単一ローラー溶融紡糸システムは、溶融合金を結晶化を防ぐ極端な冷却速度にさらすことによって、アモルファス化を促進します。
Fe73.5-xB9Si14Cu1Nb2.5Mx合金の場合、このシステムは、誘導コイルを使用してインゴットを再溶解し、高圧ガスを介して溶融物を急速に回転する銅ローラーに噴出させることによって機能します。ローラーの高い線速度は熱を瞬時に抽出し、原子を無秩序な状態で凍結させて、厚さ約20ミクロンの柔軟なアモルファスリボンを形成します。
このプロセスの本質は「時間対温度」の競争です。回転するローラーによって生成される冷却速度は、原子が結晶格子に組織化されるのに必要な時間よりも速くなければなりません。
急速凝固のメカニズム
再溶解と噴射
プロセスは、予備合金化されたインゴットを取り、誘導コイルを使用して回転システム内で再溶解することから始まります。
合金が完全に溶融したら、高圧ガスを使用して液体金属をノズルから押し出します。
この噴射は、溶融材料の精密な流れを下方の冷却表面に向けます。
銅ローラーの役割
システムの中心部品は、極めて高速で回転する銅製冷却ローラーです。
銅は熱伝導率が高いため、溶融流の即時的な熱シンクとして機能します。
ローラーは秒速数十メートルの線速度を達成し、これは溶融物を薄層に引き込むために重要です。
原子構造の固定
溶融流と超高速ローラーの接触により、巨大な温度勾配が生じます。
これにより、合金の温度が瞬時に低下する急速な冷却速度が得られます。
冷却が非常に急激であるため、原子は結晶構造に核形成または配置される前に、無秩序な位置で凍結されます。
合金準備の重要性
溶融紡糸機がアモルファス状態を作成しますが、結果の品質は前駆体インゴットに依存します。
均一性の達成
溶融紡糸の前に、Fe73.5-xB9Si14Cu1Nb2.5Mxインゴットをアーク溶解炉で準備する必要があります。
このステップにより、ニオブ、モリブデン、タングステンなどの高融点元素が完全に溶解し、鉄ベースと混合されることが保証されます。
均一な分布の確保
アーク溶解プロセスには、インゴットを繰り返し反転させて再溶解することが含まれます。
これにより、原子質量の異なる遷移金属が非常に均一な巨視的分布を達成することが保証されます。
この均一性がないと、溶融紡糸プロセスではリボン全体でアモルファス特性にばらつきが生じる可能性があります。
トレードオフの理解
寸法制限
この冷却方法の物理学は、厳格なサイズ制限を課します。
アモルファス化に必要な冷却速度を維持するため、製品は通常厚さ約20ミクロンのリボンという薄い形状に制限されます。
単一ローラーシステムでは、中心部から熱が十分に逃げずに結晶化を防ぐことができないため、バルクで厚い部品を製造することはできません。
酸化に対する感度
酸化物の存在は、アモルファス構造を乱す可能性があります。
前駆体準備は、酸化を防ぐために高真空および高純度アルゴン雰囲気に依存します。
アーク溶解または紡糸中に酸素が溶融物を汚染すると、望ましくない結晶化が引き起こされる可能性があります。
目標に合わせた適切な選択
- 完全にアモルファス構造の作成が主な焦点である場合：ローラーの線速度を最大化して、合金の結晶化速度論を「追い越す」ようにしてください。
- 材料の一貫性が主な焦点である場合：高融点元素を完全に分散させるために、アーク炉で前駆体インゴットを繰り返し反転させて溶解したことを確認してください。
精密な前駆体均質化と単一ローラーシステムの極端な冷却速度を組み合わせることで、この複雑な合金を高機能金属ガラスに効果的に固定できます。
概要表：
| プロセスコンポーネント | 機能的役割 | 主要な結果 |
|---|---|---|
| 誘導コイル | 合金インゴットの制御された再溶解 | 均一な溶融状態 |
| 高圧ガス | 精密ノズルを通じた急速な噴出 | 一貫した溶融流供給 |
| 銅ローラー | 高い熱伝導率と高速回転 | 瞬時の熱抽出 |
| 線速度 | 秒速数十メートル | アモルファス構造（20μmリボン） |
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ビジュアルガイド
参考文献
- Subong An, Jae Won Jeong. Fine-Grained High-Permeability Fe73.5−xB9Si14Cu1Nb2.5Mx (M = Mo or W) Nanocrystalline Alloys with Co-Added Heterogeneous Transition Metal Elements. DOI: 10.3390/met14121424
この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Furnace ナレッジベース .
