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KR101786648B1 - 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템 및 방법 - Google Patents

비정질 합금 리본을 처리하는 시스템 및 방법 Download PDF

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KR101786648B1
KR101786648B1 KR1020127015638A KR20127015638A KR101786648B1 KR 101786648 B1 KR101786648 B1 KR 101786648B1 KR 1020127015638 A KR1020127015638 A KR 1020127015638A KR 20127015638 A KR20127015638 A KR 20127015638A KR 101786648 B1 KR101786648 B1 KR 101786648B1
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heat treatment
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브루노 프랜코어
피에르 쿠티르
Original Assignee
하이드로-퀘벡
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Abstract

방법 및 시스템은 만곡된 형상으로 포워딩하는 강자성 비정질 합금 리본을 연속적으로 인라인 어닐링하여 리본이 취성이 있는 것을 야기하지 않고 자기 특성을 향상시키며, 유효한 높은 리본 공급 속도로 작동한다. 비정질 합금 리본은 미리설정된 공급 속도로 경로를 따라 피드포워딩되고, 텐셔닝되며, 안내되고, 열처리를 개시하는 온도까지 103℃/s보다 큰 속도로 경로를 따르는 일 지점에서 가열된다. 이어서 리본은 열처리가 완료될 때까지 초기에는 103℃/s보다 큰 속도로 냉각된다. 열처리 동안에, 일련의 기계적 구속들이 열처리가 완료된 이후에 비정질 합금 리본이 정지된 특정한 형상을 채택할 때까지 리본에 적용된다. 초기 냉각 이후에, 이어서 비정질 합금 리본은 특정한 형상을 유지할 온도까지 충분한 속도로 냉각된다.

Description

비정질 합금 리본을 처리하는 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR TREATING AN AMORPHOUS ALLOY RIBBON}
본 발명은 일반적으로 비정질 재료에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 또한 맨드릴에 권취되고 처리된 연성 비정질 합금 리본으로부터 자성 코어를 생산하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
철-계 비정질 합금은 배전 트랜스포머 코어, 펄스 전력 코어 및 다른 아이템의 제조와 같은 적용에 소프트한 자기 특성을 위해 시도된다. 본 문헌에서 철-계 합금은 주로 다양한 작은 비율의 다른 금속들로 합금된 철이다. 이들은 시간당 100㎞에 근접한 속도로 주조된 용융 합금의 스트림(stream)의 연속적이고 신속한 응고에 의해 제조된다. 약 106℃/s의 주조 냉각 속도로, 합금 원자 구조는 비-결정 상태(비정질)로 응고된다. 적절한 원자 조성으로, 우수하고 소프트한 자기 특성을 갖는 비정질 합금 리본이 생산될 수 있다. 특히, 이들은: 여기서 Bsat라 불리는, 높은 자기 유도 포화 레벨; 높은 투과성; 낮은 보자력; 낮은 여진 전력; 및 꽤 낮은 철손(core loss)을 제공한다. 배전 트랜스포머를 설계할 때. 합금 시트 후보는 일단 피크 자기 유도 레벨(B) 및 여기서 B80으로 불리는, 80A/m까지의 피크 인가 AC 자기장에서 획득된 연관된 철손을 고려함으로써 코어를 형성하도록 적층되거나 권취된다면 평가될 수 있다. 이런 필드 위의 값에서 획득된 특성들이 양호하더라도, 합금을 덜 끌어당기게 하면서, 이에 따른 과도한 여자 전력을 요구할 것이다. 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때 비정질 합금의 자기 특성은 또한 B80/Bsat 비율을 고려함으로써 평가될 수 있다. 1에 근접한 B80/Bsat 비율은 손쉬운 자화를 나타내려고 한다. 높은 B80을 갖는 자기 코어로 생산된 트랜스포머는 더 작을 것이고 비용을 덜 소모할 것이다. 경험 법칙으로서, 약 1.3 테슬라보다 큰 B80을 갖는 비정질 합금 코어는 배전 트랜스포머의 제조에 있어 종래의 방향성 3% 규소강을 대체할 가치가 있다. 게다가, 철-계 비정질 합금은 규소강의 철손의 약 3분의 1을 생산한다. 또한, 비정질 합금 리본을 생산하는 단일 단계 연속 주조 방법은 더 큰 장비들 및 더 넓은 바닥 면적을 요구하고 방향성 규소강을 생산하는 데에 포함된 주조, 어닐링(annealing), 담금질, 압연, 탈탄 및 코팅 단계와 비교될 때 더 단순하고 더 값싸다는 장점을 갖는다. 철-계 비정질 합금은 주된 구성 성분인 철에 대한 상대적인 낮은 비용 때문에 모든 비정질 합금들 중에서 가장 값싸다. 하지만 신속한 응고 공정으로, 비정질 합금의 생산은 다양한 폭들의 꽤 얇은 리본으로 제한된다. 따라서 더 많은 취급은 자기 코어를 구축할 때 증가된 개수의 레이어들을 적층하는 것이 요구된다. 더욱이, 비정질 합금의 자기 특성은 내부 기계적 응력에 대해 상당히 민감하다. 철손 및 여진 전력은 합금에서 임의의 응력의 존재에 있어 악화시킨다. 이런 응력의 기원은 잔류하거나 또는 적용된다. 잔류 응력은 리본 주조 동안에 나타나고, 적용된 응력은 리본을 구부리거나 또는 적층함으로써 도입된 외력으로부터 생산된다. 따라서 이런 응력은 최종 구성을 코어 또는 적어도 어느 정도까지 수용되는 것으로 채택할 때 리본으로부터 제거되어야 한다. 비정질 합금 리본으로부터 응력 제거는 일반적으로 미리결정된 양의 시간 동안 상승된 온도의 용광로에서 재료를 어닐링함으로써 달성된다. 또한, 만약 어닐링 처리 동안에, 합금에 리본 길이방향 축의 방향으로 균일한 자기장 또는 인장 응력이 가해진다면, 철-계 비정질 합금 리본의 유용한 자기 특성이 생성된다. 필드(field) 또는 응력 어닐링은 보자력을 감소시키고 단축 자기 이방성을 유도한다. 필드 어닐링으로, 최종적인 자기 이방성은 적용된 필드에 평행하게 배향되는 반면에, 응력 어닐링으로, 최종적인 자기 이방성은 합금 조성에 따라 평행하거나 또는 수직이다. 필드 또는 응력 어닐링은 B80 및 B80/Bsat 비율을 증가시킬 것이다. 플럭스 경로를 따르는 적용된 자기장을 갖는 비정질 합금 코어의 용광로 어닐링은 배전 트랜스포머를 위한 향상된 자기 코어를 생산하는 데에 광범위하게 사용된다. 리본은 유도된 자기 플럭스의 순환 경로를 따라 배향된 길이방향 축을 갖도록 코어 내에 위치된다.
비정질 합금을 어닐링할 때, 어닐링 온도 및 어닐링 시간을 증가시키는 것은 결국 시도된 자기 특성들의 손실 및 원자 구조의 결정화의 시작(onset of crystallization)으로 이어질 것이다. 비정질 합금에서 결정화의 시작은 온도-시간-변태(temperature-time-transformation; TTT) 현상이다. 예를 들어, 배전 트랜스포머에서 코어 작동 온도에서 결정화의 시작에 대한 시간은 트랜스포머의 수명을 넘어 제대로 존재해야 한다. 어닐링 처리에서, 결정화의 시작에 대한 시간은 가열 온도 상승률, 어닐링 온도 레벨 및 소킹 시간(soaking time), 및 냉각 온도 하락률에 의해 영향받게 될 것이다. 짧은 소킹 시간과 조합된 높은 가열 온도 속도 및 냉각 온도 속도는 더 높은 어닐링 온도의 사용을 허용할 것이다.
공칭 화학 물질(nominal chemistry) Fe80B11Si9(상기 숫자는 원자 백분율이다)을 갖는, 히타치-금속으로부터의 비정질 합금 리본 Metglas 2605SA1은 50㎐ 및 60㎐의 전기 AC 주파수로 트랜스포머 및 인덕터를 포함하는 많은 어플리케이션에서 광범위하게 사용된다. 이런 합금은 1.56 테슬라의 Bsat을 갖는다. 외측에 적용된 자기장 또는 인장 응력 하에서 용광로 어닐링하였을 때, 합금은 적용된 필드 또는 응력에 평행한 자화의 용이축을 획득할 것이다. 리본이 적층되거나 권취되어 코어들을 형성하고, 이어서 2시간 동안 350℃에서 필드 어닐링될 때, 합금은: 1.49 테슬라의 B80; 0.95의 B80/Bsat 비율; 및 1.3 테슬라의 자기 유도에서 60㎐에서 0.27W/㎏보다 낮은 철손을 갖는다. 이런 값들은 IEEE Transactions on Mgagnetics, 44권, 11호, 4104쪽 내지 4106쪽에서 "Audible Noise From Amorphous Metal and Silicon Steel-Based Transformer Core"로 명명된 논문, 및 2006년, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 304권, 187쪽 내지 191쪽에서 발행된 "Advanced in amorphous and nanocrystalline magnetic materials"로 명명된 논문에서, 합금 제조업자에 의해 보고되었다. 또한, 미국 특허 5,873,954호는 이러한 낮은 철손의 이익을 위하여, 2605SA1 합금은 도 2a에 도시된 바와 같이 330℃ 내지 380℃ 사이의 온도에서 2 시간 동안 적용된 자기장 하에서 어닐링되어야 한다는 것을 교시한다. 최소 철손이 350℃ 내지 360℃ 사이의 어닐링 온도에서 획득된다. 대안적으로, 특허는 비정질 합금의 자기 특성의 향상이 응력-어닐링에 의해 획득되었다는 참조를 나타낸다. 하지만, 언급된 참조에서 인장 응력 어닐링을 위한 샘플 구성은 변함없이 평평한 스트립(strip)이어 왔다. 따라서, 특허의 발명자는 실시가 불가능한 비정질 합금 코어 트랜스포머의 생산에 있어 응력 어닐링의 사용을 고려한다. 390℃보다 높은 Metglas-SA1을 용광로 어닐링하려고 하는 것이 합금의 결정화의 시작으로 이어질 것인데, 이에 의해 Proceeding of the 2009 8th WSEAS International Conference on Instrumentation, Measurement, Circuit and System, 171쪽 내지 175쪽, "Effect of the annealing Temperature on Magnetic property for Transformer with Amorphous Core"로 명명된 논문에서 Hsu 등에 의해 보고된 바와 같이 자기 특성의 악화로 이어질 것이다.
더 최근에 미국 특허 출원 2006/0180248호에서, 화학적 조성물 FeaBbSicCd(80<a<84, 8<b<18, 0<c≤5 및 0<d≤3, 숫자는 원자 백분율이다)을 갖는 철-계 비정질 합금이 확인되었다. 합금은 1.60 테슬라보다 큰 포화 자기 유도를 달성하되, 합금은 2605SA1 재료에 요구된 온도보다 낮은 300℃ 내지 350℃의 온도에서 어닐링되도록 열처리된다. 화학적 조성물에 포함되는, 공칭 화학 물질 Fe81.8B15.8Si2.1C0.3을 갖는 히타치-금속으로부터의 새로운 Metglas 2605HB1 합금 리본은 1.65 테슬라의 Bsat를 갖는다. 리본이 적층되거나 권취되어 코어들을 형성하고, 이어서 1시간 동안 320℃에서 필드 어닐링될 때, 합금은: 1.55 테슬라의 B80; 0.95의 B80/Bsat 비율; 및 1.3 테슬라의 자기 유도에서 60㎐에서 0.24W/㎏보다 낮은 철손을 가지며, 이는 상업적으로 이용가능한 SA1 재료에 걸친 향상이다. 이런 값들은 상기에 인용된 논문들에서 합금 제조업자에 의해 보고되었다.
하지만, 대부분의 철-계 비정질 자기 합금 리본들의 용광로 어닐링은 리본 기계적 구조에 원치않는 영향을 미친다. 용광로 어닐링 처리는 취성이 있게 되고 이에 따라 리본 취급을 복잡하게 하는 합금을 약화시킨다. 더욱이, 비정질 합금 코어는 어닐링 이후에 외측 응력에 대하여 상당히 민감하게 남는다. 따라서 주의가 허용가능한 한도 내에서 성능을 유지하기 위하여 이런 응력들을 제한하도록 취해져야 한다. Metglas 2605SA1 및 2605HB1은 종래의 필드 용광로 어닐링 공정을 따르면서 취성이 있는 것으로 공지되고, 자기 특성은 적용된 응력에 대하여 꽤 민감하다.
비정질 합금 리본으로 배전 트랜스포머 자기 코어를 제조하는 하나의 공지된 방법은 제너럴 일렉트릭에 의해 다수의 특허들에서 개시되었다. 미국 특허 4,789,849호, 5,050,294호, 5,093,981호 및 5,310,975호는 상기에 언급된 비정질 합금에 관련된 모든 특이성들을 다루는 비정질 합금 직사각형-권취-절단(rectangular-wound-cut) 코어 배전 트랜스포머를 제조하는 데에 포함된 단계들을 개시한다. 기본적으로, 다중의 비정질 리본들은 동시에 공급 코일로부터 풀리고 포개지며 이어서 다시 권취되어 함께 마스터 코일을 생산한다. 이어서 다중의 마스터 코일들은 복합 스트립들의 패킷(packet)을 생산하도록 적절하게 엇갈린 위치에서 연속적으로 적층되는 점진적으로 감소된 길이의 세그먼트들로 전단 블레이들에 의해 절단되면서 포워딩되고 중단되며 정지되어 유지되는 복합 스트립을 형성하도록 풀리고 포개진다. 이어서 다중의 패킷들은 연속적으로 지지 프레임 상에서 상호 간에 피기백(piggyback)에 포장된다. 충분한 개수의 패킷들이 포장된 이후에, 종래의 규소강 시트는 함께 고정된 양 종단들로 형성된 코어 주위에 포장된다. 이어서 프레임은 제거되고 제 2 규소강판은 코어 윈도우 내에서 내측 패킷벽에 부착되어 코어가 내측에서 무너지는 것을 방지한다. 하기의 단계에서, 코어는 클램프로 직사각형 형상으로 재형성되고, 수 시간 동안에 외측 자기장을 적용시키면서 용광로에서 배치(batch) 어닐링된 이후에, 지지 부재들 및 스트랩들로 제자리에 고정된다. 어닐링이 완료될 때, 코팅은 조인트들이 함께 라미네이션을 고정하도록 위치되는 영역를 제외하고 코어의 측면 엣지 상에 도포되고, 스트랩 및 지지 부재들이 제거된다. 결국, 전기 코어 주위에서 코어 레이싱(lacing)은 U형상을 형성하도록 코어를 수동으로 개방함으로써 수행되고, 미리형성된 직사각형 전기 코일의 원도우를 통해 코어를 슬라이딩하고 이어서 연장된 랩핑된 세트(lapped set)들을 개별적으로 폐쇄하고 결합함으로써 코어를 직사각형 형상으로 재-형성함으로써 수행된다. 코어 라미네이션(lamination)이 어닐링 공정으로부터 취성이 있게 되기 때문에, 전기 코일 주위에서 코어 레이싱은 어떠한 파손된 프래그먼트(fragment)가 단락 장애(short circuit failure)로 이어질 수 있는 전기 코일 안으로 이런 방법을 발견하지 않는다는 것을 보장하도록 상당한 주의를 갖고 달성되어야 한다. 전체적으로, 비정질 합금 리본으로부터 직사각형-권취-절단 코어 배전 트랜스포머를 제조하는 공지된 공정은 상당한 양의 불연속적인 단계를 포함하고, 이는 많은 시간 및 바닥 면적을 요구한다. 이러한 직사각형-권취-절단 코어 배전 트랜스포머의 제조는 배전 트랜스포머 제조 공장에서 실현된다. 이는 현저하게 트랜스포머 비용을 증가시키는 데에 기여한다.
비정질 합금 리본으로 배전 트랜스포머를 생산하는 대안은 미국 특허 5,566,443호에서 Allan 등에 의해 개시된다. 이런 특허에서, 다수의 전기 코일들이 미리형성되고, 각각은 원형 섹터의 형상을 갖는 부분을 갖는다. 이어서 미리형성된 코일들은 함께 조립되어 이들의 부분들이 원형 림(limb)을 형성하도록 조합하고, 자기 코어를 구성하기 위하여 원형 코어를 생산하도록 연속적인 얇은 비정질 합금 리본은 원형 림 주위에 위치된 원형 중공 맨드릴(mandrel)에 권취된다. 권취되기 이전에, 비정질 합금 리본은 예전에는 원형 중공 맨드릴에 대해 말하자면 동일한 외경을 갖는 제 2 원형 맨드릴 상의 자기 포화 하에서 어닐링되어 왔고, 이에 따라 맨드릴들 사이에서 어닐링된 리본의 이동을 요구한다. 상기의 공지된 절단된 코어 트랜스포머에서 절단과 관련된 전력 손실이 회피된다는 것이 믿어진다. 비정질 합금 리본의 권취-이후-어닐링(rolling-up-after-annealing)은 분명히 롤에 약간의 응력을 도입할 것이고, 이는 약간의 추가적인 철손을 도입할 것이다. 하지만, 가치있는 장점은 비정질 합금 원형-권취-미절단(circular-roll-uncut) 코어 구성을 갖는다는 점에서 달성되도록 전체적으로 도입된 응력은 현저하게 작을 것이라는 것이 믿어진다. 원형-권취-미절단 코어 트랜스포머로, 직사각형-권취-절단 코어 트랜스포머를 제조하는 데에 관련된 상기의 언급된 단점들 모두가 회피된다는 것이 또한 믿어진다. 더욱이, 원형 코어는 코어 및 코일들 크기 및 중량을 감소시키는 자기 플럭스를 위한 더 짧은 평균 경로 길이를 제공한다. 비록 이런 트랜스포머가 절단 코어 트랜스포머보다 생산하기 위하여 더 단순하더라도, 많은 불연속 단계들이 여전히 코어의 제조에 있어 포함되고, 이는: 코어를 형성하도록 권취되고; 자기 포화 하에서 용광로에서 코어를 어닐링하며; 전기 코일들의 림 주위에 코어를 형성하도록 다시 리본을 풀고 권취한다. 또한, 어닐링된 비정질 합금 리본의 직접적인 이동은 리본이 원형 코어에서 동일한 레이어 위치로 다시 권취되지 않기에 증가된 철손을 야기할 불필요한 굽힘 응력을 도입할 것이다(제 1 외측 레이어는 제 1 내측 레이어가 되고, 그 반대이다). 이는 Alexandrov에 의한 미국 특허 4,906,960호에서 교시된 바와 같이 우선 중간 맨드릴 상의 리본을 이동함으로써 극복될 수 있으나, 이런 기술은 코어의 제조에 있어 다른 단계를 추가한다.
상기에 설명된 바와 같은 비정질 합금 원형 코어의 권취-이후-어닐링이 비록 겉으로는 단순하더라도 어려운 작업으로 남아 있다. 합금이 현저한 양의 시간 동안 어닐링될 때 취성이 있게 된다는 사실은 전기 코일의 림 주위에서 다시 권취되는 것을 필요로 할 때 더 편리하게 한다. 미국 특허 4,668,309호에서 Silgailis 등은 초당 0.3미터까지의 속도로 중량이 약 50㎏인 용광로 어닐링된 원형 코어의 철-계 비정질 합금 리본을 다시 풀고 권취하는 각각의 시도에서, 리본은 60번보다 많이 파손된다는 것을 특허의 표 2에서 입증하였다. 이들은 또한 더 짧은 시간의 기간 동안에 더 높은 온도에서 용융 주석 배스에서 코어를 어닐링하는 것이 종래의 용광로 어닐링으로부터만큼 연성을 많이 열화시키지 않는다는 것을 개시된 발명에서 청구하였다. Silgailis 등은 중량이 약 18㎏이고 이의 방법에 의해 어닐링된 원형 코어들이 18번보다 많이 리본을 파손시키고 초당 0.76미터의 속도로 다시 풀리고 권취된다는 것을 표 2에서 도시하였다. 만약 Silgailis 등이 어닐링 방법으로 파손의 횟수를 현저하게 감소시킬 수 있었다면, 이는 용납할 수 없는 것으로 남는다. 권취되는 동안에 단지 한 번의 리본 파손을 접하는 것은 조립 라인 도처에서 스캐터링될(scattered) 것이고 전기 코일 내에 이를 수 있는 초소형 프래그먼트를 내보낼 수 있고, 이는 이어서 클린-업(clean-up)을 위한 생산에 있어 중단 및 코일이 폐기되어야 하는지 그렇지않는지 하는 결정을 요구한다. 리본의 권취가 우선 중간 맨드릴에서 수행되어야 할 때, 작업이 더 어렵게 된다. 코일 주위에서 코어의 어닐링-이후-권취(annealing-after-rolling)는 문제점을 극복할 수 있으나, 이는 값비싼 비용의 트랜스포머를 제공하는 코일들에서 고온 절연 재료의 사용을 요구할 것이다. 비정질 합금 리본의 권취-이후-어닐링 및 어닐링-이후-권취 모두가 중이온 융합(heavy ion fusion; HIF) 드라이버를 위한 대형 원형 코어들을 생산하도록 고려되었다. HIF 코어는 코어에서 계면 절연의 사용을 요구하는 극도로 짧은 시간에서 대형 플럭스 스윙(swing)을 유지해야만 한다. 만약 권취-이후-어닐링이 고온 절연 재료의 사용을 회피할 것이라면, 리본의 취화로 인한 비현실적이라는 것이 고려되었고, 고온 저항 절연을 포함하는 코어의 어닐링-이후-권취는 오히려 IEEE Proceedings of 1993 Particle Accelerator Conference, 1권, 656쪽 내지 660쪽, L.L. Reginato, "Induction Accelerator Development for Heavy Ion Fusion", 및: IEEE 1999 12th International Pulsed Power Conference, 1권, 393쪽 내지 396쪽, R.R. Wood, "Exciting New Coating For Amorphous Glass Pulse Cores", 및: 2002년, The American Physical Society, Physical Review Special Topics - Accelerators and Beams, 5권, 080401, A.W. Molvik. "Induction Core Alloys for Heavy-ion Inertial Fusion-energy Accelerators"와 같은 논문들에서 보고된 바와 같이 채택되었다. 필드 용광로 어닐링된 비정질 합금 리본 코어의 권취-이후-어닐링으로 제조된 원형 코어 배전 트랜스포머의 생산은 합금의 취화로 인해 비현실적이고, 이에 따라 제조업자들은 상기에 설명된 바와 같은 필드-용광로 어닐링된 직사각형-권취-절단 코어 설계를 구축하고 있다.
