CoFeSiB合金熔体抽拉成丝特性研究

论文摘要

熔体抽拉非晶丝由于其独特的原子组态和几何尺寸,拥有良好的磁学和力学性能,在诸多领域具有广阔应用前景。熔体抽拉制备非晶丝过程中,润湿行为和熔潭特性决定了丝材成形能力,进而对后续丝材性能及其应用具有重要影响。因此研究熔体抽拉过程中成丝特性具有重要工程应用价值和意义。本文以Co68.15Fe4.25Si12.25B15.25合金为研究对象,耦合质量守恒、动量守恒、能量守恒方程,同时考虑熔体抽拉非晶丝成丝过程特定的工艺条件,结合流函数Ф的特性,建立了二维熔体抽拉润湿模型,并分析了不同热量传输控制因素和动量传输控制因素下熔体抽拉过程中的润湿行为。利用Fluent软件进行了熔体抽拉熔潭特性数值模拟,详细介绍了熔体抽拉辊轮参数和基本工艺参数对熔潭特性的影响规律,对模拟结果进行相应的理论分析,预测熔体抽拉缺陷形成并在此基础上与实验结果对比。不同轮盘材质下的动态抽拉润湿性:Cu轮<Mo轮<45#钢轮,这与相应基板下静态润湿性结果一致;轮盘材质不变情况下,仅改变辊轮表面与熔融母合金之间的初始静态润湿性,熔潭内部温度和速度无明显改变,熔体抽拉成丝特性基本保持不变;提高轮盘热导率,熔潭内部熔体剩余温度降低,润湿性变差,成丝特性降低。对于熔体抽拉工艺过程,提高轮盘转速,熔池长度和熔体抽拉层厚度减小,可以改善熔体抽拉过程成丝特性。轮盘转速较低时非晶丝表面容易形成瑞利波;轮盘转速过高时易于导致熔体抽拉层断裂而造成非晶丝长度减小。母合金进给速度对熔潭温度和速度分布影响较小;提高轮盘及母合金的初始温度,可以提高熔潭内部剩余温度,有效改善熔体抽拉成丝特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 物理量名称及符号
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 熔体抽拉非晶丝研究现状
• 1.2.1 非晶丝熔体抽拉技术发展过程
• 1.2.2 熔体抽拉研究现状
• 1.3 熔体抽拉成丝特性研究现状
• 1.3.1 润湿研究及熔潭演变过程
• 1.3.2 熔体抽拉理论模型
• 1.3.3 熔体抽拉模拟
• 1.4 选题意义及主要研究内容
• 第2章 实验设备及分析方法
• 2.1 静态润湿
• 2.1.1 母合金成分及其熔炼
• 2.1.2 静态润湿实验
• 2.2 熔体抽拉实验
• 2.3 Fluent 软件介绍
• 2.3.1 求解步骤
• 2.3.2 定义模型
• 2.3.3 参数设置
• 2.3.4 计算结果后处理
• 2.4 热物性参数及工艺参数
• 第3章 熔体抽拉润湿特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 润湿行为基本数学模型及其求解
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 数学模型
• 3.2.3 润湿角求解
• 3.3 计算结果分析
• 3.3.1 热量传输控制因素
• 3.3.2 动量传输控制因素
• 3.4 本章小结
• 第4章 熔体抽拉过程熔潭特性数值模拟
• 4.1 引言
• 4.2 熔体抽拉模型建立及网格剖分
• 4.3 辊轮参数对熔潭温度场和流场的影响
• 4.3.1 轮盘材质
• 4.3.2 轮盘热导率
• 4.3.3 初始静态润湿角
• 4.4 不同工艺参数对熔潭特性影响
• 4.4.1 轮盘转速
• 4.4.2 母合金进给速度
• 4.4.3 轮盘初始温度
• 4.4.4 母合金初始温度
• 4.5 缺陷分析与实验验证
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