Phương phỏp phun băng nguội nhanh lần đầu tiờn được thực hiện vào năm 1960 bởi nhúm của P. Duwez ở Viện Cụng nghệ Califonia (Caltech). Nhúm này đó chế tạo thành cụng một loạt cỏc hợp kim vụ định hỡnh như AuSi, AgCu, AgGe… [34] -[36]. Đõy là kỹ thuật làm húa rắn nhanh hợp kim núng chảy. Lỳc mới phỏt minh người ta dựng phương phỏp này với mục đớch tạo ra dung dịch rắn giả bền cho kim loại, sau đú nú được phỏt triển để tạo ra hợp kim rắn giữ được cấu trỳc của hợp kim
núng chảy, nghĩa là phải rắn nhanh và cú dạng băng nờn gọi là băng nguội nhanh. Cụng nghệ phun băng nguội nhanh (rapid cooling, melt-spinning) cũn được gọi là phương phỏp làm lạnh nhanh hoặc tụi nhanh (rapid quenching) hỡnh 1.11. Phương phỏp này sử dụng năng lượng bờn ngoài làm núng chảy vật liệu (quỏ trỡnh năng lượng húa tạo ra trạng thỏi khụng bền cho vật liệu). Chớnh nguồn năng lượng đú làm thay đổi trạng thỏi của vật liệu từ rắn sang lỏng, sau đú vật liệu được làm nguội nhanh để giữ cấu trỳc của hợp kim húa rắn giống như trạng thỏi của chất lỏng (trạng thỏi VĐH). Bằng cỏch đú cỏc tớnh chất cơ, lý, húa của vật liệu được tăng cường rất nhiều so với vật liệu ban đầu [34], [35].
Khớ Ar
Hợp kim núng chảy Lũ cảm ứng
Trống đồng
Băng nguội nhanh
(a) (b)
dũng hợp kim núng chảy trờn mặt trống quay (b).
Nguyờn tắc của phương phỏp phun băng nguội nhanh là làm lạnh hợp kim núng chảy với tốc độ lớn hơn tốc độ làm nguội tới hạn. Để cú thể thu nhiệt của vật liệu người ta dựng một trống quay cú bề mặt nhẵn búng, cú khả năng thu nhiệt cao (thường là làm bằng đồng), cho quay với tốc độ lớn làm mụi trường thu nhiệt của hợp kim núng chảy [35]. Hợp kim được làm núng chảy trong một nồi nấu đặc biệt theo phương phỏp núng chảy cảm ứng bằng dũng điện cao tần.
Cú 3 loại thiết bị để thực hiện phương phỏp 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 tõm.
• Kỹ thuật nguội nhanh đơn trục
Kỹ thuật nguội nhanh đơn trục là kỹ thuật nguội nhanh trờn một trống quay được quay với tốc độ cao (hỡnh 1.11a). Hợp kim được phun trờn bề mặt trống, nhờ bề mặt nhẵn búng mà hợp kim được dàn mỏng và được thu nhiệt rất nhanh. Độ dày của băng hợp kim phụ thuộc vào cỏc yếu tố là độ lớn của đường kớnh vũi phun, ỏp suất khớ đẩy khi phun băng, khoảng cỏch từ vũi phun đến mặt trống và tốc độ trống quay. Hỡnh 1.11b là ảnh chụp dũng hợp kim núng chảy trờn mặt trống quay. Kỹ thuật này dễ tiến hành và giỏ thành thấp nhưng cú nhược điểm là dễ xảy ra sự sai khỏc về cấu trỳc cũng như tớnh chất bề mặt ở cả hai phớa của băng hợp kim, đồng thời tớnh lặp lại về chiều dày của băng hợp kim thường khụng cao [60].
• Kỹ thuậtnguội nhanh hai trục
Kỹ thuật nguội nhanh hai trục (hỡnh 1.12) là kỹ thuật sử dụng hai trống quay đặt tiếp xỳc với nhau và quay ngược chiều nhau.
Hỡnh 1.12. Sơ đồ nguyờn lý thiết bị phun băng trống quay đụi [8].
Hợp kim được làm lạnh giữa hai khe của bề mặt trống, vừa bị làm lạnh vừa bị cỏn ộp nờn cú độ dày rất chuẩn xỏc (chỉ phụ thuộc vào khoảng cỏch giữa hai trống) đồng thời tớnh chất hai bề mặt sai khỏc rất ớt. Nhưng điểm khú của kỹ thuật này là tớnh đồng bộ giữa hai trống quay. Điểm quan trọng của kỹ thuật nguội nhanh hai trục là chế tạo cỏc trống quay trờn mỗi trục phải cực kỳ chớnh xỏc (độ rung của bề mặt trống rất thấp chỉ cỡ vài micromet),
Hỡnh 1.13. Phương phỏp nguội nhanh ly tõm [2].
• Kỹ thuậtnguội nhanh ly tõm
Kỹ thuật nguội nhanh ly tõm (hỡnh 1.13) là kỹ thuật sử dụng đĩa quay với tốc độ lớn thay cho trống đồng trong hai kỹ thuật trờn. Hợp kim lỏng được phun trờn mặt đĩa và được làm lạnh (đụng cứng) khi tiếp xỳc với bề mặt đĩa quay, trong kỹ thuật này
đĩa quay là mụi trường thu nhiệt nhanh. Vỡ đĩa quay với tốc độ lớn nờn hợp kim bị văng ra do tỏc dụng của lực ly tõm [2].
Trong kỹ thuật phun băng nguội nhanh bề mặt của cỏc trống quay hay đĩa quay phải được xử lý rất sạch và nhẵn. Cỏc trống hay đĩa thường được chế tạo bằng cỏc kim loại cú khả năng thu nhiệt nhanh và ớt bị ụxi húa. Vật liệu phổ biến được dựng là hợp kim của đồng. Để chế tạo cỏc băng hợp kim đặc biệt chứa cỏc kim loại dễ bị ụxi húa như băng hợp kim từ cứng, người ta đặt cả hệ trong mụi trường bảo vệ (được hỳt chõn khụng cao hoặc được nạp cỏc khớ bảo vệ).
Mỗi thiết bị đều cú ưu nhược điểm riờng mà tựy yờu cầu sử dụng mà ta chọn thiết bị nào cho phự hợp. Tuy vậy, kỹ thuật phun băng nguội nhanh trống quay đơn trục vẫn được dựng nhiều nhất.