열 어닐링에 의해 유도된 철-계 비정질 합금의 열 취화는 Journal of Non-Crystalline Solids, 354권, 882쪽 내지 888쪽에서 2008년에 발행된 "Thermal embrittlement of Fe-based amorphous ribbons"로 명명된 논문에서 Kumar 등에 최근에 설명된 바와 같이 긴 시간 동안 되풀이하는 문제점이어 왔다. 비정질 합금 리본은 1988년, Materials Science and Engineering, 98권, 491쪽 내지 493쪽, A.R. Yavari, "Absence of Thermal Embrittlement in some Fe-B and Fe-Si-B Alloys"로 명명된 논문에서 보고된 바와 같은 연성이 있는 온도보다 크고 취성이 있는 온도 보다 작은 부여된 온도(Tdb°)에서 연성-대-취성 전이(ductile-to-brittle transition)를 도시한다. 담금질된 철-계 비정질 합금 리본이 정상 실온(20℃ 내지 25℃)보다 낮은 Tdb°를 갖는다는 사실은 정상 실온에서 관찰된 연성을 설명한다. 부여된 온도에서 연성의 정도는 리본이 파손되거나 균열되는 굽힘 반경을 관찰함으로써, 또는 리본이 어떻게 전단 절단 또는 인열에 대응되는지를 관찰함으로써 추정될 수 있다. 높은 정도의 연성을 갖는 어닐링된 리본은 파손 문제를 완화시킬 것이고 어닐링 이후에 권취될 수 있다. 열 어닐링을 따르는 대부분의 철-계 비정질 합금 리본의 취화는 합금 조성에 따른 온도-시간-변태(TTT)에 연관된 Tdb°의 증가에 관련된 것으로 믿어진다. 연성을 유지하기 위하여 취급 온도보다 작은 Tdb°를 유지하는 것이 달성하기 위한 목표이다. 철-계 비정질 합금의 취화는 어닐링 동안에 TTT 현상이기 때문에, 일단 어닐링 처리를 따르면서 획득된 코어 자기 특성은 만족스럽거나 예상된 결과 내에 존재한다면 어닐링된 리본의 연성의 정도는 이에 따라 상승되어야만 하고, 그렇지 않으면 어닐링 처리는 불완전하고 연성의 정도가 오도된다. 더 높은 어닐링 온도에서 더 짧은 어닐링 시간은 더 큰 연성을 갖는 비정질 합금을 산출하는 것으로 믿어진다. Silgailis 등은 취성이 감소될 수 있는 더 짧은 시간 동안 더 높은 온도에서 용융 주석에서 어닐링된 철-계 비정질 합금 리본 코어들로 도시하였다. 하지만, 코어 내에서 열 전달 능력에 있어 한계로 인해 어닐링 시간을 단축하려고 하는 것에 있어 한계가 존재한다. 더 높은 열 전달 능력은 이동 경로의 부분을 따라 단일 포워딩된 리본을 인라인 열처리함으로써 가능하게 된다.
열 취화없이 비정질 합금 리본의 인라인 어닐링은 분석되어 왔다. 비정질 합금의 이해, 이의 어닐링 동역학 및 이와 연관된 취화는 미국 특허 4,482,402호, 및 1984년 7월, IEEE Transactions on Magnetics, Mag-20권, 4호, 564쪽 내지 569쪽에서 발행된 "A New Method for Stress Relieving Amorphous Alloys to Improve Magnetic Properties"로 명명된 논문에서 Taub에 의해 제안되어 왔다. 문헌은 비정질 합금의 성질, 생산하는 방법, 배전 트랜스포머에서 적용을 위한 이런 합금들의 일부 클래스들의 양호한 자기 특성에 대한 일반적인 설명을 부여하고, 가장 중요하게는, 자기 특성으로부터의 이익을 얻는 물질을 응력을 완화시킬 필요성을 개시한다. Taub에 따라, 비정질 합금에서 기계적 응력 완화는 흐름 및 구조적 완화의 지배를 받는다. 흐름은 응력에 대한 균질 변형을 나타내고, 구조적 완화는 평형 구성을 향하는 원자 구조 변화이다. Taub는 4행, 9열 내지 15열에서 "나는 흐름 및 구조적 완화의 경쟁 물질 공정이 비정질 금속에서 소프트한 자기 특성의 성장을 최적화하기 위하여 감안되어야만 한다는 것을 발견하여 왔다. 특히, 흐름은 최대화되어야만 하고, 구조적 완화는 최소화되어야만 한다. 일단이런 상태가 최종 형상에서 비정질 금속으로 획득된다면, 이런 상태가 유지되어야만 한다"를 명시한다.
비정질 합금에서 상승된 온도에서 더 낮은 점도는 더 낮은 흐름 저항성을 제공하고, 이는 응력이 완화되도록 하나, 한편으로는, 구조적 완화를 허용하는 것으로 믿어지고, 이는 상기 온도에서 시간에 따라 점도를 증가시키고 또한 이에 따라 원자 구조가 평형 구성을 채택하는 경향이 있기에 흐름 저항성을 증가시킨다. 점도 및 시간에 따른 점도 증가율 모두의 Tg°(유리 전이 온도)보다 작은 온도에서 온도 의존성이 아레니우스 법칙을 거의 따르는 것으로 믿어진다. 구조적 완화는 응력 완화 어닐링의 회피할 수 없는 순서로서 고려되고, 이는 리본의 취화에 책임이 있는 것으로 믿어진다. 따라서, 종래 기술은 어닐링된 점성 리본을 갖기 위하여 너무 많은 구조적 완화를 허용하지 않고 비정질 합금을 응력 완화시키는 것이 바람직하다는 것을 제안한다. 이는 리본의 취급 온도보다 작은 온도에서 결과적인 Tdb° 증가를 유지하는 것에 상응할 것이다.
Taub는 합금을 응력 완화시키는 반면에 최소화된 구조적 완화의 이익을 획득하는 방법은 더 짧은 시간 동안에 더 높은 어닐링 온도에 가능한 한 신속하게 가열하고, 어닐링 온도로부터 현저하게 신속하게 합금을 냉각시켜 유효한 추가적이고 유해한 구조적 완화를 방지하는 것임을 교시한다. 또한 Taub는 "최종 구성에 도달한 이후 때까지 리본은 가열되지 않는다는 것이 필수적이고; 그렇지 않으면, 구조적 완화는 모든 권취 응력이 적용되기 이전에 시작될 것이다[...]"라고 10행, 8열 내지 13열에 추가한다, 따라서 구조적 완화는 신속 어닐링 조건에서 최소화될 수 있는 비정질 합금 어닐링 공정의 부정적인 부작용인 것으로 믿어진다.
Taub는 미리결정된 형상의 포워딩된(forwarded) 리본 상에 인라인 어닐링을 수행하는 방법 및 장치를 개시하였다. 이런 장치에서, 열원, 예를 들어, 가열 빔(heat beam)은 가열 매체와 직접 접촉하거나; 또는 저항 자체-발열(self-heating)은 최종 구성을 획득한 이후에 (300℃/분보다 큰) 높은 온도 상승률로 리본을 가열한다. 이어서 리본은 리본에서 어닐링된-그대로의 응력-없는(as-annealed stress-free) 구조를 동결하기 위하여 여전히 최종 구성으로 존재하는 반면에 가열 영역의 면적을 리본이 빠져나온 이후에 냉각 매체, 예를 들어 공기 또는 질소와 같은 불활성 기체의 제트 또는 액체 급랭제(liquid quenchant)의 스트림을 즉시 리본에 공급함으로써 신속하게 냉각된다. 장치는 코일을 형성하도록 이어서 권취되었던 철-계 비정질 합금 리본 Fe81.8B14.8Si4에서 시험되었다. 26 ㎝/m(0.5 ㎝/s)의 최대치까지의 리본 공급 속도를 위하여, 보고된 결과는 0.80보다 큰 (테슬라 대신에 에르스텟(Oersted)을 사용하는 B1/B100에 문헌에서 동등한) B80/Bsat 비율 및 1.4 테슬라(14kG)의 AC 자기 유도에서 1.45 VA/㎏(0.66 VA/lb)보다 낮은 여진 전력 및 0.28 W/㎏(0.13 W/lb)보다 낮은 철손을 보인다. 보고된 B80/Bsat 비율은 코일에서 약간의 응력의 존재를 고려하면 양호하다. 26 ㎝/m(0.5 ㎝/s)보다 커서는, 자기 특성은 더 악화된다. Taub는 또한 500℃/min의 가열 속도를 달성하는 것을 보고한다. 이런 장치로 어닐링된 철-계 비정질 합금 시편의 취성 또는 연성의 결과적인 정도는 수량화되지 않는다.
미국 특허 4,288,260호에서 Senno 등은 고정된 가열체에 접촉하여 슬라이딩하거나 또한 압박 롤러(urging roller)에 의한 가열 롤러의 표면에 대하여 가압되는 표면으로 1 내지 50 ㎝/sec의 범위에서 미리결정된 속도로 인장 응력 하에서 연속적으로 공급된 비정질 합금 리본을 열처리하는 장치를 청구하였고, 이는 다른 가열 롤러에 의해 대체될 수 있어 자기 특성을 향상시키고 리본의 취성의 어떠한 성장을 야기하지 않고 비정질 합금 리본의 말림(curling)을 제거한다. 실시예 1 내지 실시예 6에서, Senno 등은 3.5 ㎝/s(1/v~0.28s/㎝)과 9.1 ㎝/s(1/v~0.11s/㎝) 사이의 공급 속도로 가열된 고정체에 걸쳐 지나게 되었던 부여된 원자 조성의 리본을 위한 자기 향상을 도시하는 결과를 개시한다. 자기 향상은 또는 1 ㎝/s(1/v~1s/㎝)의 더 느린 공급 속도로 다른 롤러에 의해 가열 롤러의 표면에 대하여 가압되어 왔던 포워딩된 리본을 위한 실시예 7에서 개시된다. 더 느린 공급 속도는 2개의 롤러들 사이의 가압된 접촉 영역이 꽤 작기에 포괄적이다. 실시예들이 코발트-계 합금을 위해서만 존재하기에, 어떠한 참조도 철-계 비정질 합금 조성물을 사용하는 데에 이루어지지 않는다. 어닐링된 철-계 비정질 합금 리본의 취성의 정도, 철손, 여진 전력, B80, 및 B80/Bsat 비율에 대한 어떠한 영향도 실험 결과를 통해 수량화되지 않는다. 어떠한 비교도 용광로 어닐링 방법으로 이루어지지 않는다. 도 6을 기초하여, 고정 가열체를 걸쳐 지나는 리본의 열처리는 10 ㎝/s(1/v~0.1s/㎝)보다 큰 리본 속도의 증가로 보자력의 악화를 도시한다. 또한, 어떠한 상세한 설명이 가열 속도에 대하여 보여지지 않고, 리본이 단순히 테이크-업 맨드릴에 수집되기에 어떠한 참조가 냉각 단계에 대하여 이루어지지 않는다.
Gibbs는 영연방 특허 출원 GB 2148751에서는 맨드릴에 권취되는 비정질 스트립의 길이가 맨드릴에 근접하는 스트립의 일부를 통과하는 직류에 의해 동시에 가열되는 방법을 개시한다. 이런 경우에, 2개의 이격된 조정가능한 슬라이딩 접촉 전극들(또는 하나의 전극 및 맨드릴)은 전류를 공급하는 데에 사용된다. 스트립은 유동하는 전류로부터의 줄 손실(joule loss)에 의해 가열되고 권취하는 지점에 도달하기 이전에 또는 이후에 냉각된다. 하지만, 어떠한 상세한 정보가 선택적으로 스트립이 맨드릴에서 냉각되도록 하는 것보다 다른 열처리 구역 및 냉각 구역에서 스트립의 구성에 대하여 개시되지 않는다. Gibbs만이 용광로 어닐링에 비교될 때 이런 방법으로 어닐링되고 9 ㎝/s 및 14 ㎝/s에서 각각 포워딩된 2 개의 비철-계 합금 샘플들에 대하여 측정된 감소된 보자력을 개시한다. 어닐링된 철-리본의 취성의 정도, 가열 속도 및 냉각 속도, 철손, 여진 전력, B80, 및 B80/Bsat 비율에 대하여 이루어진 참조가 존재하지 않는다.
미국 특허 5,069,428호에서 Li 등은 천천히 포워딩되는 비정질 리본이 한 쌍의 전극들 사이에서 지나는 리본을 통해 AC 또는 높은 펄스 전류를 인가함으로써 자체-발열되는 어닐링 방법을 개시한다. 리본의 전도성 저항을 통한 순환 전류는 줄 가열(joule heating)을 생산한다. 전류는 미리결정된 구성으로 유지되면서 리본을 통과한다. 만곡된 리본을 위하여, 리본은 롤러 상에서 리본의 입구 지점 및 출구 지점에서 각각 리본을 가압하는 한 쌍의 스프링-하중 전극 롤러들를 갖는, 바람직하게는 세라믹으로 제조된, 절연 롤러를 걸쳐 지나게 된다. 실시예 1에서, 이런 공정으로 0.3 ㎝/s의 공급 속도로 어닐링되고, 1.56 테슬라의 Bsat를 갖는 것으로 공지된, 철-계 비정질 합금 리본 Fe78B113Si9, 합금 형태 2605S2는 주조된-그대로의(as-cast) 시편에 비교된 160A/m(2 Oe)의 적용된 자기장 하에서 0.85부터 1.27 테슬라(8.5 내지 12.7 kG)의 자기 유도의 향상을 도시한다. 시험된 시편의 어닐링 취화는 용광로 어닐링된 샘플을 위한 7×10 내지 5×10에 비교된 굽힘 시험에 의해 0.9 및 1 사이의 파괴 변형율을 갖는다. 문헌은 만약 자기 특성 측정이 코어 또는 단일 리본에서 수행되었다면 명시하지 않는다. 하지만, 결과적인 철손은 명확하게 개시되지 않고 어떠한 참조가 여진력에 대하여 이루어지지 않는다. 이런 방법으로 어닐링된 철-계 샘플은 0.64의 낮은 B80/Bsat 비율을 부여하는 도 4(1 Oe = 80 A/m)에서 보고된 바와 같이 약 1.0 테슬라에서 B80만을 갖는다. 또한, 어떠한 정보도 리본이 단순히 테이크-업 맨드릴에 수집되기에 처리 이후에 어떻게 냉각이 수행되는지에 대해서 및 가열 속도에 대해서 개시되지 않는다. 발명자는 이런 방법으로 10 ㎝/s의 공급 속도까지 어닐링될 수 있는 리본을 청구한다.
1992년, IEEE Transaction on Magnetics, 28권, 4호, 1911쪽 내지 1916쪽, "On the Optimization of Soft-Manetic Properties of Metallic Glasses by Dynamic Current Annealing"으로 명명된 논문 및 프랑스 특허 출원 FR 2673954에서 Perron 등은 원형 형상으로 비정질 합금 리본을 어닐링하는 Li 등과 유사한 줄 가열 장치를 개시하였다. 리본은 드럼 또는 롤러 상에서 리본의 접촉 지점 및 분리 지점에서 각각 리본을 접촉하는 한 쌍의 냉각된 구리 전극들을 갖는, 바람직하게는 석영 또는 알루미나로 제조된, 절연 고정 드럼 또는 회전 롤러를 걸쳐 지난다. Li 등의 방법 이외에, 냉각된 전극들은 드럼 또는 롤러로부터 분리되기 이전에 응력 완화된 리본을 동결시키는 냉각 수단으로써 사용된다. 실시예 1에서, 이런 공정으로 1 ㎝/s의 공급 속도로 어닐링된, 철-계 비정질 합금 리본, 합금 형태 2605S2는 특허의 도 5에서 도시된 바와 같은 용광로 필드 어닐링된 시편에 비교된 자화 곡선의 향상을 도시한다. 적용된 자기장은 1.0 테슬라의 측정된 자기 유도에서 14A/m에 비교된 10A/m으로 감소된다. 문헌은 만약 측정이 코어 또는 단일 리본에서 수행되었다면 명시하지 않는다. Perron 등은 이런 장치로 달성된 70℃/s의 평균 가열 속도 및 냉각 속도를 보고한다. 이들은 본 발명으로, 리본이 1㎝/s에 근접한 속도로 어닐링될 수 있다는 것을 청구한다. 어닐링된 리본의 취성의 정도, 철손, 여진 전력, B80, 또는 B80/Bsat 비율에 대하여 이루어진 참조가 존재하지 않는다.
미국 특허 출원 US2008/0196795에서 Waeckercle 등은 파손의 위험 없이 코어들을 형성하도록 스트립의 권취를 수행하기에 충분히 감소된 취성을 갖는 낮은 투과성의 나노결정화 자기 합금을 생산하는 비정질 재료의 스트립을 열처리하는 오븐을 이용하는 리본 어닐링 장치를 개시하였다. 세로 인장 응력 하에서 10 ㎝/s 이상의 공급 속도로 평평한 위치에서 터널 용광로를 통해 리본을 포워딩함으로써 수행된다. 이러한 열처리는 일단 어닐링된다면 어닐링된 비정질 리본이 비정질 상태를 유지해야만 할 때 시도되는 비정질 합금을 나노결정화를 위하여 의도된다. 또한, 어떠한 상세한 설명도 가열 속도에 대하여 개시되지 않고 어떠한 참조도 리본이 테이크-업 맨드릴에서 단순히 수집되기에 냉각 단계에 대하여 이루어지지 않는다.
만약 인라인 어닐링 장치가 이어서 연성을 유지하도록 만곡된 형상으로 철-계 비정질 합금 리본을 어닐링할 수 있었다면, 출력된 리본은 Allan 등에 의해 개시된 것과 같은 트랜스포머 커널의 코일들 주위에서 원형 코어를 형성하도록 효율적으로 권취될 수 있다. 이러한 인라인 어닐링 처리를 이용하는 것은 또한 용광로 어닐링 방법을 이용할 때 코어를 제조하는 데에 포함된 다수의 불연속적인 단계들 모두를 회피할 것이다. 하지만, 일단 리본이 코어를 형성하도록 권취된다면 리본은 허용가능한 자기 특성을 획득해야만 하고, 이런 인라인 어닐링 처리는 비용-효율적인 리본 공급 속도로 작동해야만 한다. 심지어 상기의 선행 기술 문헌들의 인라인 만곡되어 어닐링된 비정질 리본들 모두를 위한 연성의 정도 및 자기 특성을 고려함이 없이, 주로 보고된 바와 같이 1 내지 10㎝/s 범위에서 어닐링 공급 속도로, (종래의 트랜스포머 코어를 제조하는 데에 일반적으로 이용가능한 가장 넓은 크기인) 22㎝ 폭 및 25 ㎛ 두께의 리본은 (Metglas 2605SA1 합금의 7.2 g/㎤ 재료 밀도를 사용하여) 1.4 내지 14 ㎏/h의 질량 속도로 처리될 것이다. 25 내지 167 kVA의 비율의 배전 트랜스포머에서 평균 코어 크기 중량은 약 135㎏이다. 1.4 내지 14 ㎏/h의 질량 속도에서, 이는 단일 트랜스포머 코어의 리본을 인라인 어닐링하는 데 10 내지 100 시간에 걸쳐 소요될 것이다. 이런 공급 속도 범위는 만약 하나가 이런 공정이 수익이 있게 하기를 원한다면 지나치게 느리다. 비용을 증가시키는 너무 많은 어닐링 셋업(setup), 노동력 및 바닥 면적이 요구될 것이다. 수익이 있기 위하여, 최근에 개발된 인라인 어닐링 공정을 위한 리본 공급 속도는 현저하게 증가되어야만 한다. 훨씬 타당하게 되는, 한 시간 이내에 더 낮은 비용으로 처리를 완료하는 것은 상기에 보고된 공급 속도보다 10 내지 100배 더 빠른, 1m/s보다 큰 공급 속도를 요구한다. 이런 속도보다 크게 공급되기 위하여, 상기의 방법들에 보고된 것들에 비교된 가열 온도 속도 및 냉각 온도 속도는 훨씬 증가되어야만 하고, 어닐링 시간은 처리 온도를 추가로 증가시킴으로써 단축되어야만 한다.
비정질 리본에서 꽤 짧은 시간에서 어닐링 처리를 수행하는 것은 몇몇의 과학 논문들에서 광범위하게 보고되어 왔다. 리본 세그먼트에서 이행된 많은 실험은 어닐링 시간이 훨씬 짧게 이루어질 수 있다는 것을 도시하여 왔다. 이런 실험들에서, 리본 시편은 일반적으로 양 종단에서 접촉하게 하는, 2개의 전극들 사이에서 위치되어서, 높은 전류 펄스가 예를 들어 방전 캐패시터(discharge capacitor)를 사용하여 시편을 통과하게 될 수 있었다. 선택적으로, 실험은 더 빠른 냉각을 위하여 액체 냉각재 내에서 이행될 수 있었다. 적절한 전류 밀도를 사용하여, 꽤 높은 가열 속도가 획득될 수 있고, 만약 신속한 냉각을 따른다면, 어닐링 시간은 종래의 용광로 어닐링 이후보다 더 낮은 취성이 있게 되는 리본으로 1초의 몇 분의 1까지 감소될 수 있다. 이러한 실험 및 결과들은 Kulik 등에 의한, International Journal of Rapid Sodifiaction, 1989년, 4권, 287쪽 내지 296쪽, "Infulence of Flash Annealing on the Magnetic Properties of Co-Based Alloy Glass" 및 Matyja 등에 의한, Philosophical Magazine B, 1990년, 61권, 4호, 701쪽 내지 713쪽, "Rapid heating of alloy glasses"에서 보고되었다. 이런 실험들은 상기의 종래 기술 문헌들에서 보고된 것보다 더 높은 가열 속도 및 냉각 속도를 사용한다. 하지만, 실험들은 부동화 리본 세그먼트들에서 이행되었다. 포워딩하는 리본을 연속적으로 인라인 어닐링하는 방법을 적용하는 것은 비현실적이다.
출원인에 공지된 종래 기술 방법들 중 어떠한 것도 만곡된 형상으로 1m/s보다 큰 공급 속도로 포워딩되는 철-계 비정질 합금 리본을 효율적으로 인라인 어닐링하는 방법을 교시하지 않고, 이들 중 어떠한 것도 종래의 용광로 필드 어닐링으로 생산된 코어에 비해서 허용가능한 철손 및 여진 전력을 나타내고 효율적인 권취-이후-어닐링을 허용하기 위하여 연성이 있으면서, 0.80보다 큰 비율 B80/Bsat 및 1.3 테슬라보다 큰 B80을 갖는 상기의 어닐링된 리본으로 제조되는 원형 코어들을 개시한다.
따라서, 선행 기술의 적어도 하나의 결점을 극복하는 방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명에 따라,
a) 미리설정된 공급 속도로 경로를 따라 비정질 합금 리본을 피드포워딩하고(feeding forward) 텐셔닝하며(tensioning) 안내하는 단계;
b) 열처리를 개시하는 온도까지 103℃/s보다 큰 속도로 상기 경로를 따르는 지점에서 비정질 합금 리본을 가열하는 단계;
c) 열처리가 완료될 때까지 103℃/s보다 큰 속도로 비정질 합금 리본을 냉각하는 단계;
d) 상기 열처리 이후에 비정질 합금 리본이 정지된 특정한 형상을 채택할 때까지 상기 열처리 동안에 리본 상에 일련의 기계적 구속들을 적용하는 단계; 및
e) 상기 열처리 이후에 상기 특정한 형상을 유지하는 속도로 비정질 합금 리본을 냉각하는 단계를 포함하는 비정질 합금 리본을 처리하는 방법이 제공된다.
바람직하게는, 본 발명의 일 바람직한 구체예에 따라, 열처리가 수행되어 리본의 비정질 상태를 유지한다.
바람직하게는, 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따라, 열처리가 수행되어 비정질 합금 리본의 결정화를 개시한다.
바람직하게는, 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따라, 열처리가 수행되어 비정질 합금 리본의 부분적인 결정화를 획득한다.
바람직하게는, 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따라, 열처리가 수행되어 비정질 합금 리본의 완전한 결정화를 획득한다.
바람직하게는, 미리설정된 공급 속도가 1m/s보다 크다.
바람직하게는, 단계 b)에서, 가열은 초당 104℃보다 큰 속도로 이루어진다.
바람직하게는, 단계 c)에서, 냉각은 초당 104℃보다 큰 속도로 이루어진다.
