Аморфные материалы (835546), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

Для производства тонкойпроволоки используются методы экструзии расплава, вытягивания38расплава в стеклянном капилляре и ряд других. Ниже будут опи­саны особенности различных методов закалки из жидкого состоя­ния.Получение тонких пластинокМетоды изготовления аморфных металлов в виде пластинокмассой до нескольких сот миллиграммов применяются для получе­ния образцов для экспериментов по определению некоторых фи­зических свойств.

Практическое использование этих образцов ог­раничено из-за их неопределенной и нерегулируемой формы. Однакопреимуществом этих методов является возможность достижениявысоких скоростей охлаждения (до 109°С/с), что позволяет аморфизировать сплавы в широком диапазоне составов. Принципиаль­ные схемы различных методов получения мелких пластин показа­ны на рис.

2.5. Такие пластинки образуются при выстреливанииРис. 2.5. Методы получения тонких пластинок:а — метод выстреливания; 1 — газ под давлением; 3 — камера низ­кого давления; 4 — капля расплава; 5 — холодильник;6 — метод молота и наковальни; 1 — газ под давлением; 2 — каплярасплава; 3 и 4 — плиты (молот и наковальня); 5 — холодильник;в — метод экстракции расплава (вращающейся катапульты); 1 —капля расплава; 2 — холодильникнебольших капель расплавленного металла и сплава либо при по-/мощи газа под давлением, либо механическим путем на меднуюохлаждаемую плиту (холодильник).Получение тонкой лентыТонкие непрерывные аморфные ленты необходимы не толькодля определения физических свойств аморфных металлов. Такиеленты с регламентированной формой имеют весьма разнообразныепрактические применения.

Здесь можно выделить три основные39метода: центробежной закалки, закалки на диске и прокатки рас­плава между двумя валками. На рис. 2.6 приведены принципиаль­ные схемы этих методов. Общим для них является, во-первых,плавление металла при электрическом или индукционном нагреве,и, во-вторых, выдавливание расплава из сопла под действием га­за и затвердевание его при соприкосновении с поверхностью вра­щающегося охлаждаемого тела (холодильника).

Различие состоитв том, что в методах центробежной закалки и закалки на дискерасплав охлаждается только с одной стороны. Основной пробле­мой является получение достаточной степени чистоты внешнейповерхности, которая не соприкасается с холодильником. Методпрокатки расплава позволяет получить хорошее качество обеихРис. 2.6. Методы получения тонкой ленты путем закалки из расплава:а — центробежная закалка; б — закалка на диске; в — прокатка расплава;г — центробежная закалка; д — планетарная закалка на дискеповерхностей ленты1, так как они одновременно охлаждаются, ноуправлять процессом в этом случае довольно сложно. Для каждо­го метода имеются свои ограничения по размерам лент, посколькуесть различия и в протекании процесса затвердевания, и в аппара­турном оформлении методов.

Если при центробежной закалке ши­рина ленты составляет < 5 мм, то прокаткой получают ленты ши­риной 10 мм и более. Метод закалки на диске, для которого требу­ется более простая аппаратура, позволяет в широких пределах из­менять ширину ленты в зависимости от размеров плавильных тиг­лей. Данный метод позволяет изготавливать как узкие ленты ши­риной 0,1—0,2 мм, так, и широкие — до 10 мм, причем точностьподдержания ширины может быть ± 3 мкм. Разрабатываются ус­тановки с максимальной вместимостью тигля до 50 кг.Во всех установках для закалки из жидкого состояния (рис.2.6) металл быстро затвердевает, растекаясь тонким слоем по по­верхности вращающегося холодильника. При постоянстве составасплава скорость охлаждения зависит от толщины расплава и ха­рактеристики холодильника.

Толщина расплава на холодильникеопределяется скоростью его вращения и скоростью истечения рас­плава, что, в свою очередь, зависит от диаметра сопла и давленияна расплав. Для различных сплавов скорость охлаждения зависит1 Это особенно важно для аморфных лент, используемых для головок маг­нитной записи. Прим.

ред.40также и от свойств самого расплава (теплопроводности, теплоем­кости, вязкости, плотности). Кроме того, важным фактором явля­ется коэффициент теплопередачи между расплавом и находящим­ся в контакте с ним холодильником.При сближении выстреливаемого из сопла расплава при темпе­ратуре Ti с холодильником, имеющим температуру Т0, процесс те­плопередачи между расплавом толщиной i и холодильником можно,в зависимости от величины коэффициента теплопередачи h, отне­сти к одному из следующих трех типов [11].а. Идеальное охлаждение: холодильник и расплав входят в иде­альный тепловой контакт, сопротивление переносу тепла на границемежду ними отсутствует и h = oo.б. Медленное (ньютоновское) охлаждение: сопротивление тепло­передаче между расплавом и холодильником чрезвычайно велико —тепло не отводится от расплава и h = 0.в. Промежуточный случай: теплопередача присходит при 0 <Кривые распределения температуры по сечению расплава и хо­лодильника для этих трех случав отведены на рис.

