一种非晶带材冷却辊的制备方法与流程

1.本发明属于非晶带材技术领域，具体涉及一种非晶带材冷却辊的制备方法。


背景技术：

2.非晶态金属在原子排布上与晶态金属完全不一样，其特殊的微观组织结构，也使得其具备良好的强度、韧性、耐磨性、磁性、电性以及化学性能。非晶带材制备时，主要是将熔融态的合金浇注到旋转的冷却辊上，使合金快速凝固形成非晶带材。钼作为工业上常用的一种高温金属，因其具备优异的强度、熔点以及优异的导热性能而被应用于非晶带材行业的冷却辊上。
3.但是，传统工艺所制备的用于非晶带材行业冷却辊的钼飞轮，易因烧结坯的孔隙率大，密度低等原因导致冷却辊冷却效果差，易腐蚀，对非晶带材产品的生产制备影响很大；而使用钽、铌等真空熔炼法制备的难熔金属作为冷却辊使用，虽然可以降低孔隙率、提高导热率。但是，成本的大幅提升也成为了制约其在非晶带材应用的主要因素。因此，如何减少钼飞轮烧结坯的孔隙率，提高烧结坯的密度，以及增加制品的耐蚀性，成为了当前提升冷却用钼飞轮制品导热性能乃至提升其使用寿命的主要手段。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种非晶带材冷却辊的制备方法，该方法能够降低烧结坯的孔隙率，并且在不改变钼飞轮导热性能的前提下，提高其与非晶带材接触部位的耐蚀性，进而为提升非晶带材冷却辊的使用性能奠定理论和实践基础。
5.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种非晶带材冷却辊的制备方法，首先对钼粉进行粒度分级，然后选取分级后粒度符合正态分布的各级钼粉进行混合，将混合粉末压制成坯并烧结成型，再对烧结坯按照设计形状机加工成钼飞轮；接着将钽带卷压后通过高频加热和施压等工艺使其紧密连接在钼飞轮的外圆面，且钽带和钼飞轮的连接处为冶金结合，制得冷却辊成品。
6.所述钼粉分级后的平均粒度为3.0-4.5um，钼粉纯度为：99.95%。
7.在氩气保护气氛下对分级后的钼粉进行混合，混合时间为12-24h。
8.将混合粉末放置在柔性模具内采用冷等静压法压制成粉质坯。
9.冷等静压法的压制压力为160~280mpa，保压时间为：10~30min。
10.混合粉末压制成坯后在烧结过程中的烧结气氛为氢气，烧结温度1850℃-1950℃，然后随炉冷却至室温，得到烧结坯。
11.经烧结得到的烧结坯的密度ρ2≥96%ρ1，ρ1为钼飞轮成品的理论密度。
12.在将钽带连接在钼飞轮上时，采用高频加热设备对钽带和钼飞轮同时加热，高频加热功率为30kw-50kw，加热时间6-10h；压制的压力为20mpa-50mpa，加压时间30min-120min。
13.本发明的有益效果是：1、本发明采用粉末冶金法，气流分级机将钼粉进行粒度分
级，取合适的粒度进行混粉，然后通过高频加热的方法，制得由钽带构成的钼飞轮冷却面。既提高了钼制品自身的密度，降低了孔隙率，有效提升了钼飞轮的导热性能；同时，表面由钽带构成的冷却辊工作面，也极大的改善了钼制品表面不耐腐蚀的特性，产品优于同等规格的钼飞轮制品，以期为制备高导热性能、高耐蚀性的非晶带材冷却辊奠定理论和实践基础。
14.2、本发明公开的非晶带材冷却辊的制备方法，其中，a)、本发明中使用气流分级机将钼粉进行粒度分级，然后进行混粉，混合粉中各级粒度粉末分布需符合正态分布，以避免因钼粉的粒度大小不匹配而导致烧结坯中孔隙率过大，烧结坯密度过小，进而影响钼飞轮制品导热性能；b)、使用高频加热设备和加压设备，对精车后的钼飞轮及由相应规格的轧制钽带卷制而成的钽薄环同时进行加热和加压处理，使两者紧密连接，连接方式为冶金结合。且处理后，而表面由钽带连接构成的工作面，在使用2000h后表面无蚀坑出现（普通钼飞轮在使用1000h以后会出现蚀坑），说明工作面覆盖钽带后，能够在很大程度上提高钼飞轮冷却辊的高温耐蚀性，显著提高了非晶带材冷却辊的使用性能和耐久性，进而协同粒度分级和烧结工艺，制备出导热和耐蚀性能均非常优异的非晶带材用的冷却辊。
具体实施方式