바람직하게는, 본 발명의 일 바람직한 구체예에 따라, 열처리가 1초보다 적은 시간의 기간 동안에 수행된다.
바람직하게는, 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따라, 열처리가 10분의 1초보다 적은 시간의 기간 동안에 수행된다.
바람직하게는, 단계 e)는 비정질 합금 리본의 완전한 연성이 획득되는 온도 스레시홀드(Tdb)보다 큰 취급 온도까지 비정질 합금 리본을 냉각한다.
바람직하게는, 취급 온도는 주위 온도보다 크고 열처리를 개시하는 상기 온도보다 작다.
바람직하게는, 단계 b)에서 비정질 합금 리본은 상기 경로를 따라 위치된 제 1 실린더 표면을 갖는 적어도 하나의 제 1 실린더와 접촉하고; 단계 b)는 비정질 합금 리본과 제 1 실린더 표면 사이의 제 1 정적 접촉부를 획득하도록 제 1 실린더 표면에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 단계를 포함하고, 제 1 정적 접촉부는 제 1 실린더 표면 주위에서 제 1 접촉각에 걸쳐 스트레칭되며(stretch); 단계 b)는 열처리를 개시하는 상기 온도 이상의 온도로 상기 제 1 실린더 표면을 유지하는 단계를 더 포함하고; 단계 c)에서 비정질 합금 리본은 상기 경로를 따라 위치된 제 2 실린더 표면을 갖는 적어도 하나의 제 2 실린더와 접촉하며; 단계 c)는 비정질 합금 리본과 제 2 실린더 표면 사이의 제 2 정적 접촉부를 획득하도록 제 2 실린더 표면에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 단계(제 2 정적 접촉부는 제 2 실린더 표면 주위에서 제 2 접촉각보다 크게 스트레칭된다)를 더 포함하고; 단계 c)는 열처리를 개시하는 상기 온도보다 낮은 온도로 상기 제 2 실린더 표면을 유지하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 단계 d)에서 비정질 합금 리본은 상기 경로를 따라 위치된 제 3 실린더 표면을 갖는 적어도 하나의 제 3 실린더와 접촉하고; 단계 d)는 비정질 합금 리본과 제 3 실린더 표면 사이의 제 3 정적 접촉부를 획득하도록 제 3 실린더 표면에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 단계를 더 포함하고, 제 3 정적 접촉부는 제 3 실린더 표면 주위에서 제 3 접촉각에 걸쳐 스트레칭되며; 단계 d)는 열처리를 개시하는 상기 온도로 상기 제 3 실린더 표면을 유지하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 실린더 표면들에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 단계는 25㎫ 내지 200㎫의 범위의 장력으로 이루어진다.
더 바람직하게는, 실린더 표면들에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 단계는 50㎫ 내지 100㎫의 범위의 장력으로 이루어진다.
바람직하게는, 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 단계는 리본에서 자기 이방성의 성장을 촉진하도록 이루어진다.
바람직하게는, 비정질 합금 리본은 제 1 실린더, 제 2 실린더 또는 제 3 실린더 중 선택된 하나에 근접한 적어도 하나의 가이드 롤러와 접촉하고, 상기 가이드 롤러는 선택된 실린더보다 작은 반경을 갖고 선택된 실린더와 리본 사이의 초기 접촉점 및 최종 접촉점 모두에 근접하게 위치되어 상기 선택된 실린더의 상기 접촉각을 최대화한다.
바람직하게는, 단계 d)에서 특정한 형상은 만곡되며(curved), 방법은:
f) 특정한 양의 비정질 합금 리본을 맨드릴에 권취하여 내측 반경 및 외측 반경을 갖는 코어를 형성하는 단계를 더 포함하되, 상기 특정한 형상은 상기 내측 반경과 상기 외측 반경 사이에서 선택된 곡률의 반경을 갖는다.
바람직하게는, 단계 d)에서 특정한 형상은 평평하고, 방법은:
f) 비정질 합금 리본의 세그먼트들을 절단하고 적층하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 단계 d)에서 기계적 구속들은 길이를 따라 비정질 합금 리본의 특정한 형상의 곡률의 반경을 달라지도록 변경되고, 방법은:
f) 상기 길이의 비정질 합금 리본을 맨드릴에 권취하여 코어를 형성하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 방법은:
i) 단계 f) 이전에 비정질 합금 리본의 적어도 일측을 유전체로 코팅하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 유전체는 유기 유전체이다.
바람직하게는, 단계 i)에서, 코팅은 전착에 의해 수행된다.
바람직하게는, 단계 i)는 비정질 합금 리본에 전압을 인가하는 단계 및 시간의 기간 동안에 탈이온수와 유기 폴리머의 에멀전에 리본을 피드포워딩하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 방법은:
i) 상기 단계 f) 이전에 비정질 합금 리본의 적어도 일측을 바인더로 코팅하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 장력은 장력 조정 장치에 의해 비정질 합금 리본의 경로를 따라 증가되거나 감소되고, 상기 장력 조정 장치는:
- 샤프트를 갖는 적어도 하나의 모터;
- 모터의 샤프트에 결합되고, 각도에 걸쳐 리본과 정적 접촉하게 하는 표면을 갖는 원형 장치(상기 표면은 리본에 대하여 정지 마찰 계수를 갖는다); 및
- 상기 모터 샤프트의 토크를 제어하여 비정질 리본에서 인장 응력을 증가시키거나 감소시키는 컨트롤러를 포함한다.
바람직하게는, 장력 조정 장치는 상기 경로를 따라 위치되어 열처리가 개시되기 이전에 리본에서 인장 응력을 증가시킨다.
바람직하게는, 장력 조정 장치는 상기 경로를 따라 위치되어 상기 열처리 이후에 인장 응력을 감소시킨다.
바람직하게는, 장력 조정 장치는 상기 열처리 동안에 리본에 인장 응력을 제어하기 위하여 상기 경로를 따라 위치된다.
바람직하게는, 경로를 따라 공급되는 리본은 가이딩 장치에 의해 구조물 상에서 목표 위치에 전달되고, 상기 가이딩 장치는:
- 몸체;
- 몸체에 장착되고, 리본을 지지하고 안내하기 위해 측면 가이드들에 정렬된 평평한 주변 표면을 가지며, 리본을 수용하기 위한 수용부 및 목표 위치에 리본을 전달하기 위한 전달부를 갖는 가이드 롤러; 및
- 몸체를 구조물에 대하여 피봇가능하게 장착하고, 롤러의 전달부와 접선으로 정렬된 피봇축을 갖는 피봇부(pivot)를 포함하되; 작동 시에, 롤러의 수용부가 리본을 수용하고 리본의 변형부(translatiom)들을 수용하여 상기 전달부를 통해 목표 위치에서 리본을 전달하도록 몸체는 피봇부에 의해 구조물에 대하여 선회한다.
바람직하게는, 단계 e)에서, 비정질 합금 리본은 복수 개의 이격된 냉각 실린더들(상기 냉각 실린더들의 각각은 상기 경로를 따라 위치된 냉각 실린더 표면을 갖는다)과 접촉하고; 단계 e)는, 냉각 실린더 표면들과 이동 비정질 합금 리본 사이의 냉각 정적 접촉부를 획득하도록 냉각 실린더 표면들에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 단계를 더 포함하되, 냉각 정적 접촉부는 냉각 실린더 표면들 주위에서 각각의 접촉각에 걸쳐 스트레칭되고; 단계 e)는, 열처리를 개시하는 상기 온도보다 낮은 온도로 상기 냉각 실린더 표면들을 유지하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따라, 103℃/s보다 크고, 바람직하게는 104℃/s보다 큰 온도 속도로 가열하고 냉각하면서 결정화의 시작에 도달하지 않는 온도로 인라인 어닐링에 의해 열처리된, 리본으로서 주조되는 철-계 비정질 합금이 또한 제공된다.
바람직하게는, 상기 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때, 이의 B80/Bsat은 어닐링 이후에 0.80보다 크다.
바람직하게는, 상기 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때, 이의 B80은 어닐링 이후에 약 1.3 테슬라보다 크다.
바람직하게는, 이런 처리 하에서, 리본은 정상 실온에서 연성이 있고 정상 실온보다 큰 온도에서 완전하게 연성이 있다.
본 발명에 따라, 103℃/s보다 큰 온도 속도로 가열하고 냉각하면서 결정화의 시작에 도달하지 않는 450℃보다 큰 온도로의 인라인 어닐링에 의해 열처리된, 부가적인 불순물을 갖는, 화학적 조성물 Fe80B11Si9(숫자는 원자 백분율이다)을 포함하는 리본으로서 주조되는 철-계 비정질 합금이 또한 제공된다.
본 발명에 따라, 103℃/s보다 큰 온도 속도로 가열하고 냉각하면서 결정화의 시작에 도달하지 않는 425℃보다 큰 온도로의 인라인 어닐링에 의해 열처리된, 부가적인 불순물을 갖는, 화학적 조성물 FeaBbSicCd(80<a<84, 8<b<18, 0<c≤5 및 0<d≤3, 숫자는 원자 백분율이다)을 포함하는 리본으로서 주조되는 철-계 비정질 합금이 또한 제공된다.
바람직하게는, 이런 처리 하에서, 리본은 정상 실온에서 연성이 있고 80℃보다 큰 온도에서 완전히 연성이 있다.
바람직하게는, 철-계 비정질 합금은 부가적인 불순물을 갖는, 공칭 화학적 조성물 Fe81 .8B15.8Si2 .1C0 .3(숫자는 원자 백분율이다)을 포함한다.
본 발명에 따라,
- 지지 구조물;
- 가열될 수 있는 열 교환기 링 요소;
- 물체와 접촉하도록 외측 표면을 갖고, 상기 열 교환기 링 요소와 접촉하는 내측 표면을 갖는 열 디퓨저 링 요소; 및
- 상기 열 교환기 링 요소 및 상기 열 디퓨저 링 요소를 지지하고, 지지 구조물에 회전가능하게 장착되는 프레임 구조물을 포함하는 물체와의 열 교환을 위한 열 교환 시스템이 또한 제공된다.
바람직하게는, 열 교환기 링 요소는 전력원과 슬라이딩하여 회전가능하게 접촉할 수 있는 저항 요소이다.
바람직하게는, 본 발명의 다른 구체예에 따라, 열 교환기 링 요소는 자기 유도에 의해 열 교환기 링 요소를 가열하는 안테나를 더 포함하는 저항 요소이다.
바람직하게는, 열 교환 시스템은, 열 교환기 링 요소와 일체형으로 형성되고 상기 열 교환기 링 요소를 측면으로 둘러싸는 슬롯형 구조물을 더 포함하되, 슬롯형 구조물은 열 교환기 링 요소까지 가로지르며 연장되는 슬롯들을 갖는다.
바람직하게는, 열 교환기 링 요소는 스테인리스 스틸로 제조되며 열 디퓨저 링 요소는 구리로 제조되고 열 교환기 링 요소에 전착에 의해 장착된다.
본 발명에 따라,
- 미리 설정된 공급 속도로 경로를 따라 비정질 합금 리본을 피드포워딩하고 텐셔닝하며 안내하는 이동 장치;
- 열처리를 개시하는 온도까지 103℃/s보다 큰 속도로 상기 경로를 따르는 일 지점에서 비정질 합금 리본을 가열하는 가열 시스템;
- 열처리가 완료될 때까지 103℃/s보다 큰 속도로 비정질 합금 리본을 냉각하는 제 1 냉각 시스템;
- 상기 열처리 이후에 비정질 합금 리본이 정지 상태에서 특정한 형상을 가질 수 있도록, 상기 열처리 동안에, 비정질 합금 리본이 상기 경로를 따라 피드포워딩되는 동안, 비정질 합금 리본을 일련의 상이한 형상들로 구부리는 리본 벤딩 시스템; 및
- 상기 열처리 이후에, 상기 특정한 형상을 유지하는 속도로 비정질 합금 리본을 냉각하는 제 2 냉각 시스템을 포함하는 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템이 또한 제공된다.
바람직하게는, 미리설정된 공급 속도가 1m/s보다 크다
바람직하게는, 가열 시스템은 초당 104℃보다 큰 속도로 가열한다.
바람직하게는, 제 1 냉각 시스템은 초당 104℃보다 큰 속도로 냉각한다.
바람직하게는, 제 2 냉각 시스템은 비정질 합금 리본의 완전한 연성을 획득하기에 충분한 온도 스레시홀드(Tdb°)보다 큰 취급 온도까지 비정질 합금 리본을 냉각한다.
바람직하게는, 가열 시스템은 비정질 합금 리본과 접촉하는 적어도 하나의 제 1 실린더를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 1 실린더는 상기 경로를 따라 위치된 제 1 실린더 표면을 가지며, 상기 시스템은 제 1 실린더 표면과 비정질 합금 리본 사이에 제 1 정적 접촉부를 획득하도록 제 1 실린더 표면에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 제 1 장력 조정 장치를 더 포함하되, 제 1 정적 접촉부는 제 1 실린더 표면 주위에서 제 1 접촉각에 걸쳐 스트레칭되고, 상기 제 1 실린더 표면의 온도는 열처리를 개시하는 상기 온도 이상의 온도로 유지되며, 제 1 냉각 시스템은 비정질 합금 리본과 접촉하는 적어도 하나의 제 2 실린더를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 2 실린더는 상기 경로를 따라 위치된 제 2 실린더 표면을 가지며, 상기 시스템은 제 2 실린더 표면과 비정질 합금 리본 사이에 제 2 정적 접촉부를 획득하도록 제 2 실린더 표면에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 제 2 장력 조정 장치를 더 포함하되, 제 2 정적 접촉부는 제 2 실린더 표면 주위에서 제 2 접촉각에 걸쳐 스트레칭되고, 상기 제 2 실린더 표면의 온도는 열처리를 개시하는 상기 온도보다 낮은 온도로 유지된다.
바람직하게는, 기계적 구속 적용 장치는 비정질 합금 리본과 접촉하는 적어도 하나의 제 3 실린더를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 3 실린더는 상기 경로를 따라 위치된 제 3 실린더 표면을 가지며, 상기 시스템은 제 3 실린더 표면과 비정질 합금 리본 사이에 제 3 정적 접촉부를 획득하도록 제 3 실린더 표면에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 제 3 장력 조정 장치를 더 포함하되, 제 3 정적 접촉부는 제 3 실린더 표면 주위에서 제 3 접촉각에 걸쳐 스트레칭되고, 상기 제 3 실린더 표면의 온도는 열처리를 개시하는 상기 온도로 유지된다.
바람직하게는, 장력 조정 장치들은 25㎫ 내지 200㎫의 범위의 장력으로 실린더 표면들에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝한다.
더 바람직하게는, 장력 조정 장치들은 50㎫ 내지 100㎫의 범위의 장력으로 실린더 표면들에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝한다.
바람직하게는, 여기서 장력 조정 장치는 리본에서 자기 이방성의 성장을 촉진하도록 비정질 합금 리본을 텐셔닝한다.
바람직하게는, 시스템은 비정질 합금 리본이 제 1 실린더, 제 2 실린더 또는 제 3 실린더 중 선택된 하나에 근접하게 접촉하는 적어도 하나의 가이드 롤러를 더 포함하되, 상기 가이드 롤러는 선택된 실린더들 중 하나보다 작은 반경을 갖고 선택된 실린더와 리본 사이의 초기 접촉점 및 최종 접촉점 모두에 근접하게 위치되어 상기 선택된 실린더의 상기 접촉각을 최대화한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 구체예에 따라, 시스템은 특정한 양의 비정질 합금 리본이 권취되는 맨드릴을 더 포함하되, 상기 맨드릴은 내측 반경 및 외측 반경을 갖고, 상기 특정한 형상은 상기 내측 반경과 상기 외측 반경 사이에서 선택된 곡률의 반경을 갖는다.
바람직하게는, 본 발명의 다른 구체예에 따라, 시스템은 비정질 합금 리본의 세그먼트들을 절단하고 적층하는 커터 및 적층 장치를 더 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 일 구체예에 따라, 기계적 구속 적용 장치는 길이를 따라 비정질 합금 리본의 특정한 형상의 곡률의 반경을 달라지도록 구속들을 적용하고, 시스템은 특정한 양의 비정질 합금 리본이 권취되는 맨드릴을 더 포함한다.
바람직하게는, 시스템은 비정질 합금 리본의 적어도 일측을 유전체로 코팅하는 코팅 시스템을 더 포함한다.
바람직하게는, 유전체는 유기 유전체이다.
바람직하게는, 코팅 시스템은 전착 시스템이다.
바람직하게는, 시스템은 비정질 합금 리본에 전압을 인가하는 전압 인가 장치, 및 리본이 시간의 기간 동안에 통과하여 피드포워딩되는, 탈이온수와 유기 폴리머의 에멀전을 포함하는 배스 시스템을 더 포함한다.
바람직하게는, 시스템은 비정질 합금 리본의 적어도 일측을 바인더로 코팅하는 바인더 도포 시스템을 더 포함한다.
바람직하게는, 시스템은 경로를 따르는 비정질 합금 리본에서 장력을 증가시키거나 감소시키는 장력 조정 장치를 더 포함하되, 상기 장력 조정 장치는:
- 샤프트를 갖는 적어도 하나의 모터;
- 모터의 샤프트에 결합되고, 각도에 걸쳐 리본과 정적 접촉하게 하는 표면을 갖는 원형 장치(상기 표면은 리본에 대하여 정지 마찰 계수를 갖는다); 및
- 상기 모터 샤프트의 토크를 제어하여 비정질 리본에서 인장 응력을 증가시키거나 감소시키는 컨트롤러를 포함한다.
바람직하게는, 제 2 냉각 시스템은 비정질 합금 리본과 접촉하는 복수 개의 이격된 냉각 실린더들을 포함하고, 상기 이격된 냉각 실린더들의 각각은 상기 경로를 따라 위치된 냉각 실린더 표면을 가지며, 상기 시스템은 냉각 실린더 표면들과 이동 비정질 합금 리본 사이의 냉각 정적 접촉부를 획득하도록 냉각 실린더 표면들에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 장력 조정 시스템을 더 포함하되, 냉각 정적 접촉부는 냉각 실린더 표면들 주위에서 각각의 접촉각에 걸쳐 스트레칭되고, 상기 냉각 실린더 표면들의 온도는 열처리를 개시하는 상기 온도보다 낮은 온도로 유지된다.
본 발명의 바람직한 구체예의 비제한적인 설명은 이제 첨부된 도면을 참조하여 부여될 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 열 롤러 및 이어서 냉 롤러에 걸쳐 리본을 포워딩함으로써 만곡된 형상으로 비정질 합금 리본을 인라인 어닐링하는 시스템의 개략도이다
도 2는 리본 공급 릴 및 테이크-업 맨드릴의 추가를 갖는 도 1에 도시된 시스템의 개략도이다.
도 3a 및 도 3b는 롤러들에 걸쳐 접촉각을 증가시키는 소형 가이드 롤러의 추가를 갖는 도 1에 도시된 시스템의 개략도들이다.
도 4a는 리본을 예열하는 열 롤러의 추가를 갖는 도 1에 도시된 시스템의 개략도이다.
도 4b는 리본을 예열하는 2개의 열 롤러들의 추가를 갖는 도 1에 도시된 시스템의 개략도이다.
도 5는 리본을 추가로 냉각하는 3개의 냉 롤러들의 추가를 갖는 도 4b에 도시된 시스템의 개략도이다
도 6a는 가변적인 곡률에서 합금 리본을 어닐링하는 열 롤러의 추가를 갖는 도 1에 도시된 시스템의 개략도이다.
도 6b는 평평한 벤드(bend) 형태로 합금 리본을 어닐링하는 열 롤러의 추가를 갖는 도 1에 도시된 시스템의 개략도이다.
도 7a는 예열을 이용하지 않을 때 도 24에 도시된 시스템 내의 이동 경로를 따라 이동하는 동시에 리본의 온도 프로파일을 도시하는 그래프이다.
도 7b는 예열을 이용할 때 도 24에 도시된 시스템 내의 이동 경로를 따라 이동하는 동시에 리본의 온도 프로파일을 도시하는 그래프이다.
도 7c는 도 5에 도시된 냉 롤러들에 걸쳐 지나는 동시에 리본의 온도 프로파일을 도시하는 그래프이다.
도 8은 연성 대 취성 스레시홀드보다 큰 온도까지 리본을 냉각시킬 때 도 24에 도시된 시스템 내의 이동 경로를 따라 이동하는 동시에 리본의 온도 프로파일을 도시하는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 열 롤러의 내측 클래딩 링 및 외측 클래딩 링의 사시도이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 유도 안테나를 포함하는 열 롤러의 내측 클래딩 링 및 외측 클래딩 링의 사시도이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 열 롤러 구조의 사시도이다.
도 12는 플랜지 및 중공 샤프트를 갖는 도 11에 도시된 열 롤러의 사시도이다.
도 13a와 도 13b은 각각 지지 부재에 장착된 도 12에 도시된 열 롤러의 측 단면도 및 상세도이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 냉 롤러의 측 단면도이다.
도 15a는 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른 냉 롤러의 측 단면도이다.
도 15b는 도 15a 도시된 냉 롤러의 중공부에 포함되는 몇몇 요소들의 사시도이다.
도 16a 내지 도 16c은 각각 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 가이딩 롤러 상의 정확한 위치에 리본을 전달하는 시스템의 개략 정면도, 측면도 및 평면도이다.
도 17은 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른 가이딩 롤러 상의 정확한 위치에 리본을 전달하는 시스템의 사시도이다.
도 18a는 캡스턴 휠에 걸쳐 지나는 리본의 개략도이다.
도 18b는 캡스턴 휠에 의해 리본 상에 적용되는 각위치 대 인장력의 표시 곡선이다.
도 19a와 도 19b는 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 캡스턴 드라이브의 정면도 및 사시도이다.
도 20a와 도 20b는 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른 4개의 캡스턴 드라이브들의 정면도 및 사시도이다.
도 21은 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른, 2개의 캡스턴 드라이브들을 갖는 리본 장력 조정 장치의 개략도이다.
도 22는 본 발명의 다른 바람직한 구체예에 따른, 복수 개의 캡스턴 드라이브들을 갖는 리본 장력 조정 장치의 개략도이다.
도 23은 본 발명의 바람직한 구체예에 따른, 만곡된 형상으로 비정질 합금 리본을 인라인 어닐링하는 시스템; 리본 장력 조정 장치; 가이딩 롤러 상의 정확한 위치에 리본을 전달하는 시스템; 공급릴; 및 테이크-업 맨드릴을 포함하는 인라인 어닐링 장치의 개략도이다.
도 24는 본 발명의 다른 구체예에 따른 만곡된 형상으로 비정질 합금 리본을 인라인 어닐링하는 시스템을 위한 시스템의 개략도이다.
본 발명의 상이한 바람직한 목적들이 이제 보여질 것이다.
높은 리본 가열 속도 및 냉각 속도로 비정질 합금 리본을 열처리하는 인라인 어닐링 방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
열처리 이후에 정지된 특정한 형상을 채택하도록 비정질 합금 리본을 열처리하는 인라인 어닐링 방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.
바람직하게는, 낮은 비용으로 원형 자기 코어를 제조하는 데에 사용될 수 있는 만곡되어(curved) 어닐링되고 연성이 있는 철-계 비정질 합금 리본을 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.
바람직하게는, 비정질 합금 리본을 인라인 어닐링하는 낮은 비용 공정을 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.
바람직하게는, 컴팩트한 비정질 합금 리본을 인라인 어닐링하는 공정을 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.
