金屬非晶纖維熔體抽拉成形及冷拔處理對其性能的影響.pdf

1、國內圖書分類號：TG139.8學校代碼：10213國際圖書分類號：621密級：公開工學博士學位論文工學博士學位論文金屬非晶纖維熔體抽拉成形及冷拔處理對其性能的影響博士研究生：王歡導師：孫劍飛教授副導師：邢大偉副教授申請學位：工學博士學科：材料加工工程所在單位：材料科學與工程學院答辯日期：2013年07月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學摘要I摘要熔體抽拉成形技術利用高速旋轉的輥輪從熔體中蘸取液態(tài)薄層，依靠自身粘度、表面張力和重力共同作用實現(xiàn)低

2、維材料尺寸和形狀的精密控制。熔體抽拉成形技術適應性強，冷卻速率高，可實現(xiàn)多種金屬、陶瓷纖維材料及薄帶的非平衡凝固甚至非晶化，所制備材料的高度幾何對稱性使其具有優(yōu)異的磁、電、力學性能。本文以熔體抽拉法成形微米尺度金屬非晶纖維及其性能為研究對象，主要進行了熔體抽拉金屬纖維成形工藝與幾何尺寸、微結構及其性能間依賴性、非晶態(tài)纖維拉伸行為、CoFe基非晶纖維多道次冷拔處理及其微結構、力學、電磁學性能演變基本規(guī)律與相關機理研究。熔體抽拉過程中纖維直

3、徑隨輥輪轉速增加呈先增加后減小趨勢，高轉速、高導熱能力輥輪有利于獲得非晶態(tài)金屬玻璃纖維，Cu輪轉速30ms時制備的CoFe基非晶纖維具有高達360%的巨磁阻抗(GMI)效應；母合金進給速度主要影響纖維截面圓度，進給速度低于90μms時非晶絲獲得最大圓整度98%；熔體過熱度通過影響合金熔體的粘度和表面張力控制纖維的成形過程，熔體溫度過高容易導致輥輪輪緣熱蝕，造成纖維化學成分的改變；輥輪預熱處理有利于改善合金熔體與輥輪之間的潤濕，降低纖維內

4、部熱應力，提高纖維冶金質量。不同工藝條件下熔潭形貌研究表明，隨著輥輪轉速的增加，作用于熔潭表面的切向應力克服表面張力的作用在熔潭下方形成舌形凸起，其特征參量邊界層厚度δ和與輥輪接觸長度Lc隨著輥輪轉速的增加而增大，液態(tài)金屬沿輥輪運動方向鋪展、細化成絲。熔體抽拉過程中瑞利波形成區(qū)間與纖維直徑、輥輪直徑、界面潤濕情況以及固液界面推進速度和熔體層離開熔潭所需時間等參數(shù)決定，獲得了無瑞利波缺陷所對用的輥輪轉速表達式。熔體抽拉纖維的傳熱行為分為熔

5、潭內、隨輪運動和空冷三個階段。熔潭內部形成的邊界層受到周圍剩余未加速熔體的熱傳導冷速較低；當其從熔潭被抽出后沿輥輪前進方向運動時，由于輥輪的熱傳導和周圍空氣的輻射換熱，冷卻速率較大，此時的冷速均在106Ks以上，纖維橫截面出現(xiàn)的溝槽缺陷主要在該階段形成；當加速后的液態(tài)纖維飛入保護氣氛中空冷，表面張力開始占據主導地位，纖維熱量傳輸以對流輻射為主，冷速降低。微尺寸CoFe基非晶纖維表現(xiàn)出較高的斷裂強度和非線性變形特征，隨著直徑的增大纖維非晶