15.下面对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
16.一种非晶带材冷却辊的制备方法，该冷却辊用于非晶带材的制备过程，该方法包括以下制备步骤：步骤一，选粉，采用气流分级机将钼粉进行粒度分级，分级后各级粒度粉末分布需符合正态分布，分级后钼粉的平均粒度为：3.0-4.5um，分级所用钼粉纯度为：99.95%；步骤二，混粉，使用氩气保护气氛下的v型混料机将分级后的各级粒度粉末混合均匀，混合时间为：12h-24h，即可得到混合粉末；步骤三，压制成型，将混合粉末置于柔性模具内，采用冷等静压法，其压制压力为160~280mpa，保压时间为：10~30min，制得粉质坯，备用，压制后尺寸为（φ500-φ850）
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l mm，l为粉质坯的长度；步骤四，烧结，将制备的粉质坯置于中频烧结炉内进行烧结，烧结气氛为氢气，烧结温度：1850℃-1950℃，然后随炉冷却至室温，即得到烧结坯；令钼飞轮成品的理论密度为ρ1，经烧结得到的烧结坯的密度ρ2≥96%ρ1；步骤五，机加工：将烧结坯置于车床上，精加工至图纸尺寸及规格形状，备用；步骤六，使用卷压机对钽带进行卷压，制成与钼飞轮外圆尺寸基本一致的钽环，且卷制成型的钽环内径与钼飞轮外径可以紧密配合；步骤七，使用高频加热设备和压力设备，对紧密配合的钼飞轮和钽环同时进行加热和加压处理，使其紧密连接，且连接处为冶金结合；高频加热设备为高频加热机，高频加热功率：30kw-50kw，加热时间：6-10h；压力设备为油压机，压力：20mpa-50mpa，加压时间：30min-120min；步骤八，后处理，对上一步机加工后的产品进行清洗、检验和包装，得到非晶带材冷却辊。
17.下面结合具体的实施例和对比例，以说明本发明的技术方案所制备的非晶带材冷
却辊具备优异的使用性能。
18.实施例1：一种非晶带材冷却辊的制备方法，包括以下制备步骤：步骤一、选粉：采用气流分级机将钼粉进行粒度分级，分级后各级粒度粉末分布需符合正态分布，分级后钼粉的平均粒度为：3.0um，钼粉纯度为：99.95%；步骤二、混粉：使用氩气保护气氛下的v型混料机将粉末混合均匀，混合时间为：12h，即可得到粒度大小配合适中，且已经混合均匀的钼粉；步骤三、压制成型：将混合粉末置于柔性模具中，采用冷等静压法，其压制压力为160mpa，保压时间为：30min，制得粉质坯，备用，压制后粉质坯尺寸为φ500
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80 mm；步骤四、烧结：将粉质坯置于中频烧结炉内进行烧结，烧结气氛为氢气，烧结温度：1850℃，然后随炉冷却至室温，即得到烧结坯；烧结坯密度9.82 g/cm3(成品的理论密度即钼的密度，为ρ1=10.2 g/cm3，96%ρ1=9.72 g/cm3)；步骤五、机加工：将烧结坯置于车床上，精加工至图纸尺寸φ420
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60 mm，得到钼飞轮，备用；步骤六、使用卷压机对钽带1320
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3mm进行卷压，制成与钼飞轮外圆尺寸基本一致，且卷制成型的钽环内径为φ420mm，与钼飞轮外径可以紧密配合；步骤七、使用高频加热设备和压力设备，对紧密配合的钼飞轮和钽环同时进行加热处理和加压处理，使其紧密连接，且连接处为冶金结合；高频加热功率：30kw，加热时间：6h；压力：20mpa，加压时间：30min；步骤八、后处理：对上一步机加工处理后的产品进行清洗、检验和包装，得到非晶带材冷却辊。