바람직하게는, 높은 리본 공급 속도로 작동하는 비정질 합금 리본을 인라인 어닐링하는 공정을 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.
바람직하게는, 낮은 비용으로 적층된 자기 코어들을 제조하는 데에 사용될 수 있는 평평하게 어닐링되고 연성이 있는 철-계 비정질 합금 리본을 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.
바람직하게는, 배전 트랜스포머, HIF, 펄스 전력 코어, 및 다른 아이템을 위한 코어를 제조하기 위한 허용가능한 자기 특성을 나타내는 인라인 어닐링된 철-계 비정질 합금 리본을 제공하는 것이 본 발명의 다른 목적이다.
본 발명은 배전 트랜스포머, HIF, 펄스 전력 코어 및 다른 아이템을 제조하는 데에 허용가능한 자기 특성들을 갖는 리본을 얻기 위하여 처리 이후에 가질 것과 동일한 형상으로 강자성 비정질 합금 리본을 가열하고, 처리하며, 그리고 냉각하는 것이 필수적이지 않다는 개념을 기초한다. 비정질 합금 리본이 처리되며 이송되는 동안, 리본이 일련의 상이한 소정 형상이 되도록 하면서 인라인 어닐링될 수 있다는 것이 믿어진다. 이는 리본이 처리 이후에 최종 형상에 근접하게 구부러질 때 대부분의 잔류 응력 및 적용된 굽힘 응력이 완화될 구조적 상태로 향하는 진행을 보장하는 처리 온도의 합금에서 발생하는 흐름 순서를 제어함으로써 완료된다. 본 발명의 장치로, 비정질 합금 리본은 열처리 이후에 요구된 최종 형상을 채택하도록 인라인 어닐링된다. 본 발명에서, 획득되고 감소된 점도가 처리 이후에 결과적인 최종 형상에 영향을 미치기 위하여 충분한 흐름이 일련의 부과된 구성을 따라 발생하도록 처리 온도는 충분히 높아야만 하고 충분히 길게 지속되어야만 한다. 본 발명으로, 종래 기술의 상기 방법들로 획득된 것보다 훨씬 높은 열 전달율을 제공하는 것이 가능하다. 바람직하게는, 높은 열 전달율은 열 전도성 원형 회전체의 유효한 주변부를 따르고 포워딩된 리본의 2 개의 측부 표면들 중 하나 사이에서 장기적인 직접 정적 접촉을 사용함으로써 제공된다(정적 접촉은 본 문헌에서는 2개의 표면들 사이에서 미끄러지지 않는 직접 기계적인 접촉으로 언급된다). 가열 및 냉각을 위한 더 높은 열 전달율을 사용하는 것은 리본 온도 상승률 또는 하락률을 향상시킬 것이다. 본 발명으로, 103℃/s보다 크고, 바람직하게는 어떤 경우에, 심지어 104℃/s보다 큰 온도 상승률 또는 하락률로 20 내지 30 ㎛ 두께의 금속 리본을 가열하거나 냉각하는 것이 가능하다. 본 발명으로, 냉각은 2개의 연속적인 단계들로 세분화될 수 있다: 높은 온도 하락률로 작동하는 제 1 냉각 단계가 존재하고, 이는 흐름 및 구조적 완화를 현저하게 둔화시키고 이에 따라 열처리를 중단시키기 위하여, 현저하게 리본 온도를 신속하게 처리 온도보다 낮게 준비하는 것을 제공할 것이다. 제 1 단계는 열처리의 종단에서 리본 구조 상태가 보존될 지점으로 리본 온도를 하락시키는 것을 제공할 현저한 온도 하락률로 제 2 냉각 단계가 이어진다. 바람직하게는, 제 1 단계 냉각 이후에, 흐름 및 구조적 완화는 어떠한 유효한 구조적 변화가 제 2 냉각 단계에서 발생하는 리본 취급으로 인해 합금에 대하여 추가로 발생할 지점으로 둔화된다. 바람직한 구체예들에 따른, 본 발명으로, 연성 리본을 얻기 위하여 인라인 어닐링 처리에서 구조적 완화를 제한하는 것이 가능하다. 바람직한 구체예들에 따른, 본 발명으로, 결정화의 시작(onset of crystallization)에 도달하지 않는 종래의 용광로 어닐링 온도보다 큰 처리 온도로 철-계 비정질합금 리본을 인라인 어닐링하는 것이 가능하다. 본 발명으로, 배전 트랜스포머, HIF, 펄스 전력 코어 및 다른 아이템을 위한 코어들을 제조하는 데에 사용가능한 비징절 합금 코어들의 생산에 있어서 응력 어닐링을 사용하는 것이 가능하다. 바람직한 구체예들에 따른, 본 발명으로, 구조적 완화를 제한하고, 이에 따른 연성 리본을 얻기 위하여, 1초보다 적고, 바람직하게는 10분의 1초보다 적은 기간에 포워딩하는(forwarding) 리본을 연속적으로 인라인 어닐링하는 것이 가능하다. 바람직한 구체예들에 따른, 본 발명으로, 1 m/초보다 큰 공급 속도, 심지어 약 5m/s보다 큰 공급 속도에서, 심지어 101 m/s 속도 범위에서 비정질 강자성 합금 리본을 인라인 어닐링하고, 이에 따라 권취-이후-어닐링(roll-up-after-annealing) 코어들을 제조하기 위한 어닐링된 리본 재료의 높은 대량 생산 속도를 허용하는 것이 또한 가능할 수 있다. 바람직한 구체예들에 따른, 본 발명으로, 인라인 어닐링 장치의 크기는 작고 최소 바닥 면적을 요구하며, 이는 상당히 비용을 감소시키는 데에 기여한다. 바람직한 구체예들에 따른, 본 발명으로, 종래 기술의 어닐링-이후-권취 코어들에 비해서 더 낮은 철손을 나타내는 권취-이후-어닐링 코어를 생산하는 것이 가능하다. 바람직한 구체예들에 따른, 본 발명으로, 약 1.3 테슬라보다 큰 B80을 나타내는 권취-이후-어닐링 코어를 생산하는 것이 가능하다. 바람직한 구체예들에 따른, 본 발명으로, 0.80보다 큰 B80/Bsat을 나타내는 권취-이후-어닐링 코어를 생산하는 것이 가능하다. 바람직한 구체예들에 따른, 본 발명으로, 손쉬운 권취-이후-어닐링을 허용하기 위한, 처리 이후에 절단가능한 철-계 비정질 합금 리본을 인라인 어닐링하는 것이 가능하다. 바람직한 구체예들에 따른, 본 발명으로, 처리 이후에 적어도 일측 상에 접힐 수 있는 철-계 비정질 합금 리본을 인라인 어닐링하는 것이 가능하다. 바람직한 구체예들에 따른, 본 발명으로, 처리 이후에 연성이 있게 남는 철-계 비정질 합금을 인라인 어닐링하는 것이 가능하다. 바람직한 구체예들에 따른, 본 발명으로, 처리 이후에 완전한 연성 상태에서 취급될 수 있는 철-계 비정질 합금을 인라인 어닐링하는 것이 가능하다. 바람직한 구체예들에 따른, 본 발명으로, 파손의 위험을 최소화하기 위하여 전체 처리 공정 동안에 완전한 연성 상태에서 철-계 비정질 합금을 인라인 어닐링하는 것이 가능하다. 바람직한 구체예들에 따른, 본 발명으로, Tdb°가 처리 이후에 정상 실온보다 작은 온도로 남는 철-계 비정질 합금 리본을 인라인 어닐링하는 것이 가능하다. 바람직한 구체예에 따른, 본 발명으로, 처리 이후에, 천공, 절단 또는 인열될 수 있는 철-계 비정질 합금 리본을 인라인 어닐링하는 것이 가능하다.
바람직한 구체예에 따른, 본 발명에서, 철-계 비정질 합금이 제공되고, 리본으로 주조될 때 103℃/s보다 크고, 바람직하게는 104℃/s보다 큰 온도 속도에서 가열하고 냉각하면서 결정화의 시작에 도달하지 않는 온도에서 인라인 어닐링함으로써 열처리된 이러한 비정질 합금은 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때 0.80보다 큰 B80/Bsat을 갖는다. 게다가, 이러한 비정질 합금은 정상 실온에서 연성이 있다. 게다가, 이러한 비정질 합금은 정상 실온보다 약간 큰 온도보다 커서는 완전히 연성이 있다.
바람직한 구체예에 따른, 본 발명에서, 부가적인 불순물을 갖는 공칭 화학적 조성물 Fe80B11Si9(숫자는 원자 백분율이다)을 갖는 철-계 비정질 합금이 제공된다. 리본으로 주조될 때, 103℃/s보다 크고, 바람직하게는 104℃/s보다 큰 온도 속도에서 가열하고 냉각하면서 결정화의 시작에 도달하지 않는 450℃보다 큰 온도에서 인라인 어닐링함으로써 열처리된 이러한 비정질 합금은 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때 0.80보다 큰 B80/Bsat을 갖는다. 게다가, 이러한 비정질 합금은 정상 실온에서 연성이 있다. 게다가, 이러한 비정질 합금은 정상 실온보다 약간 큰 온도, 바람직하게는 100℃보다 큰 온도에서 완전히 연성이 있다. 게다가, 코어에서 이러한 비정질 합금은 약 1.3 테슬라보다 큰 B80을 갖는다. 게다가, 코어에서 이러한 비정질 합금은 1.3 테슬라의 자기 유도에서 60㎐에서 0.25 W/㎏보다 낮은 철손을 갖는다.
바람직한 구체예에 따른, 본 발명에서, 부가적인 불순물을 갖는, 공칭 화학적 조성물 FeaBbSicCd(80<a<84, 8<b<18, 0<c≤5 및 0<d≤3, 숫자는 원자 백분율이다)을 갖는 철-계 비정질 합금이 제공된다. 리본으로 주조될 때, 103℃/s보다 크고, 바람직하게는 104℃/s보다 큰 온도 속도에서 가열 및 냉각으로 결정화의 시작에 도달하지 않는 425℃보다 큰 온도에서 인라인 어닐링함으로써 열처리된 이러한 비정질 합금은 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때 0.80보다 큰 B80/Bsat을 갖는다. 게다가, 이러한 비정질 합금은 정상 실온에서 연성이 있다. 게다가, 이러한 비정질 합금은 정상 실온보다 약간 큰 온도, 바람직하게는 80℃보다 큰 온도에서 완전히 연성이 있다. 게다가, 코어에서 이러한 비정질 합금은 약 1.3 테슬라보다 크고, 심지어 약 1.4 테슬라보다 크며, 바람직하게는 약 1.5 테슬라보다 큰 B80을 갖는다. 게다가, 코어에서 이러한 비정질 합금은 1.5 테슬라의 자기 유도에서 60㎐에서 0.25 W/㎏보다 낮은 철손을 갖는다.
바람직한 구체예에 따른, 본 발명에서, 부가적인 불순물을 갖는, 공칭 화학적 조성물 Fe81.8B15.8Si2.1C0.3(숫자는 원자 백분율이다)을 갖는 철-계 비정질 합금이 제공된다. 리본으로 주조될 때, 103℃/s보다 크고, 바람직하게는 104℃/s보다 큰 온도 속도에서 가열 및 냉각으로 결정화의 시작에 도달하지 않는 425℃보다 큰 온도에서 인라인 어닐링함으로써 열처리된 이러한 비정질 합금은 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때 0.80보다 크고, 바람직하게는 0.90보다 큰 B80/Bsat을 갖는다. 게다가, 이러한 비정질 합금은 정상 실온에서 연성이 있다. 게다가, 이러한 비정질 합금은 정상 실온보다 약간 큰 온도, 바람직하게는 80℃보다 큰 온도에서 완전히 연성이 있다. 게다가, 코어에서 이러한 비정질 합금은 약 1.3 테슬라보다 크고, 심지어 약 1.4 테슬라보다 크며, 바람직하게는 약 1.5 테슬라보다 큰 B80을 갖는다. 게다가, 코어에서 이러한 비정질 합금은 1.5 테슬라의 자기 유도에서 60㎐에서 0.25 W/㎏보다 낮은 철손을 갖는다.
도 1을 참조하여, 외측 반경(r1)을 갖는 열 롤러(hot roller)(1); 롤러(1)로부터 선택된 거리(d)에서 평행하게 회전하고 더 작은 외측 반경(r2)을 갖는 냉 롤러(cold roller)(2)를 포함하는 비정질 합금 리본을 인라인 어닐링하는 장치가 도시된다. 열 롤러 및 냉 롤러 외측 표면은 열 전도성 및 열관성을 갖는 재료로 구성된다. 열 롤러 및 냉 롤러는 각각의 롤러에 들어가거나 각각의 롤러로부터 빠져나가는 열 플럭스를 제어하기 위하여 열원 및/또는 열 싱크(heat sink)를 포함한다. 롤러와 열원 및/또는 열 싱크 사이의 열의 유동은 밀봉된 중공 롤러의 열 전도성 내측 표면과 접촉하여 순환하고 샤프트의 중심에 위치된 입구홀 및 출구홀을 통해 롤러를 통과하는, 열 전달 유체 또는 가스를 사용하여 수행될 수 있다. 롤러에 들어오는 열 플럭스를 위하여, 열 전달 유체 또는 가스는 중공 롤러의 열 전도성 내측 표면과 접촉하는 전기적 가열 요소 또는 버너로부터의 화염에 의해 대체될 수 있다. 전기 가열 요소는 롤러 샤프트 상에 제공된 슬라이딩 접촉을 통하여 전기적 전력 공급원에 연결될 수 있거나, 또는 바람직하게는 전기적 전도성을 갖는 내측 롤러 표면에 거의 근접한 롤러의 중공부 내에 위치된 고정된 고주파수(HF) 자기 유도 가열 안테나를 사용함으로써 HF 자기 유도 안테나는 롤러 샤프트에서 개구를 통해 HF 전기적 소스(source)에 연결된다.
얇은 비정질 합금 리본은 리본 길이방향 축을 따라 적용된 제 1 기계적 인장 응력(S1) 하에서 부여된 리본 공급 속도, 온도(Tin°)로 입구 지점(3)에서 공급된다. 이어서 리본은 적용된 제 2 기계적 인장 응력(S2) 하에서 동일한 리본 공급 속도, 온도(Tout°)로 출구 지점(7)에서 나가기 이전에 일련의 물리적 변형 및 열처리가 따라서 가해질 선택된 경로를 통해 안내된다. 바람직하게는, 지점(3)에 들어오는 리본은 주조된-그대로의(as-cast) 상태에 비해서 거의 없는 구조적 변화를 도시한다. 처리 순서는 이용되는 경로를 따라 이동하면서 일련의 열 변화 및 구조 변화를 따르도록 입구 지점(3)에 위치된 리본의 세그먼트를 선택함으로써 최상으로 설명될 수 있다. 지점(3)으로부터 따라 이동하는, 리본은 우선 반경(r1)에 대하여 구부러지는 열 롤러(1)의 외측 표면 상의 지점(4)에서 정적 접촉을 한다. 이런 지점으로부터, 리본은 높은 온도 상승률로 가열되기 시작하고 지점(5)까지, 부여된 회전각(θ1)을 위하여 열 롤러(1)와 접촉하여 유지된다. 열 롤러(1) 외측 표면에 따라 회전하면서, 리본 온도는 열 롤러(1) 외측 표면 온도 이하의 처리 온도까지 상승한다. 지점(5)에서, 열 리본은 열 롤러(1)와의 접촉을 중단하고 롤러(1)에 평행한 냉 롤러(2)의 외측 표면과 제 2 정적 접촉을 하는 지점(5)으로부터 이동 거리(d)에 위치된 지점(6)까지 처리 온도로 평평한 구성으로 통과하고, 여기서 이는 반경(r2)에 대하여 다시 동일한 측 상에서 구부러진다. 이런 지점으로부터, 리본은 높은 온도 하락률로 냉각되기 시작한다. 리본은 지점(8)까지 부여된 회전각(θ2)을 위하여 냉 롤러(2)와 접촉하여 유지된다. 냉 롤러(2)를 따라 회전하면서, 리본 온도는 냉 롤러(2) 외측 표면 온도 이상의 온도(Tout°)까지 하락한다. 냉 롤러(2)를 떠난 이후에, 리본은 맨드릴에 테이크-업되고 정상 실온으로 천천히 냉각되거나, 또는 테이크-업 맨드릴 상에서 권취되기 이전에 추가적인 냉각(예를 들어, 추가적인 냉 롤러들) 또는 공정을 위하여 떠나게 된다.
도 1의 셋업 장치는 만곡된 형상을 채택하도록 포워딩하는 얇은 비정질 합금 리본을 연속적으로 응력 완화하는 데에 최상으로 적합하다. 일반적으로, 비정질 합금 리본은 50㎛까지, 더 일반적으로 약 20 내지 30 ㎛의 두께를 가질 것이다. 본 발명에서, 리본이 최대 완화 응력을 도시할 안정위(rest position)에서 후-공정 자연 굽힘 반경(ra)은 처리 이후의 반경(r2)보다 크다. 그렇게 되기 위하여, 리본 온도는 증가된 흐름 및 리본에서 인장 응력의 존재로 인해, 잔류 응력 및 적용된 굽힘 응력을 완화시키기 위하여 시간의 현저한 기간 동안에 처리 온도까지 상승하여야만 한다. 처리 온도로 합금에서 발생하는 흐름 순서의 제어는 열처리 경로를 따라 포워딩된 리본과 접촉하는 회전하는 롤러로 리본에 부과된 굽힘 응력의 순서에 의해 제어된다. 처리 동안에, 리본은 연속적으로 반경(r1)에 대하여 구부러지고, 이어서 평평하게 되며, 반경(r2)에 대하여 동일한 측 상에서 다시 구부러지는 것으로부터 구성을 변경한다. 응력 완화의 부분은 처리 온도가 도달될 때 롤러(1) 상에서 발생한다. 지점(5)으로부터 냉 롤러(2) 상의 지점(6)까지의 이동 경로는 처리 온도에서 평평한 구성으로 완료되고, 추가된 굽힘이 없이 적용된 응력은 완화된다. 일단 지점(6)이 도달된다면, 롤러(1) 상과 동일한 굽힘 측 상의 작은 반경(r2)에 부과된 재적용된 굽힘 응력의 응력 완화 작용은 리본의 온도가 제 1 냉각 단계의 초기 부분 동안에 거의 처리 온도에서 여전히 존재하면서 발생한다. 이처럼, r2보다 큰 반경(ra)에 근접하게 구부러질 때 리본은 실질적으로 완화된 응력을 되찾을 것이다. 지점(8)에서 롤러를 떠날 때, 제 1 냉각 단계가 완료되고, 리본 온도(Tout°)는 추가적인 유효하고 유해한 응력 완화를 유발하지 않고 제 2 냉각 단계에서 지속해서 냉각하는 동안에 추가적인 리본 취급을 허용하는 처리 온도보다 작게 현저하게 하락되어 왔다. 합금의 점도는 아레니우스 법칙(arrhenius law)을 거의 따름으로써 온도의 상호(reciprocal)와 함께 증가하기에, 처리 온도로부터 수 십도의 하락은 충분하다. 리본이 테이크-업 맨드릴에 권취되거나, 또는 바람직하게는 맨드릴에 테이크-업 되기 이전에, 가스의 냉각 제트, 또는 추가적인 냉 롤러들과 같은 어떠한 추가적인 냉각 수단을 이용하여 테이크-업 맨드릴에 권취될 때 제 2 단계 냉각이 완료된다. 처리 이후의 안정위에서 결과적인 자연 굽힘 반경(ra)은 리본 두께 및 공급 속도, 롤러들(1, 2)의 온도, 반경(r1, r2), 접촉각(θ1,θ2) 및 거리(d)의 함수가 된다. 또한, 인장 응력은 합금의 조성에 따라, 리본 길이방향 축을 따르거나 이에 수직하게 배향된 자기 이방성을 유도하도록 처리 동안에 리본의 변위를 따라 모두 유지된다.
도 1의 장치에서, 허용가능한 어닐링 처리를 유지하면서, 달성될 수 있는 가장 높은 리본 공급 속도는 롤러와 리본 사이의 열 전달율, 리본 두께, 접촉 영역의 각도 거리(θ × r), 및 롤러 온도에 의해 제한된다. 롤러와 리본 사이의 열 전달율은 모든 대응 표면들 사이의 접촉 면적에 따른다. 모든 대응 표면들의 약간의 거칠기 특성으로 인해, 접촉 면적은 적용된 접촉 압력에 의해 영향을 받은 부분에 대하여 감소된다. 만약 약간의 압력이 적용된다면 접촉 면적은 향상될 것이다. 또한, 상승된 온도에서 감소된 점도는 압력 경도력 하에서 접촉 면적을 향상시킬 것이다. 더욱이, 접촉 면적은 감소된 표면 거칠기를 갖는 비정질 합금 리본에 대하여 증가할 것이다. 도시된 장치에서, 접촉 압력은 롤러를 조이기 위하여 포워딩된 리본에 적용된 기계적인 인장 응력에 의해 가해진다. 이런 조이는 힘은 인장 응력에 비례하고 롤러 반경에 반비례하는 접촉 압력 경도력을 생성한다. 롤러(2)의 반경(r2)은 롤러(1)의 반경(r1)보다 작고, 리본은 냉각에서 롤러(2) 상에서 더 높은 접촉 면적을 가질 것이다. 또한, 도 7a에 도시된 바와 같이, 롤러 표면과 리본 사이의 온도 갭이 줄어들기에, 롤러와 접촉하면서 리본에서 변화의 온도 속도는 음의 지수함수형 감쇠:-e-x(가열 리본), 또는 양의 지수함수형 감쇠: e-x(냉각 리본)을 거의 따르면서 발달한다. 바람직하게는, 롤러(2)의 표면 온도는 거의 따른 양의 지수함수형 감쇠(e-x)의 초기 부분에서 발생하는 더 높은 하락 온도 속도의 이익을 취하도록 처리 온도보다 작은 온도로 제대로 존재한다. 온도(Tout°)가 추가적인 유효하고 유해한 응력 완화를 유발하지 않고 제 2 냉각 단계에서 지속해서 냉각하면서 추가적인 리본 취급을 허용하는 지점(8)에서 처리 온도보다 작은 온도로 현저하게 하락되지 않을 때 동일한 어닐링 곡률을 유지하기 위한 최대 리본 공급 속도가 도달된다. 이런 경우에, 열처리가 완료되지 않고, 제 1 냉각 단계가 제 1 냉 롤러(2)에 거의 근접하게 제 2 냉 롤러(2) 상에서 접촉함으로써 지속되어야 한다. 결과적인 최종 만곡된 형상은 열처리에서 추가된 롤러의 영향을 고려함으로써 결정될 것이다.