2.7.Рис. 2.7. Процесс теплопереноса:/ — р а с п л а в ;// — холодильникОбычно считают, что реально происходит процесс, промежуточ­ный между идеальным охлаждением и медленным, ньютоновским,охлаждением, поскольку имеется конечная величина сопротивле­ния передаче тепла на границе между расплавом и холодильником.Скорость охлаждения может быть выражена какK = h(Ti —T„) lcppi,(2.1)где ср — удельная теплоемкость расплава; р — удельная масса рас­плава; t — толщина расплава.Когда расплав имеет постоянный состав, то Ti и Т0 постоянны, аскорость охлаждения пропорциональна h и обратно пропорцио­нальна t. В двух из приведенных на рис. 2.6 методах— центробеж­ной закалке и закалке на диске — жидкий расплав после плавле­ния в тигле вытягивается из него, попадает на холодильник, переме­щается по охлаждаемой поверхности холодильника, затвердеваети в виде ленты снимается с холодильника (рис.

2.8). Следовательно,процессы теплопередачи и распространения фронта затвердеваниясвязаны между собой. При этом возможны два случая.411.Предпочтительно идет процесс передачи тепла (thermaltransport): тепло отводится быстрее, чем движется расплав, и врезультате вытягивается уже затвердевшая лента. Следовательно,фронт затвердевания в этом случае расположен в верхней частирасплава на холодильнике.2.Предпочтительно идет процесс распространения момента ко­личества движения (momentum transport): расплав движется бы­стрее, чем происходит распространение тепла, а фронт затвердева­ния лежит вне холодильника.Какой же процесс будет предпочтительным при изготовленииаморфных сплавов? Если температура расплава Ti и скорость пеD1V[11 Г■ JСМЗС.//-11/---------г/(dРис.

2.8. Схема затвердеваниярасплава на движущемся х о ­лодильнике:/ — жидкий расплав; 2 — за ­твердевший расплав; 3 — коли­чество вытекающего расплаваQ = n a 2v; а — радиус струирасплаваРис. 2.9. Связьмеждутолщиной ленты t и ско­ростью идеального охла­ждения R при закалкесплава FeioNittPuBe надисках из меди ( 1), ж е­леза (2) н хрома (3 );температурарасплаваЮ00°С, диска 20°Сремещения холодильника V постоянны, ответить наможно при рассмотрении критерия Прандтля:Pr = Cpi)/k,этотвопрос( 2 .2 )где rj — вязкость; k — коэффициент теплопроводности.Если принять, что толщина расплава в процессе 1 равна tT, а впроцессе 2 — tM, критерий Прандтля Р г ~ (£ г Л м )“2- Предпола­гается, что в случае аморфных сплавов величина trftM приблизи­тельно составляет 3—4 [10], т. е.

процесс передачи тепла становит­ся предпочтительным.В момент вытягивания из круглого отверстия радиусом а струирасплава толщиной t и шириной W, если реализуется процесс пе­редачи тепла 1, выполняются соотношенияQ = WtV.(2 .3 )Как видно из схемы на рис. 2.8, Q)— количество вытекающего рас­плава (0 )= я a2v, где v — скорость истечения расплава),_ V — ско42рость перемещения холодильника. Однако, поскольку предполага­ется, что реальный процесс затвердевания представляет собой про­межуточный процесс между 1 и 2, соотношение (2.3) преобразу­ется в следующие два:W = c Qn/ V l~ n, t = Ql- n/ c V n.(2 .4 )В работе Кавеша [12] для случая закалки сплава Fe 4 dNi4oPi4B 6на медном холодильнике получено с = 0,625, п = 0 ,8 3 . Хиллманномс сотрудниками установлена связь между t и V в видеУ°>8, чтохорошо согласуется с результатом Кавеша t t x V 0’83.

Следовательно,можно считать, что скорость охлаждения R по (2.1) пропорцио­нальна Vn. Таким образом, меняя число оборотов диска, можнорегулировать скорость охлаждения и, как показано в следующемразделе, можно качественно оценить критическую толщину пленки.Рис. 2.9 иллюстрирует связь между толщиной образцов аморф­ного сплава Fe^Ni^PuBe и скоростью охлаждения при закалке надисках из различных материалов [12]. Пригодность металла какматериала для холодильника убывает в рйду Си, Fe, Сг в соот­ветствии с уменьшением коэффициента теплопередачи на границерасплава и диска. Логарифм скорости охлаждения R обратно про­порционален логарифму толщины лент.

Например, в случае мед­ного холодильника скорость охлаждения ленты толщиной 100 мкмсоставляет 7- 105°С/с. Этот пример показывает, что если критическаяскорость охлаждения данного металла, необходимая для его аморфизации при закалке из расплава, меньше 7-105°С/с, то возможнообразование аморфной ленты толщиной 100 мкм.Теперь понятно, что максимальная толщина аморфного металлазависит от его критической скорости охлаждения и возможностейустановки для закалки. Если скорость охлаждения, реализуемаяв установке, меньше критической, то аморфизации металла не про­изойдет.Получение тонкой проволокиМетоды получения тонких аморфных проволок являются до­вольно специфичными.

Получить в ходе закалки расплава тонкуюпроволоку круглого сечения методами, описанными выше, т. е. приконтакте с холодильником, невозможно. Здесь требуются особыеспособы вытягивания волокон из расплава. Известны две разновид­ности метода вытягивания волокон металлического расплава черезкруглое отверстие и далее через охлаждающую жидкость: методэкструзии расплава [12] и метод вытягивания нити из вращающе­гося барабана [13, 14].В первом методе (рис. 2.10, а) расплавленный металл протяги­вается в трубке круглого сечения через водный раствор солей. Вовтором (рис.

Характеристики

Список файлов книги