅Si₂₅非晶合金（W.Klement,R.H?Wilens,and?P.Duwez,Nature.,181(1960)869-870），從此人類開始接觸非晶合金，并且借助現代科學的理論以及實驗手段，認識到非晶合金因沒有晶界等缺陷而具有傳統晶態合金材料所不具有的優異性能，比如：高斷裂強度、高硬度、高耐磨性能以及高的耐腐蝕能力。除此之外，某些Fe基、Co基或Ni基的非晶合金還表現出優異的磁性能。例如，Fe基及Co基非晶絲的巨磁阻抗效應因其在傳感器方面的應用前景而成為近十幾年的研究熱點。

目前，非晶裸絲的制備多由快冷方法制備而成，主要包括內圓水紡法和熔融抽拉法等。其中，能夠連續制備且研究較為深入的是內圓水紡法，并且內圓水紡絲已在防盜標簽和磁敏傳感器等方面獲得實際應用。

然而，內圓水紡絲的一致性較差，絲的表面易存在小的突起。為了改善其表面質量，提高絲材的均一性，通常需要對制備態的內圓水紡絲進行進一步冷拔處理。但是，冷拔工藝仍存在很多不足：首先，非晶合金常溫下的塑性通常較小，通過單次冷拔加工后絲材的斷面收縮率有限，這就意味著若制備相對較細的絲材需要經過多次工序；其次，受到拉絲模的限制，冷拔絲的直徑通常很難小于30μm，因而至今很難制備更細的非晶纖維；另外，冷拔過程所施加的軸向應力會使絲材產生較大的各向異性，甚至會使絲材表面出現滑移線。

隨著電子與信息技術的發展，磁性非晶纖維已廣泛應用于超市和圖書的防盜標簽、磁傳感器和應力傳感器中，并且在吸波隱身涂層、基體彌散強化材料、微波選通、微波無損檢測、磁性ID標簽和智能輪胎傳感器等領域有著巨大的應用前景。由此可見，制備超細且均勻的非晶纖維將會對非晶應用市場的發展產生積極影響。

發明內容

本發明的技術目的是針對上述現有的非晶纖維制備方法的不足，提供一種制備非晶合金纖維的新方法，該方法簡單易行、成本低，能夠制得直徑細小的非晶合金纖維，并且一致性較好。

為了實現上述技術目的，本發明人利用了非晶合金材料的金屬玻璃特性-超塑性，即：正如氧化物玻璃加熱到軟化溫度以上，可以通過壓制、吹制、壓延、拉制等多種熱塑成型方法制備形狀各異的制品，金屬玻璃加熱到玻璃轉變溫度與初始晶化溫度之間，達到軟化溫度以上時，也具有超塑性成型能力，也就是說金屬玻璃可以在過冷液相區產生大的塑性變形而保持原有的性能不變。

具體而言，本發明的技術方案為：一種非晶合金纖維的制備方法，該方法利用非晶合金材料的超塑性，將其加工成形為非晶合金纖維，具體為：將非晶合金材料，例如非晶合金棒材、絲材或帶材等的一端固定，另一自由端與外力施加裝置相連，兩端中間設置加熱裝置，用于加熱該非晶合金材料，當非晶合金材料的溫度升高至玻璃轉變溫度與初始晶化溫度之間，即位于過冷液相區寬度內，并且達到軟化溫度時，啟動外力施加裝置緩慢拉動自由端，非晶合金材料產生超塑性變形，得到非晶纖維。

過冷液相區寬度是該非晶合金材料超塑性成型能力的重要衡量指標之一。過冷液相區越寬，過冷液體就具備更高的熱穩定性，非晶合金材料就可以在更寬溫度和更長時間范圍內進行超塑性加工成形。同時，寬的過冷液相區還可以使材料獲得更小的成型黏度。因此，本發明的制備方法更加適用于具有寬過冷液相區的非晶合金材料。一般而言，該冷液相區寬度在40K以上為宜。

在本課題組之前的研究中發現，具有分子式Co_aFe_bNb_cM_dB_e的鐵磁性非晶纖維具有較寬的過冷液相區，其值能夠超過100K，甚至達到130K，其中M是Eu、Ho、Tm和Yb四種元素中的任意一種，a、b、c、d、e為原子的摩爾含量，24≤a≤56，6≤b≤38，4≤c≤8，0≤d≤5，26≤e≤31，并且a+b+c+d+e=100。因此，該體系的非晶材料適用于本發明的方法制備非晶纖維。

上述制備方法中，非晶合金材料的制備方法不限。

一般而言，非晶合金棒材采用如下步驟制得：

步驟1：按照非晶合金的分子式對各元素及其原子摩爾含量進行配料；

步驟2：在惰性氣氛保護的電弧爐中，將步驟1中所配原料混合、多次熔煉，冷卻后得到母合金鑄錠；