Войти
Металл (A) расплавляется индукционными катушками (I) и выталкивается давлением газа (P) в струе через небольшое отверстие в тигле (K) над прядильным барабаном (B), где он быстро охлаждается с образованием лента из аморфного материала (C) 
Прядение из расплава - это метод формования металла, который обычно используется для формирования тонких лент из металла или сплавов с определенной атомной структурой.
Некоторые важные коммерческие применения металлов, полученных формованием из расплава, включают высокоэффективные трансформаторы (трансформатор из аморфного металла ), сенсорные устройства, телекоммуникационное оборудование и силовую электронику.
Типичный процесс формования из расплава включает литье расплавленного металла путем его впрыскивания на вращающееся колесо или барабан, который охлаждается изнутри, обычно водой или жидким азотом. Расплавленный материал быстро затвердевает при контакте с большой холодной поверхностью барабана. Вращение барабана постоянно удаляет затвердевший продукт, открывая новую площадь поверхности потоку расплавленного металла, обеспечивая непрерывное производство. Полученная лента затем направляется вдоль производственной линии для упаковки или механической обработки в другие продукты.
Скорость охлаждения, достигаемая при формовании из расплава, составляет порядка 10 4 –10 6 кельвинов в секунду (К / с). Следовательно, прядение из расплава используется для разработки материалов, которые требуют чрезвычайно высоких скоростей охлаждения для образования, таких как металлические стекла. Благодаря быстрому охлаждению эти продукты имеют сильно разупорядоченную атомную структуру, которая придает им уникальные магнитные и физические свойства ( см. Аморфные металлы ).
Некоторые варианты процесса формования из расплава обеспечивают определенные преимущества. Эти процессы включают в себя литье в плоском потоке, двухвалковое формование из расплава и формование из расплава с автоматическим выбросом.
Созданная Робертом Пондом в серии связанных патентов 1958–1961 гг. (Патенты США №№ 2825108, 2910744 и 2976590), нынешняя концепция прядильщика расплава была изложена Пондом и Мэддином в 1969 году, хотя сначала жидкость была закалены на внутренней поверхности барабана. К 1976 году Либерманн и Грэм развили этот процесс как технологию непрерывного литья, на этот раз на внешней поверхности барабана. С помощью этого процесса можно непрерывно производить тонкие ленты материала, причем листы шириной в несколько дюймов коммерчески доступны.
При формовании из расплава сплав или металл сначала плавят в тигле. Затем инертный газ, обычно аргон, используется для струи расплавленного материала из сопла, расположенного на нижней стороне тигля. Образующийся поток жидкости направляется на внешнюю периферийную поверхность вращающегося колеса или барабана, который охлаждается изнутри. Внешняя поверхность барабана расположена очень близко к соплу, но не касается его. Как правило, скорость поверхности барабана должна составлять от 10 до 60 м / с, чтобы избежать образования глобул (капель) или разрыва ленты соответственно. Как только струя контактирует с поверхностью барабана, образуется небольшая лужа расплава (расплавленного материала). Из-за низкой вязкости расплава сдвиговые силы, создаваемые относительным движением поверхности барабана под расплавом, распространяются только на несколько микрон в лужу. Другими словами, только небольшая часть лужи подвержена трению от вращения барабана. Следовательно, когда барабан вращается, большая часть лужи расплава остается удерживаемой между соплом и барабаном за счет поверхностного натяжения. Однако расплав на самом дне лужи, который находится в непосредственном контакте с барабаном, быстро затвердевает в тонкую ленту. Затвердевшая лента уносится из-под сопла на поверхность барабана на угол до 10 °, прежде чем центробежная сила от вращения барабана выбрасывает ее.
Этот процесс происходит непрерывно, так как затвердевший материал удаляется из-под лужи расплава, больше жидкого материала добавляется в лужу из сопла.
Даже в базовом процессе прядения из расплава играет роль множество факторов. Качество и размеры продукта определяются тем, как машина работает и настроена. Следовательно, существует множество исследований, изучающих влияние изменений конфигурации прядильщика расплава на конкретные сплавы. Например, вот статья о конкретных условиях, которые, как было установлено, хорошо работают для формования сплавов Fe-B и Fe-Si-B из расплава.