19.经检验、测试，钽环与钼飞轮紧密连接，且结合方式为冶金结合。连接结合面抗拉强度：194mpa，延伸率12.6%。烧结坯密度9.82 g/cm3（同规格下，纯钼，普通粉末，烧结坯密度为：9.5 g/cm3）。说明采用本发明的方法制备钼飞轮，可以有效提升钼飞轮的密度，提高材料的导热性；而表面由钽带连接构成的工作面，连接界面处强度比较高，连接方式为冶金结合。在使用2000h后表面无蚀坑出现（普通钼飞轮在使用1000h以后会出现蚀坑），说明工作面覆盖钽带后，能够在很大程度上提高钼飞轮冷却辊的高温耐蚀性，显著提高了非晶带材冷却辊的使用性能和耐久性。
20.实施例2：一种非晶带材冷却辊的制备方法，包括以下制备步骤：步骤一、选粉：采用气流分级机将钼粉进行粒度分级，分级后各级粒度粉末分布需符合正态分布，分级后钼粉的平均粒度为：4.2um，钼粉纯度为：99.95%；步骤二、混粉：使用氩气保护气氛下的v型混料机将粉末混合均匀，混合时间为：24h，即可得到粒度大小配合适中，且已经混合均匀的钼粉；步骤三、压制成型：将混合粉末置于柔性模具中，采用冷等静压法，其压制压力为260mpa，保压时间为：10min，制得粉质坯，备用，压制后粉质坯尺寸为φ850
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110 mm；步骤四、烧结：将粉质坯置于中频烧结炉内进行烧结，烧结气氛为氢气，烧结温度：1950℃，然后随炉冷却至室温，即得到烧结坯；烧结坯密度9.96 g/cm3(成品的理论密度ρ1=10.2 g/cm3，96%ρ1=9.72 g/cm3)；步骤五、机加工：将烧结坯置于车床上，精加工至图纸尺寸φ780
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80 mm，制得钼飞轮备用；
步骤六、使用卷压机对钽带2550
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3mm进行卷压，制成与钼飞轮外圆尺寸基本一致，且卷制成型的钽环内径为φ780mm，与钼飞轮外径可以紧密配合；步骤七、使用高频加热设备，对紧密配合的钼飞轮和钽环进行加热处理，使其紧密连接，且连接处为冶金结合；高频加热功率：50kw，加热时间：10h；压力：50mpa，加压时间：120min；步骤八、后处理：对上一步机加工处理后的产品进行清洗、检验和包装，得到非晶带材冷却辊。
21.经检验、测试，钽环与钼飞轮紧密连接，且结合方式为冶金结合。连接结合面抗拉强度：218mpa，延伸率14.1%。烧结坯密度9.82 g/cm3（同规格下，纯钼，普通粉末，烧结坯密度为：9.5 g/cm3）。说明采用本发明的方法制备钼飞轮，可以有效提升钼飞轮的密度，提高材料的导热性；而表面由钽带连接构成的工作面，连接界面处强度比较高，连接方式为冶金结合。在使用2000h后表面无蚀坑出现（普通钼飞轮在使用1000h以后会出现蚀坑），说明工作面覆盖钽带后，能够在很大程度上提高钼飞轮冷却辊的高温耐蚀性，显著提高了非晶带材冷却辊的使用性能和耐久性。
22.对比例1：对比例1与实施例1的不同之处仅在于：不对钼粉进行分级、筛选和混合，直接使用纯钼粉进行后续的制备。
23.经检验、测试，烧结坯密度9.56 g/cm3，烧结密度较实例1明显偏低。这说明，普通钼粉颗粒由于粗钼粉和细钼粉组份不均匀，导致烧结时，孔隙处不易被填满，导致孔隙率高，致密度差。而本工艺使用气流分级机将钼粉进行粒度分级，然后选取各级粒度分布符合正态分布的粉末进行混粉，压制、烧结能够有效提高钼飞轮制品的致密性和导热性。
24.对比例2与实施例1的不同之处仅在于：删除步骤六和步骤七。
25.经检验、测试，钼飞轮在使用1041h后表面有蚀坑出现（经本工艺处理，使用2000h后表面无蚀坑出现），说明由于钼制品自身粉末冶金工艺的限制，导致钼飞轮工作面存在一定的孔隙率，这就使得钼飞轮在对非晶带材产品进行高温急速冷却时，不可避免的会造成一定的蚀坑。而经本工艺处理，工作面的耐蚀性明显优于普通钼飞轮。
26.上述实施例和对比例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
27.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。