바람직하게는, 본 발명의 어닐링 공정은 연성 리본을 얻기 위하여 구조적 완화를 최소화하도록 수행된다. 시간에 따른 점도 증가의 속도 및 비정질 합금 순간 점도의 온도의 상호에 대한 의존성이 Tg°보다 작은 온도에 대한 아레니우스 법칙을 거의 따른다는 것이 믿어진다. 상승된 온도이나 여전히 Tg°보다 작은 온도에서, 감소된 점도는 흐름이 응력에 응하여 증가하도록 할 것이다. 초기의 적용된 응력 또는 잔류 응력에 대하여, 흐름의 효과는 관련된 시간 상수와 함께 시간에 따라 응력을 점차 완화시킬 것이다. 일정한 구조(즉, 구조적 완화를 갖지 않음)에서, 시간 상수는 합금 상호 온도에 기하급수적으로 비례한다. 온도가 더 높을수록, 요구된 응력 완화가 더 짧아질 것이다. 더욱이, 일정하게 적용된 응력이 존재한다면, 일정한 흐름이 존재할 것이다. 하지만, 구조적 완화가 또한 발생함에 따라, 합금 원자 구조가 평형 상태를 향하여 재배열되기에 점도의 지속적인 증가로 인해 흐름에 대한 증가하는 저항성이 존재할 것이다. 이는 합금에서 구조 변화가 존재할 것이기 때문에 비가역적일 응력을 완화하도록 시간 상수를 늘릴 것이다. 구조적 완화의 효과로 인해, Tg°보다 작은 미리결정된 온도에서 비정질 합금 시편 상에 갑작스럽게 적용된 응력을 응력 완화하도록 요구된 시간이 시편에 가해졌던 열 이력에 따라 증가할 것이다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 가열 시간, 어닐링 시간, 처리 구성의 순서 및 냉각 방법이 어떻게 구조적 변화가 리본의 연성 및 어닐링 시간 상수에 영향을 미칠 것인지를 기초하여 실현되었다. 열처리는 잔류 응력 및 일련의 적용된 응력을 충분히 완화하는 데에 요구된 최소 시간 동안에 수행되고, 이는 처리 동안에 구조적 상태의 발전 및 선택된 처리 온도에 관련된 시간 상수에 따른다. 이런 최소 시간보다 큰 것은 불필요하고, 리본의 연성에 유해하게 될 것인 너무 많은 구조적 완화가 발생하도록 할 것이다. 일단 처리 온도가 도달된다면 적용된 응력을 완화시키는 데에 이용가능한 더 짧은 시간 상수가 처리의 시작에서 발생한다. 따라서, 잔류 및 적용된 굽힘 응력이 도 1에서 지점(5)에 도달할 때 주로 완화된다. 바람직하게는, 이동 거리(d)는 롤러(1)에 꽤 근접하게 롤러(2)를 배치함으로써 짧게 유지되어 추가적인 구조적 완화를 제한한다. 바람직하게는, 롤러(2) 반경(r2)의 선택은 처리 이후에 r1에 근접한 만곡된 반경에서 구부러질 때 최대 완화 응력을 도시하는 냉각된 합금 리본을 획득하기 위하여 결정된다.
바람직하게는, 일단 열처리가 종료된다면, 인라인 어닐링된 비정질 합금 리본은 여전히 비정질 상태로 존재한다. 하지만, 다른 구체예에서, 열처리 온도 및 시간은 합금의 결정화의 시작에 도달하기 위하여 증가될 수 있다. 시간 및 처리 온도의 선택은 부분적으로 결정화되거나 완전히 결정화되는 합금으로 열처리를 종료하도록 설정될 수 있다. 본 발명의 인라인 어닐링 장치의 이러한 사용은 결정화 어닐링을 요구하는 비정질 합금을 위하여 바람직할 수 있다.
이제 도 2를 참조하여, 장치는 바람직하게는 공급 리본 릴(feeding ribbon reel)(9) 및 테이크-업 맨드릴(take-up mandrel)(53)을 더 포함한다. 리본 릴 맨드릴 및 다른 맨드릴은 각각 샤프트를 통해 모터에 결합된다. 작동에서, 모터들 중 하나는 리본 속도를 조정하도록 회전하는 반면에 다른 것은 토크 제어 모드에서 포워딩하는 리본에서 기계적 인장 응력을 조절하는 것이다. 롤러들(1,2)은 회전하기 위하여 자유롭고, 구동 벨트(driving belt)로서 작동하는 리본에 의해 구동되며, 인장 응력들(S1,S2)은 동일하다.
도 1의 장치에서, 부여된 리본 공급 속도에서 롤러(1) 상의 처리 시간은 접촉각(θ1)에 비례하고, 롤러(2) 상의 냉각 시간은 접촉각(θ2)에 비례한다. 이제 도 3a와 도 3b를 참조하여, 열 롤러(1 또는 2)에 평행하고 거의 근접하게 회전하는 소형 가이드 롤러(10)를 추가함으로써 더 넓은 접촉각(θ1 또는 θ2)을 제공하는 도 1에 도시된 장치의 변형된 버전이 도시된다. 가이드 롤러(10)는 이동 경로에서 리본의 출구 지점(7)의 바로 앞 또는 입구 지점(3)의 바로 뒤에 위치될 수 있다. 모든 장치들에서, 리본 공급 맨드릴 및 테이크-업 맨드릴은 원격 위치에 위치될 수 있다. 가이드 롤러 반경은 바람직하게는 θ1 또는 θ2를 최소화하도록 작다. 도 3a와 도 3b의 변형된 장치로, 리본 공급 속도는 도 1에 도시된 장치에 대해 말하자면 열 롤러(1) 상에서 동일한 처리 시간 및 온도를 유지하면서 증가될 수 있다. 도 3b에서, θ2는 또한 증가된다.
응력 완화 작용은 리본이 거의 처리 온도일 때 주로 발생하기에, 리본이 도 7a에 도시된 바와 같이 처리 온도에 도달하도록 Tin°을 기점으로 하여 가열하는 동안에 어떠한 유효한 응력 완화가 발생하지 않는다. 완전한 각도 거리(θ1 × r1)는 리본 온도(Tin°)가 지점(4)에서 접촉하게 될 때 거의 처리 온도, 및 바람직하게는 구조적 완화가 주조된-그대로의 상태를 특징짓는 초기 구조 조건에 비해서 유효한 공정을 이루지 않는 상태에서 존재한다면, 응력을 완화시키기 위하여 채택될 수 있다. 이처럼, 부여된 공급 속도 및 롤러 온도로 롤러(1) 상의 처리 시간은 더 증가될 수 있다.
다른 바람직한 구체예에서, 리본의 가열은 리본이 일련의 처리 구성에 가해지기 이전에 수행된다. 구조적 완화는 시작될 것이나, 본 발명에서 가열 시간은 처리 시간과 비슷하고, 구조 완화 진행 속도가 온도와 함께 기하급수적으로 증가하고 온도가 가열되면서 상승 모드로 존재한다는 것을 고려하면, 만약 상승 온도가 리본이 열 롤러(1)와 접촉을 하기 이전에 잠시 거의 처리 온도를 획득한다면 어떠한 중요한 구조적 완화가 발생하지 않을 것이다는 것이 참이다. 이제 도 4a를 참조하여, 롤러(1)에 거의 근접하고 평행하게 회전하면서 반경(r3)을 갖는 제 2 열 롤러(11)가 추가되어 왔던, 도 1의 장치의 변형된 버전이 도시된다. 리본의 이동 경로는 경로에서 열 롤러(11)를 추가하도록 변형되어 왔다. 지점(4)에서 롤러(1)의 표면과 접촉을 하기 이전에, 리본은 지점(12)에서 롤러(11)의 열 표면과 정적 접촉을 하고, 여기서 이는 또한 열 롤러 반경(r3)으로 구부러지고, 높은 온도 상승률로 가열되기 시작한다. 리본은 부여된 회전각(θ1,θ3)을 위하여 열 롤러 표면과 접촉하여 유지된다. 회전에서 열 롤러(11) 표면에 따라 이동하면서, 리본 온도는 열 롤러(11) 온도 이하의 온도까지 상승한다. 지점(13)에서, 리본은 열 롤러(11)와의 접촉을 단절하고 열 롤러(1)의 지점(4)에 대하여 평평한 구성으로 통하며, 도 1을 위하여 도시된 바와 같은 동일한 경로를 따른다. 결과적인 온도 프로파일은 도 7b에 도시된다. 바람직하게는, 롤러(11)와의 접촉을 따라 회전하면서, 리본 온도는 일정하게 상승 모드로 존재한다. 더 바람직하게는, 지점(13)에서 롤러(11)와 접촉을 단절할 때, 리본 온도는 실질적으로 처리 표면에 도달하게 된다. 열 롤러(1) 열원 및 열 싱크는 이어서 전체 회전각(θ3)을 위하여 접촉하면서 처리 온도로 들어오는 리본을 유지하도록 조정된다. 또한, 열 롤러(11)는 롤러(11)와 롤러(1) 사이의 평평한 구성으로 지점들(13, 4) 사이의 이동 경로를 최소화하도록 롤러(1)에 거의 근접하게 위치된다. 접촉각(θ3), 외측 반경(r3) 및 롤러(11) 표면 온도의 선택은 지점(4)에 도달하기 이전에 구조적 완화의 진행을 제한하기 위하여 감소된 온도 상승 시간으로 최적화된다. 온도가 리본 온도에 의해 거의 따르는 음의 지수함수형 감쇠(-e-x)의 초기 부분의 더 높은 온도 상승률로부터 이익을 얻기 위하여 거의 처리 온도를 획득할 때 감소된 온도 상승 시간은 롤러(11)를 떠나는 리본과 함께 처리 온도보다 큰 롤러(11)의 온도를 설정함으로써 가능하다. 더욱이, 롤러(11) 상의 온도 상승률, 및 이에 따른 떠나는 지점에서 리본 온도에 영향을 미칠, 리본 두께에서 어떠한 느린 점진적인 변화는 롤러(11)의 온도를 보정함으로써 보상될 수 있다. 이러한 두께 변화는 들어오는 예열된 리본에서 처리 온도를 유지하기 위하여 롤러(1)에 공급된 전력을 감시함으로써 손쉽게 감지될 수 있다. 온도 상승 시간을 더 감소시키는 다른 방법은 하나의 롤러로부터 다른 롤러로 뱀모양 경로를 따르는 리본을 예열하기 위하여 나란히 평행하게 위치되고 더 작은 외측 반경을 갖는 하나 이상의 열 롤러(11)를 사용하는 것이다. 롤러 상의 가압 접촉이 외측 반경에 대하여 반비례 방식으로 증가하기에 다중의 더 작은 열 롤러들 주위에서 뱀 모양의 리본은 대안적으로 리본의 각각의 측으로부터 부여된 인장 응력에서 더 신속하게 가열될 것이다. 대안적으로 리본의 각 측으로부터 가열은 또한 일측만으로부터 가열과 비교하여 두께를 통해 구배 온도를 감소시키고, 이에 따라 리본 두께를 통해 더 균일한 온도 증가율을 제공한다. 따라서 동등한 리본 온도 상승률에서, 더 작은 롤러들이 리본 인장 응력을 감소시키는 데에 사용될 수 있고, 이에 따라 처리 동안에 파손의 위험을 저하시킨다. 도 4b에서, 도 4a의 열 롤러(11)는 반경(r3a, r3b)의 2개의 더 작은 롤러들(11a, 11b)에 의해 대체되어 왔다. 이런 변형된 장치로, 양 롤러들(11a, 11b)의 각도 거리의 합(θ3a × r3a + θ3b × r3b)은 리본 온도가 도 7b에 도시된 바와 같이 더 신속하게 상승하고 이에 따라 지점(4)에 도달하기 이전에 구조적 완화의 처리를 제한하기에 동등한 리본 인장 응력을 위한 도 4a의 각도 거리(θ3 × r3)보다 작게 이루어질 수 있다.
본 발명에서, 열 전도성 롤러의 유효한 주변부를 따라, 리본의 양측 표면들 중 하나 사이에 또는 대안적으로 각 측 상에서 직접 정적 접촉에 의한 비정질 합금 리본을 가열하고 냉각하는 작동은 합금의 열 팽창 또는 열 수축을 감안하여야 한다. 온도 변화에 제출될 때, 합금은 온도가 상승하면서 팽창되거나, 온도가 하락하면서 수축되려고 한다. 이런 현상은 리본이 미끄러지는 것을 방지하면서 롤러의 표면과 리본의 고정 접촉 지점에서 집중 표면 전단 응력을 생성할 것이다. 인라인 어닐링 공정의 가열 단계 동안에, 리본이 더 높아지는 온도에 따라 팽창하려고 하기에, 합금 점도 하락 및 등장 표면 전단 응력은 증가하는 흐름에 따라 완화되고 있다. 따라서, 어떠한 유효한 표면 전단 응력은 리본이 가열되면서 형성되지 않는다. 하지만, 이는 냉 롤러를 사용하는 냉각 단계에서 상이한 이력이다. 온도가 하락하기에, 리본은 점도가 신속하게 증가하면서 접촉하려고 한다. 이는 고정 접촉 지점의 붕괴를 야기할 수 있는 증가하는 집중 표면 전단 응력을 도입할 것이고 이에 따라 냉 롤러의 표면의 연마 마모가 발생할 것이다. 본 발명에서, 연마 마모 문제는 도 5에 도시된 바와 같은 리본 온도에 있어 감소 동안에 일련의 작은 각도 거리(θ × r)에 걸쳐 다중의 냉 롤러들을 통해 리본을 뱀 모양으로 움직임으로써 현저하게 감쇠될 수 있다. 다중의 냉 롤러들에 걸친 도약(jumping)은 연마 마모가 심각한 문제가 되는 롤러 상의 지점에 획득하기 이전에 각각의 도약에서 집중 전단 응력을 축적하는 것을 무효화할 것이다. 만약 냉 롤러들이 제 2 냉각 단계에서 사용된다면, 이들의 개수 및 각각의 각도 거리(θ × r)는 리본이 맨드릴에서 테이크-업될 최종 온도(TF°)에서, 도 7c에 도시된 바와 같은 각각의 롤러에서 최대 허용 온도 하락(ΔT°)에 따라 선택될 수 있다. 도 1 내지 도 5에서 냉 롤러(2)에 대해 말하자면, 지점(8)에서 롤러를 떠날 때 리본 온도(Tout°)가 추가적인 유효하고 유해한 응력 완화를 유발하지 않고 지속해서 냉각하면서 추가적인 리본 취급을 허용하도록 처리 온도보다 작은 온도로 현저하게 하락될 때까지 각도 거리(θ2 × r2)를 최소화하는 것이 바람직할 수 있고, 그렇지 않으면 만약 이런 지점 아래로 더 하락한다면 회피가능한 연마 마모가 발생할 수 있다. 또한, 집중 표면 전단 응력을 축적하는 것을 반복적으로 무효화하는 것은 처리 이후에 리본의 자기 특성을 약화시키는 데에 기여하는 잔류 응력의 유도를 감쇠시킬 것이다.
이제 도 6a를 참조하여, 프로그램가능한 반경(ra)에서 처리 이후에 최대 응력 완화를 도시할 비정질 합금 리본을 인라인 어닐링하는 데에 사용된 도 1에 도시된 장치의 변형된 버전이 도시된다. 처리 온도에서 합금에서 발생하는 흐름 순서의 제어는 열처리 경로를 따라 포워딩되는 리본과 접촉하여 회전하는 추가적인 롤러 상에서 리본을 더 굽힘으로써 변형된다. 장치는 롤러들(1,2)에 평행하면서 지점(5)과 지점(6) 사이 어딘가에서 리본에 접촉하고 미리결정된 반경(r4)을 갖는 롤러(14)를 더 포함한다. 롤러(1)로부터 롤러(2)로 가면서, 리본은 롤러(1) 상의 처리 굽힘측에 반대하는 굽힘 응력을 완화시키도록 접촉각(θ4)에서 롤러(14) 상에서 후측으로 구부러진다. 리본 두께 및 공급 속도에 따라, 커버링각(covering angle)(θ1,θ2,θ4), 롤러들(1,2,14)의 온도 및 롤러의 반경(r1,r2,r4)의 선택은 처리 이후에 r2보다 큰 반경(ra)으로 구부려질 때 최대 완화 응력을 도시하는 냉각된 합금 리본을 획득하기 위하여 결정된다. 반경(ra)은 접촉각(θ4)을 증가시키거나 감소시키도록 롤러(14) 주위에 롤러(2)를 옮김으로써, 또는 리본에 대하여 수직으로 롤러(14)를 옮김으로써 프로그램밍될 수 있다. 이처럼, 원형 코어를 형성하도록 권취될 때 증가하는 굽힘 반경에 대응하기 위하여 접촉각(θ4)이 증가하고 재료가 포워딩되기에 비정질 리본은 점차 증가하는 반경(ra)으로 인라인 어닐링될 수 있다.
이제 6b를 참조하여, 평평한 구성에서 비정질 합금 리본을 인라인 어닐링하는 데에 사용된 본 발명의 장치가 도시된다. 이런 장치는 도 6a에 도시된 장치와 유사하나, 무한 반경(ra)에서 리본을 어닐링하도록 구성된다. 롤러(1)는 도 4a에서 롤러(11)에 대하여 설명된 바와 유사한 방식으로 리본을 가열하는 것을 주로 제공한다. 리본은 처리 온도로 지점(5)에서 열 롤러(1)와의 접촉을 단절할 때, 지점(15)에서 롤러(14)와의 접촉을 하기 이전에 미리결정된 거리를 위한 평평한 구성에서 고속으로 전측으로 진행한다. 이런 경우에, 요구된 응력 완화는 롤러(14)를 향하여 평평한 구성에서 처리 온도로 이동하면서 발생한다. 평평한 구성 처리 시간은 부여된 리본 공급 속도에서 지점(5)으로부터 지점(15)까지 리본 이동 거리의 함수가 된다. 요구된 평평한 구성 처리 시간은 지점(5)으로부터 지점(15)까지 이동하면서 온도 붕괴 시간 상수에 대하여 꽤 짧아서, 어떠한 유효한 온도 하락이 지점(15)이 도달될 때 발생하지 않을 것이다. 비록 리본의 평평한 처리 영역이 온도를 유지하도록 용광로 내에 위치될 수 있더라도, 이는 본 발명에서 필요하지 않다. 열 리본이 롤러(14)에 접촉할 때, 추가된 굽힘 응력이 완화된다. 이어서 추가되고 완화된 굽힘 응력은 냉 롤러(2) 상에서 초기 냉각으로 후측으로 구부러질 때 복귀될 것이다. 바람직하게는 롤러(14) 및 롤러(12)는 거의 근접하다. 리본 두께 및 공급 속도에 따라, 지점들(13,15) 사이의 이동 거리, 커버링각(θ2,θ4), 롤러(2,4)의 온도 및 반경(r2,r4)의 선택이 평평한 구성에서 최대 완화된 응력을 도시하는 냉각된 합금 리본을 획득하기 위하여 결정된다.
도 1 내지 도 6에 도시된 본 발명의 장치는 제한 후-어닐링(post-annealing) 또는 미 획득 취화를 갖는 적용된 인장 응력 하에서 철-계 Metglas 2605SA1 및 2605HB1와 같은 비정질 합금을 정상 대기에서 인라인 어닐링하는 데에 가장 적합하다. 비정질 합금 리본 2605SA1 및 2605HB1의 자기 특성은 본 발명의 장치로 고속으로 인라인 어닐링된 이후에 꽤 향상되어 왔다. 권취-이후-어닐링 원형 코어들의 자기 특성은 종래의 필드 용광로 어닐링 방법을 사용하여 처리된 원형 코어들에 대해 유리하게 비교한다.
이제 도 9 내지 도 13을 참조하여, 열 롤러의 상세한 구성이 도시된다. 열 롤러는 중심축(13) 주위에서 함께 회전하는 외측 클래딩 열 디퓨저 링(17) 및 내측 열원 링(16)을 포함한다. 외측 클래딩 링(17)은 양호한 열 전도성 재료, 예를 들어, 구리로 제조되고, 미리결정된 두께(e2)를 갖는다. 선택된 재료가 결국 기계적 열화로 이어지는 고온에서 극심한 산화가 되기 쉽다면, 구리에 대한 경우이기에, 이의 노출된 표면은 심각한 산화로부터 표면을 보호하도록, 니켈과 같은 실질적인 녹슬지 않는 특성을 갖는 얇은 금속 필름(17a)으로 도금될 수 있다. 내측 링(16)은 전기적으로 저항성이 있는 전도체 재료로 제조된다. 내측 링(16)의 전기적 저항 전도성은 순환 전류의 줄 효과에 의해 열을 생성하는 수단으로서 작용한다. 링(16)은 만약 불타는 화염이 아래로부터 열 디퓨저를 가열하는 데에 사용될 것이라면 생략될 수 있다. 링(16)으로, 이러한 생성된 열은 링 회전 축(13)을 따라 어딘가에 위치된 한 쌍의 슬라이딩 접촉들을 통해 링의 외측에서 전류원에 연결된 2개의 전기적 전도체들을 구비하는 전기적 자체 발열 요소 링(16)에 의해 발생될 수 있다. 바람직하게는, 내측 링(16)은 전기적으로 저항성이 있는 전도체 재료 예를 들어 스테인리스 스틸로 제조되고, 미리결정된 두께(e1)를 갖는다. 내측 링(16)으로부터 외측 클래딩 링(17)으로 효율적인 열 전달을 제공하기 위하여, 바람직하게는, 외측 클래딩 링(17)은 용접되거나 링(17)의 외측 표면이 기계가공된 이후에 전기 도금 공정을 사용함으로써 링(16) 상에 구축될 수 있다. 열은 또한 루핑하는(looping) 전기 유도 내부 AC 전류에 의해 생산될 수 있다. 전류 루프는 유도 가열 안테나(induction heating antenna)(18)로 생산된 고주파 변동 자기장에 의해 유도되고 링(16)에 의해 한정된 원형 경로를 따르면서 루핑한다. 유도 가열 안테나(18)는 실질적으로 링(16)의 중공부 내에서 실린더형으로 코일링되고, 정렬되며, 중심에 위치되고 고정되며, 또한 에어 갭(18a)에 의해 이로부터 분리될 수 있는 절연 구리 배관으로 제조된다. 냉각재는 줄 손실을 전도하는 코일을 비우도록 안테나 구리 배관 내에서 흐름하는 것으로 허용된다. 바람직하게는, 링(16)의 두께(e1)는 안테나 전력 공급 주파수에서 유도된 AC 전류의 스킨 깊이보다 크다. 구리 클래딩 두께(e2)는 가열된 내측 링(16)으로부터 외측 클래딩 링(17)과 접촉하는 리본으로 균일한 열 분배 및 전달을 보장하도록 열 디퓨저로서 작용하기에 충분히 두껍게 선택된다. 이중-링 어셈블리(two-ring assembly)(19)는 회전에 있어 롤러 표면과 접촉하면서 따라 이동하는 리본을 가열할 때 주변부 도처에 온도를 동등하게 하는 열 버퍼 저장소로서, 열 관성으로 작용하고, 리본 두께에 비교될 때 훨씬 더 큰 두께를 갖는다. 이중-링 어셈블리(19)는 적어도 리본 폭만큼 넓다. 회전에 있어 이중-링 어셈블리를 지지하기 위하여, 두께(e3)를 갖는 얇은 튜브 벽(20)들을 연장하는 것은 내측 링(16)의 양측으로부터 돌출된다. 튜브 벽(20)들은 바람직하게는 약한 열 전도성 재료 예를 들어 스테인리스 스틸로 제조되고, 벽 두께(e3)는 극단 반대편의 튜브 벽들을 향하여 열 누설을 제한하기에 충분히 얇게 제조되나, 롤러가 회전하면서 동심(concentricity)을 유지하기 위하여 롤러 표면 상에 장력으로 리본에 의해 가해진 견인력(pulling force)을 지지하게 충분히 두껍게 제조된다. 극단의 반대편의 튜브 벽들 각각은 유지 플랜지(holding flange)(22)들을 수용하기 위한 더 두꺼운 벽(21)을 갖는다. 만약 튜브 벽(21) 재료가 스테인리스 스틸로 제조된다면, 바람직하게는 이런 경우이기에, 유도된 전류 루프는 내측 링(16)의 양측을 넘어 연장될 것이다. 이런 부작용은 튜브 벽들 내에서 기생 열(parasitic heat)을 발생시킬 것이다. 따라서, 튜브 벽(20)들은 유도된 전류가 이중-링 어셈블리(19)의 부근 내에서 통해 유동하는 원형 경로 루프를 단절시키기에 충분히 긴 길이에서 스테인리스 스틸 링(16)의 양측의 엣지들로부터 끼워진, 축방향으로 주기적으로 이격된 슬롯(23)들을 구비한다. 더욱이, 이런 슬롯들은 이중-링 어셈블리의 양측을 유지하는 손가락-모양 지지 수단을 생성하고, 이는 회전축과 동심을 유지하면서 이중-링 어셈블리(19)의 열 방사방향 팽창을 수용하도록 방사방향으로 구부러질 수 있다. 도 12와 도 13에서 도시된 바와 같이, 각각의 측부 플랜지(22)는 벽(27)의 개구에 삽입된 베어링(25) 상에 지지된 중공축(24)을 포함한다. 반대의 버전으로, 개구(26)는 벽(27)에 장식된 샤프트(24)를 갖는 플랜지(22)에서 국부화될 수 있다. 튜브 벽(20)들 및 이중-링 어셈블리(19)의 축방향 열 팽창을 허용하기 위하여, 스프링(spring)(28)은 플랜지(22)와 베어링(25) 사이의 샤프트(24) 상에 삽입되고, 샤프트 및 베어링은 상호 간에 대하여 슬라이딩하는 것을 허용된다. 유도 가열 안테나(18)는 지지 구조물 벽(27)에 고정된 플레이트(31)에 의해 롤러의 외측으로부터 유지되기 위하여, 샤프트(24)의 중공부를 자유롭게 통과하는 샤프트(30)에 부착된 지지 수단(29)에 의해 중심 중공부에 지지된다. 유도 가열 안테나(18)의 2개의 절연 구리 배관 종단들(18b, 18c)은 반대편 중공 샤프트(24)를 통해 자유롭게 연장되어 HF 전기적 AC 전력 공급에 도달한다. 따라서, 열 롤러는 유도 가열 안테나(18)가 열 롤러와의 물리적 접속 없이 고정되게 남으면서 모든 지지 베어링들 상에서 회전하도록 허용된다.
