一种非晶制带用铜套及其制备方法与流程

本发明涉及非晶制带设备技术领域，尤其涉及一种非晶制带用铜套制备方法。

背景技术：

目前，我国生产的磁性非晶带材料是一个节能环保的新型材料，代替传统变压器里的矽钢片，采用磁性非晶带这种材料能提高变压器的效率，减小、减轻变压器的体积和重量，因此是新型节能新材料。

生产非晶带必须使用的工具冷却辊上的铜套是决定非晶带质量和成品率的关键部件。冷却辊在非晶带的制作中的应用：即，熔化的磁性材料的钢水通过窄缝浇铸在高速旋转的冷却辊铜套的外表面(冷却辊铜套实际上是一个铜合金环，铜合金环两面密封住，然后通冷却水冷却冷却辊，给冷却辊降温)，使其迅速冷却凝固成0.025-0.04mm薄的非晶带，因此要求铜冷却辊表面光洁度高、密度高、晶粒组织小；若辊子晶粒粗大、有微孔、夹灰等缺陷，当钢水浇铸到铜套表面会使其受热，针孔等缺陷热胀，使金属液体粘在铜套表面上，使带子出现孔洞或表面不光，使之成为废品。另外，冷却辊铜套在使用1～2次之后，表面高温热腐蚀，需要车削后再使用，直到冷却辊上的铜套厚由起初开始的50～0mm车削到20～30mm后不再使用。故此，铜冷却辊由里到外不能有微小缩孔、针孔、夹灰、裂纹等缺陷，这是一个很难实现的技术指标，否则会影响非晶带产品的质量。

目前常用的冷却辊铜套材料主要有铬锆铜和铍铜，由于铬锆铜屈服强度较低、抵抗裂纹能力较差，反复热冲击条件下在铜辊表面易发生裂化产生麻点或皱纹。喷带时麻点或皱纹发生复刻，会使带材表面凹凸不平而影响带材密度和表面粗糙度，进而影响带材的磁性能，降低成品率。另外，铜辊的裂化最终会导致铜辊表面受破坏而失效，从而缩短其使用寿命。由于铬锆铜热承受能力较低，通常只能应用于制备非晶窄带材、纳米晶带材和小批量宽带材的冷却辊铜套。铍铜的强度高于铬锆铜，在周期性热应力条件下抗裂纹能力强，热承受能力较高，不仅适用于非晶窄带、纳米晶带材和小批量宽带材的制备，还可用于制备大批量非晶宽带材的冷却辊铜套。虽然铍铜具有高的强度、硬度，优良的导热性和耐磨性等优异特性，但该合金也有其固有的缺点，如因含有贵重金属铍使得合金生产成本高。最主要的是铍的氧化物或粉尘有毒，对人体有危害，严重者甚至会引发癌症。铍铜含有毒元素铍，不利于材料的回收，造成了资源的浪费。

因此，如何对现有的非晶制带用铜套制备方法进行改进，使其克服上述缺陷是本领域技术人员亟待解决的一个问题。

技术实现要素：

针对上述现有技术的现状，本发明所要解决的技术问题在于提供一种非晶制带用铜套及其制备方法，其制得的铜套导热效率较高、具有均匀的冷却性、能够提高非晶纳米晶制带设备的产品合格率，延长了铜套的使用寿命，降低了生产成本，同时克服了现有技术中铬锆铜强度较低、铍铜含有毒元素be等不足。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：

一种非晶制带用铜套，包括外铜套及内铜套，所述外铜套包括0-10wt％镍、0-5wt％硅、0-2wt％铬，余量为铜。

进一步地，所述外铜套包括6-8wt％镍、1-2wt％硅、0.3-0.8wt％铬，余量为铜。

上述的一种非晶制带用铜套的制备方法，包括以下步骤：

a、外铜套的制备：

a、熔炼和铸造，将原料镍粉、硅粉及铜块放入真空感应炉内进行熔炼，控制熔炼温度在1250～1350℃，其中，原料中镍的质量百分含量为6-8％，硅的质量百分含量为1-2％，铬的质量百分含量为0.3-0.8％，余量为铜；将熔炼好的合金液浇铸得到铸坯，浇铸温度控制在1000～1150℃；

b、锻造：车削铸坯表面的缺陷，将铸坯在750～850℃温度区间内保温2～7小时后进行热锻，制成环，热锻下压率大于等于30％；

c、热处理：将制成的环采用电阻炉加热，进行高温固溶处理，固溶处理的加热温度为850-930℃，固溶处理炉温均匀度控制在±5℃，保温2小时后出炉水淬、急冷，水温控制在40℃以下；高温固溶处理完后，将环放在电阻炉内进行时效热处理，电阻炉加热至450～470℃，并在该温度下保温4小时，然后随炉冷却，当料温降至200℃以下时出炉，空冷至室温，得到外铜套；

