金属带、制备非晶金属带的方法和纳米晶金属带制备方法技术

提供了金属带、制备非晶金属带的方法和制备纳米晶金属带的方法，所述金属带具有在冷却元件的外表面上凝固的铸轮侧、位于反面的空气侧和组织。组织是至少80体积％非晶态的，或者，具有至少80体积％的纳米晶粒和剩余的非晶态基体，其中纳米晶粒的至少80％的纳米晶粒具有小于50nm的平均晶粒尺寸和随机的取向。金属带的空气侧具有小于23％的表面结晶分数。的空气侧具有小于23％的表面结晶分数。的空气侧具有小于23％的表面结晶分数。

【技术实现步骤摘要】
金属带、制备非晶金属带的方法和纳米晶金属带制备方法


[0001]本专利技术涉及一种金属带、一种制备非晶金属带的方法和一种制备纳米晶金属带的方法。

技术介绍

[0002]如果使用具有适当的玻璃形成元素(也称为准金属)的合金，可以用快速凝固技术(如熔体旋淬方法)制备非晶态金属带。
[0003]由Fe
100-a-b-w-x-y-z T
a M
b Si
w B
x P
y C
z
制成的铁基软磁合金也可以借助快速凝固技术以非晶态带的形式制备。这一快速凝固的非晶态的铁基金属带拥有良好的软磁性能，并且可以因此直接地使用或者作为起始产品用于纳米晶材料用途，如例如用于电感构件的铁芯或用作屏蔽箔，如例如在出版物US 2012/262266 A1和DE 10 2013 103268 B4所公开的。此外，在非晶状态下，它们也拥有特别好的和吸引人的机械性能，如例如比较低的弹性模量和大的硬度，并且可以因此用作弹簧材料或用于刀具或刮胡刀片。
[0004]对非晶金属带和纳米晶金属带的要求不断提高，其中，希望的是在甚至更小的厚度、甚至更大的长度下的甚至更好的性能。为了特别改善该非晶金属带的经济性，更可靠地制备更大的带长度，例如具有好几千米的连续长度的带长度，是令人向往的。
[0005]因此，目的是，通过提供改进的非晶金属带来满足这些要求。