이제 도 14를 참조하여, 냉 롤러의 상세한 구성의 단면도가 도시된다. 냉 롤러는 측부 플랜지(33)들에 의해 지지되고 두께(e4)를 갖는 열 전도성 링(32)을 포함한다. 열 전도성 링(32)과 플랜지(33)들 사이의 교차점들은 밀봉부(seal)(34)를 구비한다. 냉 롤러는 또한 열 전도성 링(32)의 중공부 내에서 중심에 있는 외측 실린더 표면(36)을 갖는 내측부(35)를 포함하고, 이로부터 작은 갭에 의해 분리된다. 내측부(35)는 부착 수단으로 2개의 측부 플랜지(33)들에 의해 유지된다. 측부 플랜지(33)들은 각각 베어링(37)의 외측 회전부를 삽입하고 유지하도록 중심 리세스를 구비한다. 측부 플랜지(33)들은 또한 냉각재가 통과하도록 플랜지의 중심으로부터 돌출하는 튜브 팁(38)을 포함한다. 적어도 하나는 개방된 경로 링크(39)는 튜브 팁에서 유동하는 냉각재가 갭에 도달하도록 내측부(35)의 양 극단들 내에 제공된다. 따라서, 2개의 튜브 팁(38)들 중 하나에 들어오는 냉각재는 열 교환하도록 열 전도성 링(32)의 내측 표면과 접촉하는 갭을 통해 안내될 것이다. 이어서 냉각재는 반대편 플랜지 위치에서 다른 튜브 팁을 통해 출구를 따른다. 냉 롤러 어셈블리는 벽 구조물에 고정된 2개의 중공 샤프트(40)들 상에서 베어링(37)들의 내측 회전부에 의해 지지된다. 튜브 팁(38)은 슬라이딩 밀봉부(41)에 의해 샤프트 내측 벽으로부터 분리된 샤프트(40)의 중공부에서 회전한다. 바람직하게는, 냉각 유체는 물이다. 더 높은 리본 냉각 속도는 영하의 온도 유체, 예를 들어 글리콜(glycol)을 사용하여 획득될 수 있다.
도 14의 냉 롤러에서, 냉각재가 일측으로부터 타측으로 열 전도성 링(32) 아래에서 유동하면서 더 뜨거워지기에, 리본 하락 온도는 엣지들 중 일측 상에서 더 빨라진다. 이제 도 15a와 도 15b를 참조하여, 열 전도성 링(32) 아래에서 균일하게 들어오는 냉각재를 분배하는 냉 롤러의 변형된 버전이 도시된다. 중심부(36)는 스페이서들(43, 43a)에 의해 이격된 얇은 디스크 분리기(42)들의 스택(stack)에 의해 대체되어 왔다. 디스크 분리기(42) 직경은 작은 갭(44)을 생성하기 위하여 열 전도성 링(32) 내경보다 약간 작다. 스페이서들(43, 43a)은 냉각재를 갭(44)에 분배하고 갭(44)으로부터 수집하는 갭(45)을 생성하도록 디스크(42)들보다 작은 직경을 갖는다. 2개의 일련의 평행 정렬된 개구들(46,47)은 상응하는 갭(45) 및 대안적인 적층 순서로 2개의 평행 개구들 중 하나 사이의 횡단 개구(48)를 갖는 스페이서들의 각각으로 적층된 배열의 중심부를 관통한다. 이어서 평행 및 횡단 개구들(46, 47,48)은 2개의 매니폴드(manifold)를 형성하고, 하나는 흡입하고 하나는 배출한다. 2개의 스페이서(43a)들은 각각 적층된 배열의 양 종단에서 위치되어 하나의 튜브 팁(38)에서 유도하는 냉각재가 2개의 갭(45)들로부터 하나에서 배출 매니폴드를 통하여 분배되도록 할 상응하는 매니폴드에 각각의 튜브 팁(38)을 연결하고 열 전도성 링(32)의 내측벽에 도달한다. 이어서 냉각재는 작은 갭(44) 및 상응하는 갭(45)들을 통해 흡입 매니폴드로 되돌아갈 것이고 롤러의 다른 극단에서 튜브 팁을 통하여 롤러를 빠져나갈 것이다.
릴로부터 리본을 풀도록 처리할 때, 리본은 포장되는 소싱 릴(sourcing reel)과 같은 몇몇 인자들로 인해 약간 측면으로 불안정을 갖고 이동할 수 있다. 만일 리본이 본 발명의 열 롤러 상에서 요구된 바와 같이, 롤러 상에 정확한 위치에 의해 반드시 지나야한다면, 메커니즘은 리본 궤적을 고정시키는 데에 사용되어야만 한다. 바람직하게는, 본 발명은 가이딩 롤러 상의 정확한 위치에 리본을 전달하는 장치를 더 포함한다.
도 16을 참조하여, 리본 폭보다 단지 약간 큰 거리만큼 분리되고 각각 경사진 2개의 가이드 측부 플랜지(116)들을 구비하는 축(118) 상에서 회전하는 피봇 롤러(pivoting roller)(115)가 도시된다. 롤러(115)는 또한 플랜지(116)들 사이의 중간 지점에 위치되고 주변 표면에 접하는 스위블 축(swivel axis)(117)을 갖는다. 리본은 빠져나가는 스위블 축으로 접점까지 부여된 각도(α)에 걸쳐 롤러 표면 상으로 안내된다. 이동 궤적은 만약 롤러 상에서 리본 입구 지점이 출구 지점에 대하여 180도로 존재한다면 최상으로 수정된다. 도 16에 도시된 바와 같은 좌측으로부터 롤러를 바라보는 관찰자 시야 지점으로부터, 약간 측면으로 불안정을 갖는 롤러에 들어오는 리본(예를 들어: 위치(in1, in2, in3)로부터 후측 및 전측으로 변동하는 리본 축)은 엣지들을 갖는 롤러 플랜지들 상으로 누름으로써 롤러를 회전시킬 수 있어서 입구 지점이 들어오는 리본 축을 따라 연속적으로 정렬될 것이고, 나가는 리본은 항상 동일한 축(함께 정렬된 out1, out2 및 out3) 상의 롤러를 빠져나갈 것이다. 스위블 가이딩 롤러의 반경은 리본 폭 및 측면 불안정의 규모에 대하여 선택된다. 더 큰 롤러 직경은 동일한 측면 불안정을 수정하도록 덜 회전시킬 것이다. 롤러가 회전할 때, 리본의 들어오는 부분 및 나가는 부분은 축 상에서 약간 비틀릴 것이다. 따라서, 스위블 롤러는 도 17에 도시된 바와 같이 롤러에 근접하거나 롤러를 빠져나가기에 리본을 위한 약간의 자유 공간이 약간 비틀리도록 하기 위하여 다른 가이딩 롤러들로부터 약간의 거리에 위치되어야만 한다.
추가된 인장 응력에서 높은 공급 속도로 리본을 처리할 때, 도 2에 도시된 바와 같은 권취하는 테이크-업 맨드릴 상의 토크 및 풀리는 소스 릴 상의 토크를 제어함으로써 상기 인장 응력을 제어하는 것을 시도하는 것이 하기의 이유들 때문에 더 편리하다: 다량의 권취된 재료는 높은 관성을 갖고; 맨드릴에 느슨하게 권취된 리본은 인장 응력으로 풀릴 때 갑자기 미끄러질 수 있으며; 그리고 권취된 리본에서 축적하는 조임 방사방향 힘을 제한하도록 처리를 위하여 요구된 것보다 더 낮은 인장 응력으로 리본을 권취하는 것이 요구되어야 한다. 바람직하게는, 본 발명은 이동된 경로에서 통로 지점에서 포워딩하는 리본에서 기계적 인장 응력을 변화시키고 리본을 드래깅하는(drag) 장치를 포함한다. 드래그 및 장력 조정 시스템은 상호 간에 접촉하여 2개의 표면들 사이에서 정지 마찰을 사용한다.
표면 상의 물체에 의해 가해진 수직력(F n )에 대하여 미끄러짐 없이 표면 상에 압력을 가하는 물체 상에 적용될 수 있는 최대 적용가능한 힘(F s )의 비율은 정지 마찰 계수(μ s )이다. 적용된 힘이 Fs에 비해 작기만 하면, 물체는 이동하지 않을 것이다.
Figure 112012047862363-pct00001
정지 마찰력은 또한 인장력으로 각도(
Figure 112012047862363-pct00002
)에 걸쳐 휠의 외측 둘레를 둘러싸는 리본에 작용시킨다. 도 18a는 이런 상황을 도시한다. 이런 경우에, 우리는 휠이 회전할 수 없다는 것을 추정한다. 상이한 값의 2개의 인장력들(Fin, Fout)은 휠의 어느 하나의 측 상의 리본에 가해진다. 이런 힘들에 의해, 리본은 휠을 조이고, 또한 정지 마찰의 메커니즘을 작동시키는 휠의 표면에 수직력을 가한다. 표면 상의 물체에 대하여 말하자면, 2개의 힘들의 상이함은 리본이 미끄러지는 것을 방지하는 리본 표면과 휠 사이의 동일한 크기의 정지 마찰력에 의해 반대된다. 적용된 힘들의 상이함이 정지 마찰 한계력에 도달될 때, 리본은 휠 상에서 미끄러지기 시작한다. 입력 및 출력 사이에서 최대로 가해진 힘은 거의 이런 방정식을 따른다:
Figure 112012047862363-pct00003

따라서, 각도(
Figure 112012047862363-pct00004
)에 걸쳐 휠의 어느 하나의 측 상의 리본 상에 가해진 2개의 인장력들에 대하여, 리본은 출력힘이 부여된 입력힘(F in ) 및 정지 마찰 계수(μ s )에 대한 F out 보다 양호할 때 미끄러지기 시작할 것이다. 휠의 표면을 따르는 리본에서 인장력은 도 18b에 도시된 바와 같이 지수함수형 프로파일을 가질 것이다. 이는 캡스턴 효과(capstan effect)로 알려진다.
정지 마찰 캡스턴 드라이브들은 본 발명에서 속도를 제어하거나 기계적으로 적용된 인장 응력을 증가시키거나 감소시키도록 높은 이동 속도로 리본을 드래깅하는 데 사용된다. 드래깅 장치는 하기를 허용한다:
1. 더 매끄러운 인장 응력 전이.
2. 리본의 폭을 따르는 적용된 인장 응력의 균일한 분포.
3. 추가된 인장 응력 진폭에 있어 정확한 제어.
4. 리본 공급 속도의 정확한 제어.
5. 요구되는 추가된 인장 응력의 진폭은 정지 마찰 계수로부터 독립적일 수 있다.
1. 더 매끄러운 인장 응력 전이
이동된 경로를 따르는 지점 상의 짧은 거리 내에서 포워딩하고 팽팽한 얇은 합금 리본에서 인장 응력을 증가시키는 어떠한 시도는 리본 재료에 있어 연속적이고 단계적으로 증대하는 응력 전이 레벨을 생성할 수 있을 것이다. 만약 리본이 상당한 속도로 포워딩된다면, 전이 시간은 꽤 짧을 것이고, 만약 추가된 인장 응력이 높다면, 리본은 강한 기계적 충격 및 이에 따른 파손의 위험에 제출될 것이다. 본 발명의 경우에, 인장력은 리본과 접촉하여 캡스턴 휠의 커버링각을 따라 점차 추가된다. 따라서, 응력 단계적 증대 전이 시간은 큰 직경 캡스턴 휠 또는 다중의 연속적인 더 작은 캡스턴 휠들을 사용함으로써 현저하게 증가될 수 있고, 이에 따라 조인 리본의 연속적인 고속 신뢰 공급을 보장한다.
2. 리본의 폭을 따르는 적용된 인장 응력의 균일한 분포
큰 리본들을 위하여, 꽤 얇은 리본의 폭을 따라 증가하는 인장 응력을 균일하게 분포시키는 것이 필요하다. 높은 인장 응력을 위하여, 리본 엣지에서 작은 이물질과 같은, 어떠한 잠재적인 물리적 결합에 조합된 응력의 불균일한 분포는 엣지로부터 이격되어 리본을 인열할 수 있다. 캡스턴 드라이브로, 리본은 균일한 표면 상에 놓이고, 인장 응력은 점차 유효한 길이에 걸쳐 추가되고, 이에 따라 리본의 폭을 따르는 인장력의 어떠한 유효한 불균형을 회피한다.
3. 추가된 인장 응력 진폭에 있어 정확한 제어
리본 상에 추가된 인장 응력은 캡스턴 휠 상의 시계방향 또는 반시계방향 토크를 적용함으로써 수행된다. 높은 정밀 토크는 회전의 캡스턴 휠 축에 기계적으로 결합된 토크 조절되는 전기 모터에 의해 손쉽게 제공될 수 있다.
4. 리본 공급 속도의 정확한 제어
리본을 갖는 정지 마찰 모드로 캡스턴 휠을 사용함으로서, 휠 표면 접선 속도는 리본 공급 속도와 동기화된다. 따라서, 캡스턴 휠 회전 속도를 제어함으로써 리본 공급 속도를 정확하게 제어하는 것이 손쉽다. 리본이 일련의 롤러들 및 캡스턴 정지 마찰 드라이브들을 통해 경로를 따르는 동시에 릴부터 다른 릴로 풀리는 시스템에서, 캡스턴 드라이브들 중 하나의 회전이 속도-제어되고 다른 모든 드라이브들의 회전이 토크-제어된다면 리본의 공급 속도를 제어하는 것이 가능하다. 캡스턴 휠의 속도 제어는 회전의 휠 축에 기계적으로 결합된 속도 제어된 모터 드라이브를 사용하여 손쉽게 수행될 수 있다.
5. 요구되고 추가된 인장 응력의 진폭은 정지 마찰 계수로부터 독립적일 수 있다.
정지 마찰 계수에 상관없이, 어떠한 양의 인장 응력이 포워딩된 리본의 경로를 따른 지점에 가해지거나 감해질 수 있다. 부여된 정지 마찰 계수를 위하여 적용될 수 있는 최대 인장 응력은 이동 경로 상의 리본에 의해 접한 캡스턴 휠들의 개수에 의해 제한된다.
도 19a와 도 19b, 및 도 20a와 도 20b는 부여된 인장 응력을 갖는 포워딩되는 비정질 합금 리본 상에 인장 응력을 가하거나 감하는 데에 사용된 정지 마찰 캡스턴 드라이브의 실시예들을 도시한다. 캡스턴 휠은 알루미늄으로 제조되고, 이의 외측 주변부는 정지 마찰 계수를 증가시키도록 고무로 덮인다. 2개의 롤러들은 캡스턴 휠의 외측 주변부 근처에서 나란히 놓이게 되어 휠 표면으로부터 및 휠 표면으로 리본을 안내한다.
도 21을 참조하여, 출력 인장 응력(SOUT)을 갖는 나가는 리본과 입력 인장 응력(SIN)을 갖는 들어오는 리본 사이에 기계적 인장 응력(SC)을 부과하는 정적 캡스턴 리본 구동 장치가 도시된다. 장치는 각각 한 쌍의 가이딩 롤러(112)들을 구비하는 2개의 캡스턴 정지 마찰 구동 휠(110)들을 포함한다. 바람직하게는, 각각의 캡스턴 휠의 외측 표면 주변부는 높은 마찰 계수 재료, 예를 들어 실리콘 고무로 덮인다. 들어오는 리본은 가이딩 롤러(12)들에 의해 안내되고 가능한 한 최대 커버링각에 걸쳐 각각의 캡스턴 휠(110) 주위를 포장한다. 각각의 캡스턴 휠은 모터의 샤프트 상에 장착된다. SC를 제어하기 위하여, 샤프트 토크(Trq1)는 일단 리본이 캡스턴 휠로부터 빠져나간다면 요구된 인장 응력(SC)을 얻기 위하여 입력 인장 응력(SIN)을 갖는 들어오는 리본 상에 추가될 휠의 반경(r)에서 수직력을 생성하도록 조정된다. 인장 응력이 샤프트 토크가 Trq2로 조정되는 제 2 캡스턴 휠에 걸쳐 지남으로써 출력값(SOUT)으로 다시 변경된다. 예를 들어, 2개의 캡스턴 휠들 사이에서 리본 상의 인장 응력을 증가시키기 위하여, 양의 반시계방향 Trq2 및 시계방향 Trq1이 요구된다. 고속으로 이동하는 리본들을 위하여, 다중의 캡스턴 휠들이 도 22에 도시된 바와 같이 사용된다. 리본은 일련의 더 작은 단계들에 인장 응력을 추가하기 위하여 전체 토크 Trq1의 마찰 Trq1(a-d)에 의해 각각 구동되는, 휠들 주위에서 뱀모양 경로로 이동한다. 리본은 인장 응력에 있어 하락하는 갑작스러운 단계를 손쉽게 견딜 수 있기에 인장 응력을 감소시키는 다중의 캡스턴 휠들의 사용이 필요하지 않다. 도 1 내지 도 6을 다시 참조하여, 인라인 어닐링 장치에 포함된 롤러들 중 어떠한 것은 안내된 리본 상에 인장 응력을 가하거나 감하도록 모터에 직접 또는 구동-벨트에 의해 결합되는 샤프트를 구비할 수 있다. 비정질 합금 리본의 상승된 온도의 감소된 점도가 접촉하는 롤러 표면에 따라 마찰 계수를 현저하게 증가시킨다는 것이 발견되어 왔다. 따라서, 리본 내의 인장 응력은 합금의 자기 특성 및 어닐링을 향상시키도록 롤러(1,2,11 또는 14) 상에 토크를 적용함으로써 처리 경로를 따라 변경될 수 있다.
도 23은 이어서 맨드릴(135)에 권취될 릴(136)로부터 풀리는 강자성 합금 리본을 연속적으로 인라인 어닐링하는 장치를 개시한다. 장치는: 2개의 텐셔너 롤러(tensioner roller)(130)들; 들어오는 리본을 측면으로 재위치시키는 장치(131); 얇은 리본을 이동시키는 제 1 드래그 및 장력 조정 시스템(132); 포워딩하는 리본을 인라인 어닐링하는 장치(133); 얇은 리본을 이동시키는 제 2 드래그 및 장력 조정 시스템(134); 및 테이크 업 맨드릴(135)을 포함한다. 텐셔너 롤러(130)는 기술 분야에 리본의 대형 롤에 권취하거나, 이로부터 풀리는 리본의 장력에 대한 더 손쉬운 제어를 제공하는 데에 일반적으로 사용된다. 바람직하게는, 장치 내의 리본의 공급 속도는 드래그 및 장력 조정 시스템(134)에서 캡스턴 휠 회전 속도를 제어함으로써 제어된다.
바람직하게는, 도 23의 인라인 어닐링 공정은 처리 공정의 입구에서 리본의 중단되지 않는 포워딩 및 나가는 처리된 리본의 테이크-업 맨드릴로 연속적인 권취를 제공하도록 자동화된 리본 스위처(switcher)를 포함한다. 리본의 연속적인 포워딩은 비어 있는 릴 부근에서 회전에 있어 리본의 새로운 릴을 가져오고, 비어있는 릴을 떠나는 리본의 트레일링 종단(trailing end)에 새로운 릴의 리본 종단을 개시하고 용접함으로써 제공될 수 있다. 나가는 처리된 리본의 연속적인 권취는 충진 맨드릴의 부근에서 회전에 있어 새로운 맨드릴을 가져오고, 리본을 절단하고 충진된 맨드릴이 이격되어 이동되면서 새로운 맨드릴로 들어오는 리본 종단을 고정시킴으로써 제공될 수 있다.