b、内套筒的制备：采用无氧铜通过熔炼、铸造、锻造、机械加工、热处理工艺制备得到内铜套，在所述内铜套的内壁上沿其轴向开设多条均匀布置的槽体，所述内铜套的外径大于等于步骤a中制备得到的外铜套的内径，且所述内铜套的外径与步骤a制备得到的外铜套的内径差不大于3mm；

c、在步骤b制备得到的内铜套外表面均匀粘贴横向高热导率材料层，所述横向高热导率导热层为石墨导热片；

d、将外铜套受热膨胀或将内铜套冷却缩小或将外铜套受热膨胀的同时将内铜套冷却缩小，至所述外铜套的内径大于所述内铜套的外径；

e、将外表面粘贴有横向高热导率材料层的内铜套置于外铜套中，自然冷却，即得非晶制带用铜套。

进一步地，所述步骤c中采用粘合剂将横向高热导率材料层粘贴在内铜套的外表面上，所述粘合剂能够承受-30～300℃的温度变化，结构牢固可靠。

进一步地，所述粘合剂为导热硅胶，成本低。

进一步地，所述步骤d中将外铜套在高温液体中浸泡使得外铜套的内径膨胀至大于所述内铜套的外径；或者将所述内铜套在低温液体中浸泡使得内铜套的外径收缩至小于所述外铜套的内径；或者将外铜套在高温液体中浸泡使得外铜套的内径膨胀的同时，将内铜套在低温液体中浸泡使得内铜套的外径收缩，至所述外铜套的内径大于所述内铜套的外径，安装方便。

进一步地，所述步骤e完成后，对所述非晶制带用铜套表面进行加工处理：a、将所述铜套固定在旋转轴上，并使所述铜套旋转；b、对旋转中的铜套表面进行喷丸处理，喷丸时间为15min，所述喷丸为粒径0.02mm的非晶粉末，喷嘴延长线与喷丸在铜套表面冲击点处切线的夹角为60°，喷射方向与铜套旋转方向相同，喷射距离80mm，喷射压力0.8mpa，铜套旋转速度70rpm；c、对旋转中的铜套表面采用机械滚压的方式进行滚压处理，滚压的作用力300n，滚压速度11m/min；d、在冷却辊使用之前，采用超声振动发生器对铜套表面进行超声波处理，抛光预压力90n，频率19khz，硬质滚轮的圆周速度不小于25m/s。经喷丸处理、机械滚压和超声波处理三种工艺处理，降低了冷却辊铜套的表面粗糙度，提高了其硬度和抗疲劳强度，得到的非晶带材表面光洁度好，连续性好，产品的瑕疵少，带材稳定性好，带材厚度均匀性好。

进一步地，所述非晶粉末为铁基非晶粉末。

进一步地，所述超声振动发生器的输出振辐4～5μm。

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

采用本发明的一种非晶制带用铜套及其制备方法，制得的铜套包括外铜套、内铜套及横向高热导率材料层，在使用时外铜套会产生磨损，当达到磨损极限后，仅需更换外铜套，从而重复使用内铜套，节约生产侧壁；由于外铜套和内铜套之间设有横向高热导率材料层，横向高热导率材料层为具有横向高导热率的材料，可使外铜套接收的热量向四周传导，增加了有效散热面积，加强了外铜套的冷却效率，防止局部过热以及内部冷却水气化；由于内铜套采用无氧铜制备而成，利用无氧铜制备的内铜套与冷却水的热交换能力更高的特点，有效提升了本发明制得的铜套的冷却均匀性，而且内铜套内壁上加工开设有槽体，增大了冷却水与内铜套内壁的接触面积，进一步的提高了内铜套与冷却水的热交换能力，使带材质量更加稳定；制得的铜套导热效率较高、具有均匀的冷却性、能够提高非晶纳米晶制带设备的产品合格率，延长了铜套的使用寿命，降低了生产成本，同时克服了现有技术中铬锆铜强度较低、铍铜含有毒元素be的不足。

附图说明

图1为现有技术中铜套结构示意图。

图2为采用本发明的方法制得的铜套结构示意图。

其中，外铜套1，内铜套2，横向高热导率材料层3，槽体4。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解和认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1至图2所示，一种非晶制带用铜套，包括外铜套1及内铜套2，外铜套1包括0-10wt％镍、0-5wt％硅、0-2wt％铬，余量为铜。