技术实现思路

[0006]根据本专利技术，提供了一种金属带，所述金属带具有：铸轮侧，所述铸轮侧是在冷却元件(或散热元件，即，铸轮)的外表面上凝固的；位于反面的空气侧；和组织(或显微结构/组织)，所述组织是至少80体积％非晶态的，或者，所述组织具有至少80体积％纳米晶粒和剩余的非晶态基体，其中，所述纳米晶粒的至少80％具有小于50nm的平均晶粒尺寸并显示随机的取向。所述空气侧具有小于23％的表面结晶分数(表面结晶部分)。
[0007]该金属带因此是通过快速凝固技术制备的，在该技术中，熔体在铸轮的外表面上凝固。在一个实施例中，组织是至少80体积％非晶态的。具有这种非晶态组织的金属带可以因此描述为处于铸造状态下。
[0008]在一个实施例中，该金属带具有至少80体积％纳米晶粒和剩余的非晶态基体，其中所述纳米晶粒的至少80％具有小于50nm的平均晶粒尺寸和随机的取向。纳米晶粒典型地是通过非晶金属带的退火产生的，从而具有至少80体积％纳米晶粒和剩余的非晶态基体的金属带(其中所述纳米晶粒的至少80％具有小于50nm的平均晶粒尺寸和随机的取向)也可以描述为处于退火后的纳米晶状态下。
[0009]金属带也可以称为金属箔。
[0010]金属带的铸轮侧和空气侧可以由于制备工艺而性质不同，并且因此在制成的金属带中得到辨认。金属带的铸轮侧和空气侧也可以用裸眼区分。空气侧典型地显现金属光彩，而铸轮侧显现磨砂状。
[0011]出人意料地确定，快速凝固的非晶金属带和由其通过热处理制备的纳米晶金属带受到表面结晶的出现的影响，且这种预想不到地出现的表面结晶对机械和磁学性能有影响，并且因此可以实现伴随良好性能(如机械性能，并且在磁性合金的情况下还包括磁学性能)的可靠性。
[0012]表面结晶表示带的表面上(也就是说在带的表面层之内)的晶粒的构造。例如，表面层的晶粒中多于80体积％的晶粒具有大于100nm的平均晶粒尺寸。
[0013]这些晶粒具有平均晶粒尺寸，在纳米晶金属带的情况下，该平均晶粒尺寸大于纳米晶金属带的纳米晶粒的平均晶粒尺寸，并且区别于它们。表面层的晶粒例如具有大于100nm的平均晶粒尺寸，而纳米晶粒具有最大50nm的平均晶粒尺寸。
[0014]在一些实施例中，表面结晶的晶粒具有织构。
[0015]在一些实施例中，如果纳米晶粒具有随机的取向并且不具有织构，则表面结晶的晶粒通过这些织构区别于纳米晶粒。
[0016]非晶金属带由于非晶组织而具有固有的延展性，延展性首先使得制备长的连接带成为可能。固有的延展性也可以在一些用途中使用。断裂伸长率是一个机械性质，可以用它确定非晶金属带的延展性。
[0017]可是，表面结晶的出现可能对这种延展性有害，其例如可以在制备带时导致带断开，因为在熔体的快速凝固之后，为了从熔体形成带，要将带连续地卷起。在此需要注意，每秒10至50m的制备速度在大型技术设施中是常见的，从而非晶金属带的机械性能的最小的不规律性都可能导致带断开。于是，根据本专利技术，非晶金属带空气侧以及在一些实施例中在铸轮侧的表面结晶分数限制在各自小于23％，以保证良好的延展性和同时保证包括延展性和断裂伸长率在内的机械性能。
[0018]已经确定，熔体的冷却速率影响观察到的表面结晶，其中，较低的冷却速率促进表面结晶。此外，已确定，在常规的制备方法中，冷却速率可以随铸造过程的时间变化，使得至少有时促进表面结晶的形成。
[0019]冷却速率的这种变化和与此相联系的表面结晶分数的变化可以导致机械性能的变化，包括非晶金属带沿带长度的延展性的变化。
[0020]因此，为了达到良好的机械和软磁性能，根据本专利技术，寻求尽可能完全避免表面的晶态结构。
[0021]在纳米晶金属带的情况下，寻求许多具有在几十纳米(即明显在交换相互作用长度以下)范围内的晶粒尺寸的小微晶的随机的取向，以达到良好的软磁性能。交换相互作用即是负责材料中的磁矩的集体秩序的，并且交换相互作用长度描述在两个磁矩之间它们还能够因此彼此影响的最大距离。如果晶粒尺寸在交换相互作用长度以下，并且晶粒的晶体方向是随机分布的，则避免了由于交换相互作用导致的可能的晶体各向异性。
[0022]表面结晶分数可以借助X射线粉末衍射法使用铜Kα射线测得。在此陈述的表面结晶分数如下测得。对于非晶箔来说，通过用晕圈(Halo，其是非晶态的特征)的面积分数与晶相的特征反射的面积分数之和除晶相的特征反射的面积分数所得的商，来确定表面结晶分数。
[0023]表面结晶的晶相的特征反射依赖于晶相的结构和组成。例如，对于含硅的相来说，如果其如在目前情况下几乎总是存在在(100)方向上强织构化的情况，使用(400)反射。
[0024]因为在目前情况下几乎总是存在在(100)方向上强织构化的表面结晶，可以如下确定在纳米晶体样品中的表面结晶的分数：
[0025]首先，确定是纳米晶相的特征的第二特征反射的面积分数。
