Содержание к диссертации
Глава 3. Влияние внешних условий на процесс получения и качество аморфных металлических лент. 133
3.1. Экспериментальные методы исследования геометрических характеристик и служебных свойств аморфных лент. 133
3.2. Влияние выбора барабана-холодильника на процесс получения и качество аморфных лент. 148
3.3. Влияние окружающей атмосферы на качество лент, получаемых закалкой из расплава. 155
3.4. Влияние рельефа поверхности барабана-холодильника на микрогеометрию аморфных лент. 175
3.5. Описание процессов возникновения поверхностных дефектов аморфных лент. 190
3.5.1. Структура зоны формирования ленты. 190
3.5.2. Гидродинамическое описание процесса возникновения поверхностных дефектов. 200
Глава 4. Технологические особенности получения аморфных металлических лент на основе кобальта. 211
4.1. Исследование свойств аморфизирующихся расплавов
на основе кобальта. 211
4.2. Выбор состава аморфного магнитно-мягкого сплава для изготовления магнитных головок высокоинформативных средств регистрации. 228
4.3. Влияние толщины аморфной ленты и длины теплового контакта на магнитные свойства аморфных лент. 232
4.4. Расчёт технологических параметров для получения аморфных лент на основе кобальта. 250
4.4.1. Классификация параметров технологии. 250
Глава 3. Влияние внешних условий на процесс получения и качество аморфных металлических лент. 133
3.1. Экспериментальные методы исследования геометрических характеристик и служебных свойств аморфных лент. 133
3.2. Влияние выбора барабана-холодильника на процесс получения и качество аморфных лент. 148
3.3. Влияние окружающей атмосферы на качество лент, получаемых закалкой из расплава. 155
3.4. Влияние рельефа поверхности барабана-холодильника на микрогеометрию аморфных лент. 175
3.5. Описание процессов возникновения поверхностных дефектов аморфных лент. 190
3.5.1. Структура зоны формирования ленты. 190
3.5.2. Гидродинамическое описание процесса возникновения поверхностных дефектов. 200
Глава 4. Технологические особенности получения аморфных металлических лент на основе кобальта. 211
4.1. Исследование свойств аморфизирующихся расплавов на основе кобальта. 211
4.2. Выбор состава аморфного магнитно-мягкого сплава для изготовления магнитных головок высокоинформативных средств регистрации. 228
4.3. Влияние толщины аморфной ленты и длины теплового контакта на магнитные свойства аморфных лент. 232
4.4. Расчёт технологических параметров для получения аморфных лент на основе кобальта. 250
4.4.1. Классификация параметров технологии. 250
4.4.2. Зависимость геометрических характеристик зоны формирования и температурного режима разливки от технологических параметров. 253
4.4.3. Технология получения быстрозакаленных аморфных лент на основе кобальта. 260
Глава 5. Производство элементов высокоинформативных средств регистрации на основе кобальтовых аморфных сплавов. 282
5.1. Технология изготовления аморфных магнитных головок. 282
5.2. Влияние технологических отжигов на магнитные свойства аморфных лент. 291
5.3. Организация производства средств регистрации служебной информации. 315
Заключение. 317
Выводы. 318
Список литературы. 321
Приложения. 347
Введение к работе
Развитие современной техники немыслимо без создания принципиально новых материалов, обладающих уникальными эксплуатационными характеристиками. Таким новым классом материалов, безусловно, являются аморфные металлические сплавы, получаемые методами закалки из расплава на поверхности быстро вращающегося массивного барабана-холодильника. Достигаемая при этом скорость охлаждения расплава порядка 106 К/с, предотвращает процессы кристаллизации и обеспечивает получение сплава в аморфном состоянии. Уникальное сочетание физических, механических и химических свойств аморфных сплавов, не характерное для кристаллических тел, связано с отсутствием в аморфном состоянии таких дефектов атомной структуры как дислокации, вакансии, границы зерен и блоков. Аморфному состоянию присуща не только близкая к идеальной атомно-структурная однородность, обусловленная отсутствием перечисленных выше дефектов, но и высокая фазово-химическая однородность. Именно эти особенности строения аморфных сплавов предопределяют комплекс их физико-механических свойств. Сегодня разработан и серийно выпускается целый ряд аморфных материалов, обладающих высокой прочностью и износостойкостью, особыми коррозионными и электрическими свойствами, уникальными магнитомеханическими и упругими свойствами.
Однако, наибольший объем выпускаемых аморфных сплавов приходится на магнитно-мягкие материалы, которые имеют чрезвычайно низкие потери на перемагничивание и высокие значения магнитной проницаемости. Их уникальные магнитные свойства в сочетании с высокой твердостью и износостойкостью, с высоким удельным электрическим сопротивлением и хорошей коррозионной стойкостью, делают их незаменимыми в качестве электротехнических материалов в электронной технике.