Как правило, прядильные машины для расплава будут работать с некоторыми вариациями следующих переменных в зависимости от желаемого продукта.
Поскольку каждый материал действует по-своему, точная причинно-следственная связь между каждой из этих переменных и полученной лентой обычно определяется экспериментально. Существуют и другие, менее часто настраиваемые переменные, но их влияние на окончательные размеры и структуру ленты не все документировано.
Вокруг прядения из расплава были разработаны различные процессы и технологии, которые обеспечивают преимущества для промышленных применений и консистенцию продукта.
Литье в плоском потоке (PFC) - это широко используемый процесс формования из расплава для промышленного изготовления широких металлических листов стекла. Основная модификация этого процесса состоит в том, что для выброса расплава из тигля используется более широкое сопло. В результате лужа расплава покрывает большую площадь барабана, который, в свою очередь, образует большую площадь ленты. ПФУ обычно разливают в вакууме, чтобы избежать окисления расплавленного материала, которое может повлиять на качество получаемого продукта. Ленты шириной до 200 мм были получены в промышленности с использованием PFC.
При двухвалковом прядении из расплава вместо одного используются два ролика или барабана. Ролики размещаются рядом и вращаются так, что один слева вращается по часовой стрелке, а другой - против часовой стрелки. Эта конфигурация приводит к тому, что материал, проходящий между роликами, опускается вниз. Расплав впрыскивается между валками, где он охлаждается и выбрасывается в виде ленты. Преимущество двухвалкового прядения из расплава заключается в том, что он дает высокую степень контроля за толщиной получаемой ленты. При использовании одного валка регулирование толщины ленты затруднено, включая тщательный контроль скорости потока расплава, скорости вращения колеса и температуры расплава. При установке со сдвоенными валками можно добиться определенной и постоянной толщины, просто изменив расстояние между валками.
На сегодняшний день двухвалковое прядение из расплава все еще ограничивается почти исключительно лабораторными масштабами.
Автоматическое прядение расплава с выталкиванием (AEMS) описывает тип прядения расплава, при котором выталкивание расплава происходит сразу после его превращения в жидкость, что устраняет необходимость в техническом обслуживании вручную контролировать скорость потока, температуру и / или время выпуска потока расплава..
Эта модификация позволяет добиться гораздо большей согласованности ленты между прогонами и повысить уровень автоматизации процесса.
Прядение из расплава используется для производства тонких металлических листов или лент, которые являются почти аморфными или некристаллическими. Уникальные результирующие электрические и магнитные свойства металлов, полученных формованием из расплава, являются следствием этой структуры, а также состава сплава или металла, который использовался для формирования ленты.
Обычно, когда металлический материал охлаждается, отдельные атомы затвердевают в виде прочных повторяющихся узоров, образуя кристаллическое твердое тело. Однако при формовании из расплава происходит резкое охлаждение (охлаждение) расплава настолько быстро, что атомы не успевают сформировать эти упорядоченные структуры, прежде чем они полностью затвердеют. Вместо этого атомы затвердевают в положениях, напоминающих их жидкое состояние. Эта физическая структура определяет магнитные и электрические свойства аморфных металлов.
Аморфный материал, полученный прядением из расплава, считается мягким магнитом. То есть их естественная коэрцитивная сила составляет менее 1000 А м-1, что означает, что магнетизм металла более чувствителен к внешним воздействиям и, как результат, его можно легко включать и выключать. Это делает аморфные металлы особенно полезными в приложениях, требующих повторного намагничивания и размагничивания материала для функционирования. Некоторые аморфные сплавы также обеспечивают способность увеличивать и / или направлять поток, создаваемый электрическими токами, что делает их полезными для магнитного экранирования и изоляции.
Точные магнитные свойства каждого сплава в основном зависят от атомного состава материала. Например, никель-железные сплавы с меньшим содержанием никеля имеют высокое электрическое сопротивление, тогда как сплавы с более высоким процентом никеля имеют высокую магнитную проницаемость.