[0026]随后，确定是表面结晶的晶相的特征的第一特征反射的面积分数。不过该面积分数必须减去对该反射有贡献的纳米晶相的分数。在纯铁的情况下，这是第二特征反射的20％，在Fe3Si的情况下是12.8％。因为不能简单地得知准确的Si含量，将总是引入20％的折扣，这在含Si合金中可以导致对表面结晶的分数的略微低估。
[0027]对于纳米晶箔来说，现在通过用第二特征反射(是纳米晶相的特征)的面积分数与晶相(即表面结晶的晶相)的第一特征反射的总面积分数的和除晶相的第一特征反射(但是减去纳米晶相对该反射的贡献)所得的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属带，所述金属带具有：铸轮侧，所述铸轮侧是在冷却元件的外表面上凝固的；位于反面的空气侧；以及组织，所述组织是至少80体积％非晶态的，或者，所述组织具有至少80体积％纳米晶粒和剩余的非晶态基体，其中，纳米晶粒的至少80％具有小于50nm的平均晶粒尺寸和随机的取向，其中，空气侧具有小于23％的表面结晶分数。2.根据权利要求1所述的金属带，其中，空气侧具有小于5％的表面结晶分数。3.根据权利要求1或2所述的金属带，其中，铸轮侧具有小于23％、优选小于5％的表面结晶分数。4.根据权利要求1至3中任一项所述的金属带，其中，所述金属带具有占总体积的0.01％至5％之间的表面层，构成表面结晶分数的晶粒处于表面层中。5.根据权利要求3所述的金属带，其中，80体积％的表面结晶的晶粒具有大于100nm的平均晶粒尺寸。6.根据权利要求4或5所述的金属带，其中，表面结晶的晶粒具有织构。7.根据权利要求1至6中任一项所述的金属带，所述金属带具有：2mm至300mm、优选40mm至200mm的宽度，和/或小于50μm、优选小于25μm、优选小于20μm、优选在10μm至18μm之间的厚度。8.根据权利要求1至7中任一项所述的金属带，所述金属带具有：小于0.25原子％的钛含量，小于0.4原子％的铝含量，小于0.4原子％的锰含量和小于0.35原子％的硫含量。9.根据权利要求1至8中任一项所述的金属带，其中，所述金属带具有(Fe,T)
a
M
b
和至多1原子％的杂质，其中，70原子％≤a≤90原子％且10原子％≤b≤30原子％，T是元素Co、Ni、Cu、Cr、Zn、Sn和V中的一种或多种、且M是元素Nb、Mo、Zr、Ta、B、Si、C和P中的一种或多种。10.根据权利要求1至8中任一项所述的金属带，其中，所述金属带具有：Fe
100-a-b-w-x-y-z
T
a
M
b
Si
w
B
x
P
y
C
z
(按原子％计)和至多1原子％的杂质，其中，T是由以下各项组成的组中的一种或多种：Co、Ni、Cu、Cr、Zn、Sn和V，M是由以下各项组成的组中的一种或多种：Nb、Mo、Zr和Ta，并且有0≤a≤800≤b≤100≤w≤253≤x≤200≤y≤70≤z≤2。11.根据权利要求9或10所述的金属带，所述金属带的μ
Dyn
>100000，优选>150000。12.根据权利要求9至11中任一项所述的金属带，其中，所述金属带的所述铸轮侧具有按算数平均值Ra计的表面粗糙度，Ra小于0.8μm、优选小于0.7μm。13.一种用快速凝固技术制备非晶金属带的方法，所述方法包括：提供合金的熔体；
在将熔体浇铸到冷却元件的移动的外表面上期间，用足够将冷却元件的外表面光滑化的压力，连续地将辊压装置按压到冷却元件的外表面上；以及将熔体浇铸到移动的冷却元件的移动的外表面上，其中，熔体在所述外表面上凝固并且形成非晶金属带，所述非晶金属带具有：铸轮侧，所述铸轮侧是在冷却元件的外表面上凝固的；位于反面的空气侧；以及组织，所述组织是至少80体积％非晶态的，其中，空气侧具有小于23％、优选小于5％的表面结晶分数。14.根据权利要求13所述的方法，其中，铸轮侧具有小于23％、优选小于5％的表面结晶分数。15.根据权利要求13或14所述的方法，其中，非晶金属带具有2mm至300mm的宽度和/或小于50μm的厚度。16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中，非晶金属带具有占总体积的0.01％至5％之间的表面层，构成表面结晶分数的晶粒处于表面层中。17.根据权利要求16所述的方法，其中，80体积％的表面结晶的晶粒具有大于100nm的平均晶粒尺寸。18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其中，在将熔体浇铸到冷却元件的外表面上期间，将辊压装置按压到冷却元件的外表面上，使得它连续地减小冷却元件的外表面的粗糙度。19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其中，提供可...

【专利技术属性】
技术研发人员：米，
申请(专利权)人：真空融化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：