Широкое использование аморфных магнитно-мягких материалов стало возможным благодаря развитию метода закалки плоской струи расплава. Этот метод обеспечивает получение непосредственно из расплава, минуя такие традиционные металлургические циклы, как прокатка и промежуточные отжиги, металлической ленты толщиной 10-40 мкм. Использование аморфной ленты в качестве магнитопроводов позволило создать целую гамму малогабаритных трансформаторов для телекоммуникационных устройств. Сегодня выпуск микротрансформаторов исчисляется десятками миллионов штук в год. Аморфные сплавы оказывают серьезную конкуренцию ферритам, используемым на повышенных частотах.
Таким образом, можно заключить, что созданная новая технология металлургического производства получения аморфной ленты непосредственно из расплава; обеспечила разработку нового класса прецизионных материалов с уникальным сочетанием физико-механических свойств.
Однако, в свою очередь, скорость закалки расплава характеризует особенность атомного строения аморфных сплавов и, соответственно, структурную анизотропию аморфных магнитно-мягких лент, и, как следствие, магнитную анизотропию. Таким образом, магнитные свойства аморфных лент напрямую зависят от толщины лент, которая в свою очередь определяется технологическими параметрами процесса закалки.
В процессе закалки плоской струи расплава на контактной поверхности лент образуется рельеф в виде «газовых карманов» самой разнообразной формы и размером от одного до десятков микрон. Характерно, что рельеф в той или иной степени имеется на всех описанных в литературе лентах, являясь неотъемлемой особенностью лент, полученных методом закалки из расплава. Таким образом, на аморфных лентах наблюдается специфическая дефектная структура поверхности в виде «газовых карманов», площадь которых может достигать 50-70% от контактной поверхности.
Неравномерность контакта расплава с поверхностью барабана-холодильника приводит к неодинаковой скорости закалки в различных микрообъемах аморфной ленты, что обуславливает появление неоднородных закалочных напряжений. При производстве аморфных магнитно-мягких лент, дефектная структура поверхности способствует появлению магнитной анизотропии в лентах и значительным изменениям уровня их магнитных свойств.
Для обеспечения устойчивого протекания процесса формирования аморфной ленты необходимо построение адекватной модели, позволяющей надежно рассчитывать оптимальные технологические параметры получения аморфной ленты заданной толщины. С этой целью необходимо решить систему уравнений Навье-Стокса совместно с уравнением теплопроводности при принятых граничных и начальных условиях. Но, к сожалению, в полной мере эта задача до сих пор не решена. Основная сложность, кроме чисто вычислительной работы, состоит в том, что система сама инициирует граничные условия. И сформулировать их самосогласованным образом практически невозможно. Система уравнений обычно решается для стационарного режима с той или иной степенью допущения к принятым граничным условиям. Поэтому зачастую решается- либо гидродинамическая задача при заданной теплофизике, либо теплофизическая - при фиксированной гидродинамике.
Следует отметить, что отдельные проблемы технологии в настоящее время затруднительно решить на теоретическом уровне. Более того, до сих пор непонятны некоторые механизмы процессов, протекающих при разливке. Прежде всего, это межфазные взаимодействия расплав-барабан, расплав-сопло, расплав-газ, что влияет на формирование поверхности аморфных лент.
Настоящая работа, являющаяся итогом более чем двадцатилетних исследований, посвящена развитию теоретических представлений о процессах формирования аморфных металлических лент на основе кобальта, получаемых закалкой плоской струи расплава на вращающемся барабане-холодильнике, а также разработке метода расчёта технологических параметров получения высококачественных аморфных лент заданной толщины с минимально возможным количеством топографических дефектов.
Особо следует отметить, что в процессе исследований выполнялись эксперименты по изучению влияния условий получения на эксплуатационные свойства аморфных металлических лент на основе кобальта. Был накоплен экспериментальный материал по влиянию состояния поверхности барабана-холодильника и окружающей атмосферы на микрогеометрию аморфных лент. Изучено влияние длины теплового контакта и толщины аморфных лент на их магнитные свойства. Осуществлена попытка описания наиболее полной модели процесса закалки плоской струи расплава на вращающемся барабане-холодильнике. На основе совместного решения уравнений теплофизики и гидродинамики разработана математическая модель процесса закалки в условиях нестационарного режима формирования ленты. Отработана технология изготовления магнитопроводов из аморфных материалов для магнитных головок высокоинформативных средств регистрации.
Таким образом, решалась задача на основе систематического анализа результатов исследований условий, формирования аморфных магнитно-мягких лент методом закалки плоской струи расплава, построения модели процесса формирования аморфной ленты, позволяющей осуществлять оптимизацию технологических параметров с учетом того, как тот или иной параметр влияет на геометрию аморфных лент.