作为本发明更进一步的改进，外铜套1包括6-8wt％镍、1-2wt％硅、0.3-0.8wt％铬，余量为铜。

上述的一种非晶制带用铜套的制备方法，作为本发明的改进，包括以下步骤：

a、外铜套1的制备：

a、熔炼和铸造，将原料镍粉、硅粉及铜块放入真空感应炉内进行熔炼，控制熔炼温度在1250～1350℃，其中，原料中镍的质量百分含量为6-8％，硅的质量百分含量为1-2％，铬的质量百分含量为0.3-0.8％，余量为铜；将熔炼好的合金液浇铸得到铸坯，浇铸温度控制在1000～1150℃；

b、锻造：车削铸坯表面的缺陷，将铸坯在750～850℃温度区间内保温2～7小时后进行热锻，制成环，热锻下压率大于等于30％；

c、热处理：将制成的环采用电阻炉加热，进行高温固溶处理，固溶处理的加热温度为850-930℃，固溶处理炉温均匀度控制在±5℃，保温2小时后出炉水淬、急冷，水温控制在40℃以下；高温固溶处理完后，将环放在电阻炉内进行时效热处理，电阻炉加热至450～470℃，并在该温度下保温4小时，然后随炉冷却，当料温降至200℃以下时出炉，空冷至室温，得到外铜套1；

b、内套筒2的制备：采用无氧铜通过熔炼、铸造、锻造、机械加工、热处理工艺制备得到内铜套2，在所述内铜套2的内壁上沿其轴向开设多条均匀布置的槽体4，所述内铜套2的外径大于等于步骤a中制备得到的外铜套1的内径，且所述内铜套2的外径与步骤a制备得到的外铜套1的内径差不大于3mm；

c、在步骤b制备得到的内铜套2外表面均匀粘贴横向高热导率材料层3，所述横向高热导率导热层3为石墨导热片，；

d、将外铜套1受热膨胀或将内铜套2冷却缩小或将外铜套1受热膨胀的同时将内铜套2冷却缩小，至所述外铜套1的内径大于所述内铜套2的外径；

e、将外表面粘贴有横向高热导率材料层3的内铜套2置于外铜套1中，自然冷却，即得非晶制带用铜套。

采用本发明的一种非晶制带用铜套制备方法，制得的铜套包括外铜套1、内铜套2及横向高热导率材料层3，在使用时外铜套1会产生磨损，当达到磨损极限后，仅需更换外铜套1，从而重复使用内铜套2，节约生产侧壁；由于外铜套1和内铜套2之间设有横向高热导率材料层3，横向高热导率材料层3为具有横向高导热率的材料，可使外铜套1接收的热量向四周传导，增加了有效散热面积，加强了外铜套1的冷却效率，防止局部过热以及内部冷却水气化；由于内铜套2采用无氧铜制备而成，利用无氧铜制备的内铜套2与冷却水的热交换能力更高的特点，有效提升了本发明制得的铜套的冷却均匀性，而且内铜套2内壁上加工开设有槽体4，增大了冷却水与内铜套2内壁的接触面积，进一步的提高了内铜套2与冷却水的热交换能力，使带材质量更加稳定；制得的铜套导热效率较高、具有均匀的冷却性、能够提高非晶纳米晶制带设备的产品合格率，延长了铜套的使用寿命，降低了生产成本，同时克服了现有技术中铬锆铜强度较低、铍铜含有毒元素be的不足。

作为本发明更进一步的改进，步骤c中采用粘合剂将横向高热导率材料层3粘贴在内铜套2的外表面上，所述粘合剂能够承受-30～300℃的温度变化，结构牢固可靠。粘合剂为导热硅胶，成本低。

步骤d中将外铜套1在高温液体中浸泡使得外铜套1的内径膨胀至大于内铜套2的外径；或者将内铜套2在低温液体中浸泡使得内铜套2的外径收缩至小于外铜套1的内径；或者将外铜套1在高温液体中浸泡使得外铜套1的内径膨胀的同时，将内铜套2在低温液体中浸泡使得内铜套2的外径收缩，至外铜套1的内径大于内铜套2的外径，安装方便。高温液体优选但不限于高温热油。

步骤e完成后，还可对非晶制带用铜套表面进行加工处理：a、将铜套固定在旋转轴上，并使铜套旋转；b、对旋转中的铜套表面进行喷丸处理，喷丸时间为15min，喷丸为粒径0.02mm的非晶粉末，喷嘴延长线与喷丸在铜套表面冲击点处切线的夹角为60°，喷射方向与铜套旋转方向相同，喷射距离80mm，喷射压力0.8mpa，铜套旋转速度70rpm；c、对旋转中的铜套表面采用机械滚压的方式进行滚压处理，滚压的作用力300n，滚压速度11m/min；d、在冷却辊使用之前，采用超声振动发生器对铜套表面进行超声波处理，抛光预压力90n，频率19khz，硬质滚轮的圆周速度不小于25m/s。经喷丸处理、机械滚压和超声波处理三种工艺处理，降低了冷却辊铜套的表面粗糙度，提高了其硬度和抗疲劳强度，得到的非晶带材表面光洁度好，连续性好，产品的瑕疵少，带材稳定性好，带材厚度均匀性好。非晶粉末为铁基非晶粉末。超声振动发生器的输出振辐4～5μm。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的技术人员应当理解，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神与范围。