Phương pháp phun băng nguội nhanh lần đầu tiên được thực hiện vào năm 1960 bởi nhóm của P. Duwez ở Viện Công nghệ Califonia (Caltech). Nhóm này đã chế tạo thành công một loạt các hợp kim vô định hình như AuSi, AgCu, AgGe... Đây là kỹ thuật làm hóa rắn nhanh hợp kim nóng chảy. Lúc mới phát minh người ta dùng phương pháp này với mục đích tạo ra dung dịch rắn giả bền cho kim loại, sau đó nó được phát triển để tạo ra hợp kim rắn giữ được cấu trúc của hợp kim nóng chảy, nghĩa là phải rắn nhanh và có dạng băng nên gọi là băng nguội nhanh. Công nghệ phun băng nguội nhanh (rapid cooling, melt-spinning) còn được gọi là phương pháp làm lạnh nhanh hoặc tôi nhanh (rapid quenching) hình 1.8. Phương pháp này sử dụng năng lượng bên ngoài làm nóng chảy vật liệu (quá trình năng lượng hóa tạo ra trạng thái không bền cho vật liệu). Chính nguồn năng lượng đó làm thay đổi trạng thái của vật liệu từ rắn sang lỏng, sau đó vật liệu được làm nguội nhanh để giữ cấu trúc của hợp kim hóa rắn giống như trạng thái của chất lỏng (trạng thái VĐH). Bằng cách đó các tính chất cơ, lý, hóa của vật liệu được tăng cường rất nhiều so với vật liệu ban đầu. Nguyên tắc của phương pháp phun băng nguội nhanh là làm lạnh hợp kim nóng chảy với tốc độ lớn hơn tốc độ làm nguội tới hạn. Để có thể thu nhiệt của vật liệu người ta dùng một trống quay có bề mặt nhẵn bóng, có khả năng thu nhiệt cao (thường là làm bằng đồng), cho quay với tốc độ lớn làm môi trường thu nhiệt của hợp kim nóng chảy. Hợp kim được làm nóng chảy trong một nồi nấu đặc biệt theo phương pháp nóng chảy cảm ứng bằng dòng điện cao tần.
Có 3 loại thiết bị để thực hiện phương pháp phun băng nguội nhanh là: thiết bị phun băng nguội nhanh trống quay đơn trục, thiết bị phun băng nguội nhanh trống quay hai trục và thiết bị phun băng nguội nhanh ly tâm. Trong luận văn này chúng tôi sử dụng phương pháp nguội nhanh đơn trục.
(a) (b)
Hình 1.8. Sơ đồ nguyên lý của hệ phun băng nguội nhanh đơn trục (a) và ảnh chụp
dòng hợp kim nóng chảy trên mặt trống quay (b).
Phương pháp nguội nhanh đơn trục là phương pháp nguội nhanh trên một trống quay được quay với tốc độ cao (hình 1.8a). Hợp kim được phun trên bề mặt trống, nhờ bề mặt nhẵn bóng mà hợp kim được dàn mỏng và được thu nhiệt rất nhanh. Độ dày của băng hợp kim phụ thuộc vào các yếu tố là độ lớn của đường kính vòi phun, áp suất khí đẩy khi phun băng, khoảng cách từ vòi phun đến mặt trống và tốc độ trống quay. Hình 1.8b là ảnh chụp dòng hợp kim nóng chảy trên mặt trống quay. Phương pháp này dễ tiến hành và giá thành thấp nhưng có nhược điểm là dễ xảy ra sự sai khác về cấu trúc cũng như tính chất bề mặt ở cả hai phía của băng hợp kim, đồng thời tính lặp lại về chiều dày của băng hợp kim thường không cao.