프로토타입(prototype)은 일정한 리본 공급 속도로 일-인치 폭의 비정질 합금 리본을 처리하는 도 23의 상기에 설명된 인라인 어닐링 공정에 따라 구축되었다. 이제 도 24를 참조하여, 인라인 어닐링 셋업(133)의 상세한 구성이 도시된다. 이는 벽 두께(100 밀의 e1과 e2, 및 25 밀의 e3)를 사용하여 구축된 2개의 동일한 열 롤러들(1, 11)을 포함한다. 열원 이중-링 어셈블리(19)는 1.10인치 폭이고, 롤러 외측 반경은 3 1/4인치이다. 슬롯형 벽(slotted wall)(20)들은 이중-링 어셈블리(19)의 양측 상에서 몇 인치 길이이고 플랜지들 및 베어링들 상에 지지된다. 도 11, 도 12 및 도 13은 본 발명에 따라 구축된 열 롤러의 축적의 사시도 및 단면도이다. 열 롤러들 모두는 뜨거울 때 1/32인치보다 작은 갭에 의해 분리되기 위하여 위치된다. 각각의 열 롤러는 80㎑ 내지 150㎑의 주파수에서 각각 작동하는 HF 전력 공급에 연결된 유도 안테나를 포함하여 근접한 안테나들 사이의 전자 결합 접속을 회피한다. 리본 가열 롤러로서 작용하는 열 롤러(11)는 또한 만약 어떠한 예열이 요구되지 않았다면 상응하는 HF 전력 공급을 중지함으로써 불능이 될 수 있고, 이런 경우에 단순히 가이딩 롤러로서 사용되었다. 셋업은 또한 2개의 냉 롤러들(2,51)을 포함한다. 냉 롤러(2)는 5/8인치 반경을 갖고 제 1 단계 냉각을 위하여 사용된다. 냉 롤러(51)는 3인치 반경을 갖고 수온을 향하거나 이보다 큰 온도를 유발하는 제 2 단계 냉각을 위하여 사용된다. 롤러(51)를 떠나는 리본은 정상 실온으로 천천히 되돌아가는 맨드릴에 테이크-업될 것이다. 롤러들 모두는 섭씨 20도에서 냉각수와 함께 공급되었다. 롤러들(1,2) 주위에 리본을 뱀 모양으로 움직일 때, 열 롤러(1) 상의 접촉각(θ1)은 거의 210도이고, 냉 롤러(2) 상의 접촉각(θ2)은 거의 120도이다. 제 1 적외선 고온계(49)는 롤러(1)를 떠난 이후에 바로 리본 온도를 측정하도록 설치되었다. 제 2 적외선 고온계(50)는 또한 예열 롤러(11)의 외측 표면 상의 온도를 측정하도록 설치되었다. 고온계들은 각각의 고온계에서 요구된 온도를 판독하기 위하여 안테나 개별적 입력 전력을 조정하도록 컨트롤러로서 사용된 컴퓨터에 연결되었다. 롤러(11) 상의 예열이 활성화되었을 때, 상승 온도가 출구 지점(13)에 도달하기 이전에 약간의 각도에서 처리 온도에 도달하였을 때까지 롤러 온도 및 접촉각(θ3)은 롤러(11) 주위에 가이드 롤러(10)를 재위치시킴으로써 조정되었다. 이어서 처리 온도는 열 롤러(1) 상에서 유지되었다. 도 24의 처리 셋업은 처리 이후에 3 1/4인치에 근접한 안정위에서 자연 굽힘 반경을 갖는 만곡된 형상으로 철-계 비정질 리본을 인라인 어닐링하도록 의도된다. 이러한 굽힘 반경은 미국 특허 5,566,443호에서 개시된 바와 같이 25 kVA 배전 트랜스포머의 원형 코어에서 발견된 평균적인 굽힘 반경에 근접한다. 리본은 소스 릴로부터 수 ㎫의 인장 응력으로 풀렸고 4개의 캡스턴 휠 드라이브들 주위에서 뱀 모양으로 움직이면서 상이한 공급 속도로 포워딩되어 처리를 겪기 이전에 리본 인장 응력을 S1으로 증가시키며, 이어서 동일한 인장 응력(S2=S1)으로 처리를 떠난 이후에, 하나의 캡스턴 휠 드라이브를 건너가서 맨드릴에 테이크-업되기 이전에 수 ㎫로 리본 인장 응력을 감소시켰다. 소스 릴 맨드릴, 권취 맨드릴 및 캡스턴 휠들 모두는 메인 컴퓨터 및 구동 시스템에 의해 제어된 모터에 결합되었다. HF 전력 공급 및 컴퓨터를 제외한, 모터 및 드라이브를 포함하는 전체 셋업은 4'×8' 테이블 상에 장착되었고, 이에 따라 본 발명의 장치의 컴팩트함(compactness)을 도시하였다. 도 7a와 도 7b는 리본이 셋업 내의 이동 경로를 따라 이동하면서 가해졌던 2개의 온도 대략 프로파일들을 부여한다. 도 7a에서, 롤러(11) 상에는 예열이 수행되지 않는다. 리본은 가열되고 단지 열 롤러(1) 상에서 처리된다. 부여된 리본 인장 응력을 위하여, 가열 상승 시간 간격은 리본 공급 속도에 대하여 독립적이다. 따라서, 높은 공급 속도를 위하여, 가열 온도 상승 시간은 리본이 열 롤러(1)의 표면을 따라 회전하는 동안의 시간 기간이 (증가하는 공급 속도로 인해) 더 짧아지기에 좌우되기 시작할 것이고, 이에 따라 작용하는 롤러(1) 상의 처리 시간 간격 동안 더 적은 시간이 남는다. 리본은 롤러(1) 상의 처리 효율이 극적으로 악화되는 상부 공급 속도 한도를 가질 것이다. 도 7b에서, 추가된 예열 롤러(11)는 리본이 이제 처리를 위하여 배타적으로 작용하는 열 롤러(1)의 표면을 따라 회전하는 동안의 시간 기간로부터 가열 시간 간격을 제거한다. 이런 셋업은 만약 롤러(2) 상의 초기 냉각이 열처리를 종료하기에 충분하다면 도 7a에서의 상황과 동일한 롤러(1) 상의 처리 시간 동안 리본 공급 속도 한도를 밀어올릴 것이다.
25 내지 200㎫의 범위의 적용된 상이한 인장 응력(S1=S2) 및 400℃보다 큰 상이한 처리 온도 및 1 내지 5 m/s의 범위의 공급 속도에서 일련의 처리들은 히타치-금속에 의해 공급된 비정질 합금 리본 Metglas 2605SA1 및 2605HB1에서 장치로 처리되었다. 1m/s에서, 열처리는 구축 장치에서 1초보다 적게 지속하였다. 5m/s에서, 열처리는 10분의 1초보다 적게 지속하였다. 처리 동안에, 인장 응력을 추가적으로 증가시키는 것이 리본을 파열시키는 위험만을 증가시킬 것이기에, 허용가능한 자기 특성 향상을 제공하는 리본에 가장 작은 인장 응력을 가하는 것이 요구된다. 열 롤러의 언급된 직경 및 25㎫의 인장 응력에서 시작하는 가열 온도 상승률은 103℃/s보다 크고, 약 75 내지 125㎫에서는 104℃/s보다 큰 것으로 발견되었고, 이에 따라 열 롤러 상의 얇은 리본의 압력 정적 접촉의 높은 열 전달 능력을 도시한다. 제 1 냉각 단계를 위하여, 온도 하락률은 냉 롤러(2) 상에서 104℃/s보다 크고 거의 105℃/s인 것으로 발견되었다. 처리를 따라, 안정위에서 자연 굽힘 반경이 측정되었다. 이어서, 대략 1㎏의 처리된 재료는 2.9인치 외측 반경을 갖는 스테인리스 스틸 허브 상에서 선택된 인장 응력으로 권취되었다. 권취된 재료의 양으로, 최종 원형 코어는 약 3 1/4인치로 평균 반경을 가졌고, 이는 도 24의 장치에서 롤러(1)의 반경에 근접한다. 이어서 권취된 리본은 원형 쉘 안에 놓이게 되었고 구동 및 감지 코일을 형성하도록 2개의 구리 와이어들은 쉘 주위에서 코일링되었다. 쉘은 어떠한 외측 응력이 코어 상으로 적용되는 것을 회피하도록 코일들을 위한 지지 프레임으로서 작용하였다. 이어서 구동 및 감지 코일들은 코일링된 강자성 코어의 자기 특성을 특징짓도록 작용하는 워커 사이언티픽 AMH-25 기기에 연결되었다. 측정을 수행하기 이전에, 원형 코어 순수 단면적 및 평균 경로 길이에 관련된 파라미터, 구동 및 감지 코일 개별 권수 및 재료 밀도는 기기 소프트웨어에 입력되었다. 이어서 샘플은 60㎐의 주파수에서 사인파 자기 유도 파형으로 자화되었다. 저장된 자기 이력 현상 루프로부터, 하기의 파라미터인 모든 특정한 자기 유도 레벨에서, 재료 철손; 여진 전력; 및 피크 자기장이 계산되었고, B80 및 B80/Bsat 비율은 언급되었다. 비정질 합금 상의 열처리의 유효한 효과는 425℃보다 큰 처리 온도에서 관찰되었다.
Metglas 2605SA1 재료를 위하여, 양호한 결과가 리본 공급 속도에 따라 증가하면서, 425℃보다 크고, 더 바람직하게는 450℃보다 크며, 더 바람직하게는 약 480℃보다 큰 처리 온도에서 획득되었다. 상응하는 공급 속도에서 결정화의 시작이 도달되었을 때까지 이런 온도보다 큰 것은 합금의 자기 특성에 대한 유효한 향상을 더 제공하지 않는다. 이는 구조적 완화를 꽤 불필요하게 연장시켰고, 이는 리본의 연성에 대하여 해로웠다. 효율적인 유도 자기 이방성은 25 내지 200㎫ 사이, 및 바람직하게는 75 내지 125㎫ 사이의 인장 응력에서 획득되었다.
Metglas 2605HB1 재료를 위하여, 효율적인 유도 자기 이방성은 25 내지 200㎫ 사이, 및 바람직하게는 50 내지 100㎫ 사이의 인장 응력에서 획득되었다. 낮은 철손은 400℃보다 크고, 더 바람직하게는 425℃보다 크며, 더 바람직하게는 약 455℃의 처리 온도에서 획득되었다. 상응하는 공급 속도에서 결정화의 시작이 도달되었을 때까지 이런 온도보다 큰 것은 합금의 자기 특성에 대한 유효한 향상을 더 제공하지 않는다. 이는 구조적 완화를 꽤 불필요하게 연장시켰고, 이는 리본의 연성에 대하여 해로웠다. 또한, 철손은 더 높고 짧은 지속 처리 온도의 장점을 도시하면서, 리본 공급 속도가 처리 온도에 따라 증가되었기에 감소되는 경향이 있었다.
결정화의 시작이 모든 합금들을 위하여 도달되었을 때, 결정화의 정도는 결정화의 시작 온도보다 큰 조정된 처리 온도에 따랐고, 이에 따라 비정질 합금 리본에서 결정화의 정도를 초기화하고 제어하는 본 발명의 처리 공정을 사용하는 것을 가능하게 하였다.
일련의 이행된 처리로부터 취해진 하기의 실시예들은 비정질 합금 리본 예를 들어 2605SA1 및 2605HB1의 자기 특성을 향상시키는 본 발명의 이점을 도시한다.
실시예 1:
재료: Metglas 2605SA1
리본 공급 속도: 2.0 m/s
리본 적용 인장 응력: 100㎫
예열하지 않음
처리 온도: 480℃
처리 이후의 자연 굽힘 반경: 3.0" 내지 3.5" 사이
리본 권취 인장 응력: 5㎫
코어 중량: 1.04㎏(허브를 제외함)
코어 내경: 5.80인치(허브를 제외함)
코어 외경: 6.83인치
1.3 테슬라, 60㎐에서 철손: 0.20W/㎏
1.3 테슬라, 60㎐에서 여진 전력: 1.76VA/㎏
1.3 테슬라, 60㎐에서 피크 자기장: 80 A/m
B80: 1.3 테슬라
B80/Bsat: 0.83
실시예 2:
재료: Metglas 2605SA1
리본 공급 속도: 5.0 m/s
리본 적용 인장 응력: 100㎫
예열각(θ3): 약 180도
예열 롤러 온도: 485℃
처리 온도: 485℃
처리 이후의 자연 굽힘 반경: 3.0" 내지 3.5" 사이
리본 권취 인장 응력: 5㎫
코어 중량: 1.04㎏(허브를 제외함)
코어 내경: 5.80인치(허브를 제외함)
코어 외경: 6.83인치
1.3 테슬라, 60㎐에서 철손: 0.20W/㎏
1.3 테슬라, 60㎐에서 여진 전력: 2.37VA/㎏
1.3 테슬라, 60㎐에서 피크 자기장: 97 A/m
B80: 1.27 테슬라
B80/Bsat: 0.81
실시예 3:
재료: Metglas 2605HB1
리본 공급 속도: 2.0 m/s
리본 적용 인장 응력: 75㎫
처리 온도: 455℃
예열하지 않음
처리 이후의 자연 굽힘 반경: 3.0" 내지 3.5" 사이
리본 권취 인장 응력: 5㎫
코어 중량: 1.04㎏(허브를 제외함)
코어 내경: 5.80인치(허브를 제외함)
코어 외경: 6.83인치
1.3 테슬라, 60㎐에서 철손: 0.14W/㎏
1.3 테슬라, 60㎐에서 여진 전력: 0.19VA/㎏
1.3 테슬라, 60㎐에서 피크 자기장: 6.6 A/m
1.4 테슬라, 60㎐에서 철손: 0.18W/㎏
1.4 테슬라, 60㎐에서 여진 전력: 0.35VA/㎏
1.4 테슬라, 60㎐에서 피크 자기장: 16.2 A/m
1.5 테슬라, 60㎐에서 철손: 0.22W/㎏
1.5 테슬라, 60㎐에서 여진 전력: 1.56VA/㎏
1.5 테슬라, 60㎐에서 피크 자기장: 80 A/m
B80: 1.5 테슬라
B80/Bsat: 0.91
실시예 4:
재료: Metglas 2605HB1
리본 공급 속도: 5.0 m/s
리본 적용 인장 응력: 75㎫
처리 온도: 460℃
예열각(θ3): 약 180도
예열 롤러 온도: 460℃
처리 이후의 자연 굽힘 반경: 3.0" 내지 3.5" 사이
리본 권취 인장 응력: 5㎫
코어 중량: 1.04㎏
코어 내경: 5.80인치(허브를 제외함)
코어 외경: 6.83인치(허브를 제외함)
1.3 테슬라, 60㎐에서 철손: 0.13W/㎏
1.3 테슬라, 60㎐에서 여진 전력: 0.17VA/㎏
1.3 테슬라, 60㎐에서 피크 자기장: 6A/m
1.4 테슬라, 60㎐에서 철손: 0.18W/㎏
1.4 테슬라, 60㎐에서 여진 전력: 0.33 VA/㎏
1.4 테슬라, 60㎐에서 피크 자기장: 15 A/m
1.5 테슬라, 60㎐에서 철손: 0.22W/㎏
1.5 테슬라, 60㎐에서 여진 전력: 1.55VA/㎏
1.5 테슬라, 60㎐에서 피크 자기장: 80 A/m
B80: 1.5 테슬라
B80/Bsat: 0.91
5m/s로 인라인 어닐링된 권취 리본으로 제조된 상기의 원형 코어들에서 측정된 철손 및 여진 전력은 필드 용광로 어닐링으로 합금 제조업자에 의해 보고된 것으로 표 1에서 제시되었다. 용광로 어닐링된 60g SA1 및 HB1 도넛형 샘플들에 대한 철손은 2006년, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 304권, 187쪽 내지 191쪽, 표 2에서 Ryusuke Hasegawa에 의한 "Advances in Amorphous and Nanocrystalline Magnetic Materials"로 명명된 논문으로 합금 제조업자에 의해 표로 보고되었다. SA1 샘플을 위한 73㎏ 및 HB1 샘플을 위한 75㎏의 중량이 되는 용광로 어닐링된 직사각형-권취-절단 코어들을 위한 여진 전력은 IEEE Transactions on Magnetics, 44권, 11호, 4104쪽 내지 4106쪽, 도 2와 도 4에서 Daichi Azuma 및 Ryusuke Hasegawa에 의한 "Audible Noise From Amorphous Metal and Silicon Steel-Based Transformer Core"로 명명된 논문으로 합금 제조업자에 의해 추적된 출력 곡선으로부터 추론되었다. 비교에 의해, Metglas 2605SA1 및 2605HB1 비정질 합금을 사용한 본 발명으로 생성된 권취-이후-어닐링 코어들은 유효한 더 낮은 철손을, 특히 2605HB1을 위하여 도시하고 있다. 여진 전력은 1.4 테슬라까지 더 낮으나, 1.5 테슬라에서 더 높다. B80/Bsat 비율은 코일에서 약간 허용된 응력의 도입으로 인해 인라인 어닐링된 리본의 현재의 롤에 비해서 용광로 어닐링된 코어들을 위하여 더 높게 남는다.
상기에 개시된 실시예들은 종래의 필드 용광로 어닐링된 코어들에 비해서 감소된 철손; 낮은 여진 전력; 약 1.3 테슬라보다 큰 B80; 및 0.80보다 큰 B80/Bsat를 갖는 권취-이후-어닐링 코어들을 제조하는 데에 이용가능한 후-처리 상태에서 철-계 비정질을 인라인 어닐링하는 본 발명의 장치 및 방법의 효율을 도시한다. 2605HB1 합금은 0.90보다 큰 훨씬 더 양호한 B80/Bsat 비율을 갖는다. 관찰될 수 있기에, 최적 처리 온도는 동일한 리본 공급 속도에서 2605SA1 및 2605HB1에 대하여 상이하다. 이런 상이함은 합금 조성에 관련된다. 따라서 본 발명에서 처리 온도의 최적 설정은 합금 조성에 따른다.
Figure 112012047862363-pct00005
표 1
상기에 도시된 실시예들은 리본 공급 속도가 열 롤러 및 냉 롤러의 기하학적 구성보다 오히려 기계적 요소 및 전기적 요소의 일부에 의해 제한되는 대상 시험(test bench)에서 이행되었다. 냉 롤러(2) 상에서 본 발명에서 획득된 높은 냉각 속도로, 20m/s까지의 공급 속도로 기본을 인라인 어닐링하는 것은 필요하다면, 제 2 열 롤러(11) 및 제 2 냉 롤러(51)를 추가함으로써 상기의 대상 시험으로 예상된다. 또한, 더 큰 원형 코어들을 위한 리본을 인라인 어닐링하는 장치는 확대된 롤러들을 필요로 할 것이다. 어닐링 처리가 주로 온도 및 시간의 함수이기에, 확대된 디자인은 비례적인 리본 공급 속도 증가를 허용할 것이다. 예를 들어: 만약 도 24에 도시된 바와 같은 유사한 셋업이 2배의 최종 반경을 갖는 만곡된 형상으로 리본을 인라인 어닐링하는 데에 사용되었다면, 이어서 리본 공급 속도는 40m/s만큼 높게 상승할 수 있었다. 따라서, 본 발명의 장치는 만곡된 형상으로 비정질 합금 리본을 대량으로 인라인 어닐링하는 데에 효율적으로 사용될 수 있다. 비정질 합금을 제조하는 주조 공정이 거의 30m/s의 속도로 수행되기에, 주조 라인의 출력에 인라인 어닐링 유닛을 추가하는 것이 예견될 수 있다.
본 발명에서, 리본은 구조적 완화의 진행을 제한하고, 이에 따라 종래의 필드 용광로 어닐링에 비해 리본 취화에 상이한 영향을 갖는 충격 열처리를 갖는 높은 공급 속도로 연속적으로 인라인 어닐링된다. 본 발명의 장치로 연속적으로 인라인 어닐링된 리본들에 대하여, 일단 리본이 처리를 빠져나가면, 맨드릴에 재료를 권취하기 위하여 취급가능하여야 하고, 또한 충진된 맨드릴에서 새로운 맨드릴로 권취 리본의 손쉬운 스위칭을 허용하거나, 또는 연속하여 코어들을 형성하도록 리본을 연속적으로 권취하기 위하여 절단가능할 필요가 있다. 철-계 비정질 합금 리본의 어닐링 처리를 따르는 어떠한 연성의 손실은 리본 파손의 잠재적인 경우를 증가시키고, 이는 어닐링된 리본 릴들 또는 코어들의 생산에 있어 산출량을 저하시킬 것이고, 비용을 증가를 야기할 것이다. 이런 산출량은 만약 리본이 적용된 인장 응력의 유효한 양보다 작게 이동하고 있다면 더 감소될 것이다.
본 발명의 장치로 어닐링되어 왔고, 용광로에서 어닐링될 때 일반적으로 취성이 있게 되는, 비정질 철-계 합금 리본들은 양호한 연성 특성을 도시한다. 본 발명의 장치로 어닐링된 리본의 연성의 정도를 최상으로 부여하기 위하여, 3개의 방법들이 사용된다.
연성은 우선 굽힘 파괴 변형 시험을 수행함으로써 추정된다. 리본은 리본 레이어를 통해 시각적인 갑작스러운 파열이 발생하고 있는 갭 거리(리본 굽힘 직경)를 측정하도록 2개의 평행한 플레이트들 사이에서 지속적으로 스퀴징됨으로써(squeezed) 180도에 걸쳐 한 번 구부러진다. 굽힘 파괴 변형율은
Figure 112012047862363-pct00006
에 의해 표시되고, 여기서
Figure 112012047862363-pct00007
이고, t는 리본 두께이며, D는 파괴된 리본의 굽힘 직경이다. 하나는 또한 연성의 추가적인 지표로서 굽힘 반경에서 발생하는 파괴의 형태를 감안하여야 한다. 파괴는 갑작스러운 리본 완전 파열 또는 축 방향 굽힘 길이를 따라 어딘가에서 나타나는 국부적인 파열의 발생일 수 있다. 동일하게 파괴된 굽힘 직경을 위하여, 완전히 파열된 리본은 부분적으로 파열된 것보다 더 취성이 있는 것으로 고려된다. 굽힘 측(bending side)은 또한 굽힘 파괴 변형 직경에 영향을 미친다. 안정위에서 자연 굽힘 곡선을 갖는 취성 리본은 굽힘 응력이 더 강렬하기에(intense), 자연 곡선의 반경의 반대측 상에서 구부러질 때 더 파괴되기 쉬울 것이다.
연성은 또한 전단 절단 시험으로 추정된다. 연성은 절단 블레이드를 따르는 직선으로 전단 절단되도록 리본을 위한 연성으로 표현될 수 있다. 양호한 연성 리본은 양 전단 블레이드 엣지들이 만나는 절단선을 따라 매끄럽게 절단될 것이다. 약간의 취성이 있는 리본은 절단선의 엣지를 따라 하나 또는 몇몇의 위치에서 측부로 부분적으로 파열할 것이다. 하지만 꽤 취성이 있는 리본은 갑자기 그리고 완전히 파열할 것이다.
연성은 또한 인열 시험으로 추정된다. 연성은 페이퍼 시트로 그렇게 하는 것과 같이 이격되게 인열되는 리본에 대한 능력으로 표현될 수 있다. 양호한 연성 리본은 일 엣지로부터 타 엣지까지 매끄럽게 이격되어 인열될 것인 반면에, 더 취성이 있는 리본은 짧은 거리에 걸쳐 갑작스럽고 부분적인 파열에 가해질 것이다. 유효하게 취성이 있는 리본을 위하여, 즉시 완전한 파열이 발생할 것이다.
본 발명에 따른 "완전한 연성"이 있는(completely ductile) 합금 리본은 항상 완전하고 갑작스럽게 파손될 매우 잘 부러지는 합금과 대조적으로, 3개의 수행된 시험 모두에서 결코 파괴되지 않을 것이다.
철-계 비정질 합금 리본이 본 발명의 장치로 어닐링되었기 이전에, 일련의 주조된-그대로의 샘플은 완전하게 연성이 있다는 것을 보장하도록 3개의 시험들의 각각에 제출되었다. 어닐링 처리 이후에, 리본의 긴 세그먼트는 샘플화되었고, 연성을 추정하도록 시험되었다. 하기의 표들은 실시예 1 내지 실시예 4의 각각의 실행으로부터 샘플화된 어닐링된 리본 세그먼트 상의 정상 실온에서 수행되었다는 일련의 3개의 연성 시험에 대한 결과를 부여한다. 각각의 연성 시험은 10번 이루어졌다. 각각의 시험을 위하여, 하기의 표현들이 시험 하에서 리본 물리적 거동을 설명하는 데에 사용된다. 굽힘 파괴 변형 시험은
Figure 112012047890498-pct00008
에 의해 표현되고, 또한 접을 수 있음(파열을 갖는 않는
Figure 112012047890498-pct00009
); 부분적인 파열; 및 완전 파열로 관찰된 파괴의 형태를 포함한다. 전단 절단 시험은 (파열을 갖지 않고 매끄럽게 점진적으로 절단된) 절단가능함, 부분적인 파열; 및 완전한 파열 면에서 표현된다. 마지막으로, 인열 시험 결과는 (파열을 갖지 않고 매끄럽게 점진적으로 인열된) 인열가능함; 부분적으로 파열; 및 완전한 파열 면에서 표현된다.
Figure 112012047862363-pct00010
표 2 - 굽힘 파괴 변형 시험 결과 - 자연 굽힘 곡선에 대한 반대측
Figure 112012047862363-pct00011
표 3 - 굽힘 파괴 변형 시험 결과 - 자연 굽힘 곡선에 대한 동일측
Figure 112012047862363-pct00012
표 4 - 전단 절단 시험 결과
Figure 112012047862363-pct00013
표 5 - 인열 시험 결과
본 발명의 인라인 어닐링 장치로 만곡되어 어닐링되었고 인용된 실시예들에 개시되었던 모든 철-계 비정질 합금 리본들은 양호한 연성을 도시한다. 본 발명에 따라, 만곡되어 어닐링된 리본은 만약에 자연 굽힘 곡선의 동일측 상에서 절단가능하고 접힐 수 있다면 "연성이 있는 것"으로 여겨진다. 본 발명의 장치로 인라인 어닐링된 만곡되어 어닐링된 철-계 비정질 합금 리본은 정상 실온에서 연성이 있다. 인라인 어닐링 장치로부터 나가는 어닐링된 리본은 리본의 릴들 또는 코어들을 제조하도록 맨드릴에 연속적으로 권취될 수 있고 꽤 높은 생산 산출에서 리본의 릴들 또는 코어들로부터 스위칭될(switched) 수 있다. 본 발명의 인라인 어닐링 장치는 우수한 자기 특성을 도시하는 어닐링된 철-계 비정질 합금 리본의 릴들을 대량으로 생산하는 데에 사용될 수 있고, 이는 배전 트랜스포머, HIF, 펄스 전력 코어 및 다른 요소들을 위한 코어들을 제조하는 것을 허용가능하다.
비록 인용된 실시예들에서 처리된 리본들이 "연성이 있더라도", 주조된-그대로의 리본들에 비해서 "완전히 연성이 있는 것"이 아니다. 이런 연성의 손실은 여전히 취급 동안에 처리 이후 및 인라인 어닐링 동안에 냉각 이후에 리본을 파손시킬 작은 위험을 나타낸다. 대부분의 철-계 비정질 합금 리본들이 취성이 있는 온도 보다 작고 연성이 있는 온도보다 큰 온도(Tdb°)에서 연성-대-취성 전이를 도시한다는 사실을 기초하여, 본 발명의 어닐링 장치로 어닐링되었고 인용된 실시예들에서 개시되었던 철-계 비정질 합금 리본들은 도 8에 도시된 바와 같이 정상 실온보다 작은 온도에서 바로 시프트-업되었던(shifted-up) Tdb°에 상응할 연성 레벨을 갖는다. 따라서, 합금의 온도를 증가시키는 것은 리본이 더 연성이 있게 해야 한다. 본 발명의 장치로 어닐링된 리본들의 연성은 온도에 대한 상당한 연관성을 갖는 것으로 발견되어 왔다. 어닐링된 리본들은 상이한 온도로 가열된 오일 배스 안에 침수되었고 동일한 연성 시험들에 다시 제출되었다. 관찰된 파열의 개수는 정상 실온보다 큰 몇 도에 대하여 떨어지는 것을 현저하게 시작하였다. 50℃보다 높아서는, 파열들의 개수는 반만큼 줄었다. 온도에 대한 감도는 약 100℃에서 온도에 대하여, 2605SA1 합금 리본들이 발명의 수행된 연성 시험에 따라 완전히 연성이 있게 되기에 너무 높았다. 2605HB1에 대하여, 완전한 연성이 약 80℃에서 도달되었다. 따라서, 본 발명의 장치로 인라인 어닐링되어 온 철-계 비정질 합금 리본의 취급, 권취 및 절단은 정상 실온에 걸친 수십도 온도보다 크며, 바람직하게는 2605HB1에 대하여 80℃보다 크고, 2605SA1에 대하여 100℃보다 큰 리본을 단지 취급함으로써 최적 연성에서 완료될 수 있다. 트랜스포머에서 대부분의 유전체는 150℃보다 큰 온도에서 비가역적으로 악화되기에, 트랜스포머의 코일들 주위에서 코일을 형성하도록 리본의 권취는 연성에 있어 최대 게인으로부터 이익을 얻도록 150℃까지의 온도에서 달성될 수 있다.
도 24에 도시된 장치에서, 제 3 적외선 센서(52)는 처리 장치를 빠져나가는 리본 온도를 측정하도록 추가되어 왔다. 냉 롤러(51)를 통한 냉각재의 흐름은 정상 실온보다 크고, 바람직하게는 2605HB1에 대하여 80℃보다 크고, 2605SA1에 대하여 100℃보다 큰 온도(TF°)로 리본이 처리 장치를 빠져나가기 위하여 제어될 수 있어서, 리본은 도 8에 도시된 바와 같이, 이어지는 후 취급 작업에 대하여 최적으로 연성이 있게 남는다. 완전한 연성이 합금 조성에 따른 온도에 도달되기에, 이에 따라 취급 온도가 설정될 것이다. 후 취급 동안에 리본 온도를 유지하기 위하여, 어떠한 절단 도구 또는 가이딩 표면들이 거의 동일한 온도로 유지되는 것을 필요로 한다. 일단 맨드릴에서 테이크-업된다면, 리본은 특성의 어떠한 추가적인 악화없이 정상 실온으로 점차 냉각되는 것으로 허용되었다. 포워딩된 처리 경로를 따르는 완전히 연성이 있는 합금을 유지함으로써, 처리 동안 리본 파손의 위험이 최소로 감소되고 이에 따라 생산량이 최대화된다.
본 발명의 인라인 어닐링 장치로 생산된 평평하거나 만곡되어 어닐링되고 절단가능한 비정질 강자성 리본은 장비, 예를 들어 배전 트랜스포머, HIF, 펄스 전력 코어 및 다른 요소에서 사용을 위한 강자성 코어의 구축에 적용된다. 본 발명의 장치로, 비정질 합금 리본의 인라인 어닐링은 합금 제조 공장에서 비정질 합금 주조 시스템 다음에 장치를 위치시키는 규모의 경제 면에서 더 이익이 있게 하는 이러한 높은 공급 속도로 수행될 수 있다. 인라인 어닐링된 리본이 처리 이후에 연성이 있게 남기 때문에, 이어서 주조 공장에서 맨드릴 주위에서 대형 릴들에서 저장된 리본들은 주조된-그대로의 리본을 선적하는 데에 사용된 동일한 방법을 사용하여 트랜스포머 제조업자에게 선적될 수 있다. 이어서 수용된 인라인 어닐링된 릴들은 트랜스포머의 코일들 주위에 위치된 맨드릴 상으로 다시 권취되도록 트랜스포머 제조업자에 의해 풀릴 것이다. 이는 종래의 필드 용광로 어닐링된 직사각형-절단-코어들을 제조하는 데에 요구된 필수장비들, 관련된 바닥 면적 및 노동력 모두를 제거하고, 이는 일반적으로 트랜스포머 제조 공장에서 수행된다. 절단하기에, 리본은 또한 전기 장치를 위하거나, 또는 마그네토임피던스(magnetoimpedance) 센서를 제조하거나, 또는 물품 감시 시스템들을 위한 표시들을 제조하기 위하여 자기 차폐 호일로서 사용될 수 있다. 리본은 유연하고 요구된 형상으로 천공될 수 있다. 형태는 리본이 만곡되거나 또는 평평하게, 어닐링되어 왔는지를 따라, 평평하거나, 또는 부여된 반경(ra)을 갖는 원형일 수 있다.
본 발명의 장치로 인라인 어닐링된 평평하게 어닐링된 철-계 비정질 강자성 합금 리본은 스택 코어들을 생산하는 데에 사용될 수 있다. 평평하고 절단가능한 어닐링된 리본을 포함하는 릴들은 풀릴 수 있고, 미리결정된 길이 또는 윤곽을 갖는 세그먼트들로 절단되거나 천공될 수 있다. 이어서 이런 세그먼트들은 미리결정된 형상을 갖는 코어들을 형성하도록 적층되거나 그룹화된다. 적층된 코어들은 트랜스포머의 가공에 사용될 수 있다. 하지만, 비정질 합금 리본들은 꽤 얇고 이에 따라 강도를 갖지 않는다. 더 취급가능하기 위하여, 세그먼트들의 그룹은 적층될 수 있고 유기 또는 무기 바인더(binder)로 바인딩될 수 있어 두꺼운 강판에 동일한 강성을 부여한다. 철-계 비정질 강자성 합금, 예를 들어 Metglas 2605SA1 및 2605HB1의 성능은 외측에 적용된 응력에 대하여 민감하기에, 경화될 때 바인더는 자기 성능의 심각한 악화로 이어질 리본들의 표면 상의 유효한 응력을 도입하지 않아야 한다. 더욱이, 바인더의 열 팽창 계수는 차등 열 팽창으로 인한 응력의 생성을 회피하도록 리본의 열 팽창 계수와 일치하여야 하고, 차등 열 팽창은 자기 성능의 심각한 악화로 이어질 수 있다. 또한, 바인더는 코어를 형성하도록 권취되어 일관된 코어를 획득하기 이전에 만곡된-인라인-어닐링된(curved-in-line-annealed) 리본에 적용될 수 있다.
본 발명의 장치로 인라인 어닐링된 만곡되어 어닐링된 리본은 원형 코어들을 생산하는 데에 사용될 수 있다. 코어를 형성하도록 리본을 권취하는 동안에, 최소 인장 응력이 리본을 적절하게 권취하는 데에 적용되어야 한다. 높은 리본 권취 인장 응력은 코어에서 재료의 충진 인자를 향상시키나 일단 완전히 권취된다면 코어에 남는 응력을 도입하며, 이는 자기 성능을 심각하게 악화시킬 수 있다. 따라서, 권취 인장 응력은 최종 형성된 코어에서 잔류 응력을 제한하도록 제어되어야 한다. 또한, 리본의 권취된 레이어 각각은 코어 내의 자체 방사방향 위치에 따른 최종 굽힘 반경을 가질 것이다. 각각의 권취된 레이어에서 굽힘 응력이 존재할 것이고 이의 밀도는 최대 완화된 응력이 발생하는 반경(ra)에 비해서 리본 상에 부과된 곡률 변화에 따를 것이다. 곡률 변화를 최소화하기 위하여, 원형 코어의 외측 반경에 대한 내측 반경은 바람직하게는 ra에 근접할 것이다. 더 바람직하게는, 본 발명의 만곡되어 인라인 어닐링된 리본의 반경(ra)은 원형 형성된 코어의 외측 반경과 내측 반경 사이에 위치될 것이다. 더 바람직하게는, 여진 자기장이 코어의 외측 주변부에 근접하여 더 약해지고 이에 따라 코어의 내측 영역에서 약간 변형된 리본을 자화하도록 요구된 증가된 역장(force field)을 보상하는 원형 코어의 내측 주변부에서 더 강한 필드의 이익이 있기에, ra는 원형 형성된 코어의 외측 반경에 더 근접할 것이다. 하지만, 꽤 두꺼운 권취된 리본을 갖는 원형 코어들의 자기 성능은 리본들의 일 분량으로부터 다음으로 증가하는 특정한 반경에서 각각 어닐링된 리본들의 연속적인 분량을 권취함으로써 향상될 수 있다(ra1 < ra2 < ra3 ...).
적용된 AC 자기장 하에서 적층되거나 권취된 강자성 코어에서 생산된 철손의 일부는 계면(inter-laminar) 접촉을 통해 유동하는 유도된 전류에 의해 야기된다. 적용된 AC 필드의 주파수를 증가시키는 것은 계면 전압을 증가시킬 것이고, 이는 계면 전류를 증가시키고 이에 따라 철손을 증가시킨다. 계면 전압은 또한 코어의 폭에 따라 증가한다. 이런 전류를 감쇠시키는 것은 특히, 고주파수에서, 코어의 자기 성능을 상당히 향상시킬 것이다. 이런 계면 전류를 감소시키기 위하여, 리본 표면 저항률을 증가시키는 것이 필요하다. 본 발명의 인라인 어닐링된 비정질 합금 리본으로, 이는 권취-이후-어닐링일 수 있기에, 리본의 표면은 코어로 적층되기 이전에 유기 또는 무기 절연 코팅으로 코팅될 수 있다. 하지만, 리본을 코팅하는 데 결함이 존재한다. 코팅이 각 레이어 사이의 약간의 공간을 차지할 것이기에 코어의 적층 인자에 영향을 미칠 것이다. 일측 코팅만이 계면 절연을 증가시키도록 요구된다. 약 25㎛에서 두께를 갖는 리본에서, 코팅은 하나가 양호한 적층 인자를 유지하는 것을 원한다면 꽤 얇아져야 한다. 60㎐ 주파수 작동을 위하여, 리본 상에 꽤 얇은 절연 코팅(< 1㎛)을 도포하는 것은 계면 전기 저항성을 증가시키기에 충분하고 이에 따라 특히 넓은 코어들에 대하여, 코어의 자기 성능을 상당히 향상시킬 것이다. 높은 절연 내력을 갖는 약간 더 두꺼운 절연 레이어는 HIF 액셀러레이터(accelerator)에서 요구된 것과 같은 펄스 전력 코어에서 적절한 절연을 제공하는 데에 요구될 수 있다. 하지만, 이러한 꽤 얇은 절연 레이어를 코팅하는 것은 코팅 공정의 정확한 제어를 요구한다.
또한 전기 코팅(Electrocoat), 전기 영동 도장(electrophoretic paint), EDP 또는 전착 도장(electrodeposited paint)으로서 공지된 E-코팅(E-coat) 공정은 탈이온수와 유기 폴리머의 에멀전(emulsion)을 지날 때 코팅되도록 전도성 재료에 전압을 인가하는 것으로 구성된다. 전압은 에멀전에 침수된 보조 전극과 전도성 재료 사이에 인가된다. 에멀전 내의 하전 폴리머(charged polymer)는 반대 전하의 목표 전극(합금 리본)에 전기영동에 의해 이동할 것이고, 용해되지 않게 될 것이며, 코팅을 형성할 것이다. 코팅의 두께는 인가된 전압 또는 침수된 시간에 따른다. 이러한 코팅 공정은 본 발명의 인라인 어닐링된 비정질 합금 리본의 적어도 일측 상에 꽤 얇은 절연 레이어를 코팅하는 데에 효율적으로 사용될 수 있다. 리본의 릴은 절연된 허브에 장착된다. 이어서 리본은 풀리고 유기 폴리머로 코팅되도록 하는 특정한 전압에서 미리결정된 시간의 기간 동안 전기 영동 배스(bath) 안으로 들어간다. 이어서 리본은 건조되고 절연된 테이크-업 맨드릴에 다시 권취된다. 비정질 강자성 합금의 성능은 외측에 적용된 응력에 대해 민감하고, 코팅은 리본들의 표면 상에 유효한 응력을 도입하지 않아야 하고, 이는 자기 성능의 심각한 악화로 이어질 것이다. 더욱이, 코팅의 열 팽창 계수는 또한 자기 성능의 심각한 악화로 이어질 수 있는 차등 열 팽창으로 인해 응력의 생성을 회피하는 리본의 열 팽창 계수에 일치하여야 한다.
비록 본 발명의 바람직한 구체예들이 여기서 상세히 설명되고 첨부된 도면들에서 도시되어 왔더라도, 본 발명은 이런 정확한 구체예들로 제한되지 않고, 다양한 변화 및 변경이 본 발명의 범위 또는 기술적 사상으로부터 벗어남이 없이 여기서 영향을 미칠 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (90)

  1. 비정질 합금 리본을 처리하는 방법에 있어서,
    a) 미리 설정된 공급 속도로 경로를 따라 비정질 합금 리본을 피드포워딩하고(feeding forward) 텐셔닝하며(tensioning) 안내하는 단계;
    b) 열처리를 개시하는 온도까지 103℃/s보다 큰 속도로 상기 경로를 따르는 일 지점에서 비정질 합금 리본을 가열하는 단계;
    c) 열처리가 완료될 때까지 103℃/s보다 큰 속도로 비정질 합금 리본을 냉각하는 단계;
    d) 상기 열처리 이후에 비정질 합금 리본이 정지 상태에서 특정한 형상을 가질 수 있도록, 상기 열처리 동안에, 비정질 합금 리본이 상기 경로를 따라 피드포워딩되는 동안, 비정질 합금 리본을 일련의 상이한 형상들로 구부리는 단계; 및
    e) 상기 열처리 이후에 상기 특정한 형상을 유지하는 속도로 비정질 합금 리본을 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    열처리가 수행되어 리본의 비정질 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    열처리가 수행되어 비정질 합금 리본의 결정화를 개시하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    열처리가 수행되어 비정질 합금 리본의 부분적인 결정화를 획득하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    열처리가 수행되어 비정질 합금 리본의 완전한 결정화를 획득하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    단계 a)에서, 미리설정된 공급 속도가 1m/s보다 큰 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    단계 b)에서, 가열은 초당 104℃보다 큰 속도로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    단계 c)에서, 냉각은 초당 104℃보다 큰 속도로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열처리가 1초보다 적은 시간의 기간 동안에 수행되는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    열처리가 10분의 1초보다 적은 시간의 기간 동안에 수행되는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    단계 e)는 비정질 합금 리본의 완전한 연성이 획득되는 스레시홀드 온도(Tdb)보다 큰 취급 온도까지 비정질 합금 리본을 냉각하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 취급 온도는 주위 온도보다 크고 열처리를 개시하는 상기 온도보다 작은 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    단계 b)에서 비정질 합금 리본은 상기 경로를 따라 위치된 제 1 실린더 표면을 갖는 적어도 하나의 제 1 실린더와 접촉하고;
    단계 b)는 비정질 합금 리본과 제 1 실린더 표면 사이의 제 1 정적 접촉부를 획득하도록 제 1 실린더 표면에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 단계(제 1 정적 접촉부는 제 1 실린더 표면 주위에서 제 1 접촉각에 걸쳐 스트레칭된다)를 포함하며;
    단계 b)는 열처리를 개시하는 상기 온도 이상의 온도로 상기 제 1 실린더 표면을 유지하는 단계를 포함하고;
    단계 c)에서 비정질 합금 리본은 상기 경로를 따라 위치된 제 2 실린더 표면을 갖는 적어도 하나의 제 2 실린더와 접촉하며;
    단계 c)는 비정질 합금 리본과 제 2 실린더 표면 사이의 제 2 정적 접촉부를 획득하도록 제 2 실린더 표면에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 단계(제 2 정적 접촉부는 제 2 실린더 표면 주위에서 제 2 접촉각에 걸쳐 스트레칭된다)를 포함하고;
    단계 c)는 열처리를 개시하는 상기 온도보다 낮은 온도로 상기 제 2 실린더 표면을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    단계 d)에서 비정질 합금 리본은 상기 경로를 따라 위치된 제 3 실린더 표면을 갖는 적어도 하나의 제 3 실린더와 접촉하고;
    단계 d)는 비정질 합금 리본과 제 3 실린더 표면 사이의 제 3 정적 접촉부를 획득하도록 제 3 실린더 표면에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 단계(제 3 정적 접촉부는 제 3 실린더 표면 주위에서 제 3 접촉각에 걸쳐 스트레칭된다)를 포함하며;
    단계 d)는 열처리를 개시하는 상기 온도로 상기 제 3 실린더 표면을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    실린더 표면들에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 단계는 25㎫ 내지 200㎫의 범위의 장력으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  16. 제 13 항에 있어서,
    실린더 표면들에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 단계는 50㎫ 내지 100㎫의 범위의 장력으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 단계는 리본에서 자기 이방성의 성장을 촉진하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  18. 제 14 항에 있어서,
    비정질 합금 리본은 제 1 실린더, 제 2 실린더 또는 제 3 실린더 중 선택된 하나에 근접한 적어도 하나의 가이드 롤러와 접촉하고,
    상기 가이드 롤러는 상기 선택된 실린더보다 작은 반경을 갖고 상기 선택된 실린더와 리본 사이의 초기 접촉점 및 최종 접촉점 모두에 근접하게 위치되어 상기 선택된 실린더의 상기 접촉각을 최대화하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  19. 제 1 항에 있어서,
    단계 d)에서 특정한 형상은 만곡되며(curved),
    단계 d)는,
    f) 특정한 양의 비정질 합금 리본을 맨드릴에 권취하여 내측 반경 및 외측 반경을 갖는 코어를 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 특정한 형상은 상기 내측 반경과 상기 외측 반경 사이에서 선택된 곡률의 반경을 갖는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  20. 제 1 항에 있어서,
    단계 d)에서 특정한 형상은 평평하고,
    단계 d)는,
    f) 비정질 합금 리본의 세그먼트들을 절단하고 적층하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  21. 제 1 항에 있어서,
    단계 d)에서 기계적 구속들은 길이를 따라 비정질 합금 리본의 특정한 형상의 곡률의 반경을 달라지도록 변경되고,
    단계 d)는,
    f) 상기 길이의 비정질 합금 리본을 맨드릴에 권취하여 코어를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  22. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 d)는,
    i) 상기 단계 f) 이전에 비정질 합금 리본의 적어도 일측을 유전체로 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    유전체는 유기 유전체인 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 단계 i)에서, 코팅은 전착에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  25. 제 22 항에 있어서, 상기 단계 i)는,
    비정질 합금 리본에 전압을 인가하는 단계; 및
    시간의 주기 동안에 탈이온수와 유기 폴리머의 에멀전에 리본을 피드포워딩하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  26. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은,
    단계 d)는,
    i) 상기 단계 f) 이전에 비정질 합금 리본의 적어도 일측을 바인더로 코팅하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  27. 제 1 항에 있어서,
    장력은 장력 조정 장치에 의해 비정질 합금 리본의 경로를 따라 증가되거나 감소되고,
    상기 장력 조정 장치는:
    - 샤프트를 갖는 적어도 하나의 모터;
    - 모터의 샤프트에 결합되고, 각도에 걸쳐 리본과 정적 접촉하게 하는 표면을 갖는 원형 장치(상기 표면은 리본에 대하여 정지 마찰 계수를 갖는다); 및
    - 상기 모터 샤프트의 토크를 제어하여 비정질 리본에서 인장 응력을 증가시키거나 감소시키는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서,
    상기 장력 조정 장치는 상기 경로를 따라 위치되어 열처리가 개시되기 이전에 리본에서 인장 응력을 증가시키는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  29. 제 27 항에 있어서,
    상기 장력 조정 장치는 상기 경로를 따라 위치되어 상기 열처리 이후에 인장 응력을 감소시키는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  30. 제 27 항에 있어서,
    상기 장력 조정 장치는 상기 열처리 동안에 리본에 인장 응력을 제어하기 위하여 상기 경로를 따라 위치되는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  31. 제 1 항에 있어서,
    경로를 따라 공급되는 리본은 가이딩 장치에 의해 구조물 상에서 목표 위치에 전달되고,
    상기 가이딩 장치는:
    - 몸체;
    - 몸체에 장착되고, 리본을 지지하고 안내하기 위해 측면 가이드에 정렬된 평평한 주변 표면을 가지며, 리본을 수용하기 위한 수용부 및 목표 위치에 리본을 전달하기 위한 전달부를 갖는 가이드 롤러; 및
    - 몸체를 구조물에 대하여 피봇가능하게 장착하고, 롤러의 전달부와 접선으로 정렬된 피봇축을 갖는 피봇부(pivot)를 포함하되,
    작동 시에, 롤러의 수용부가 리본을 수용하고 리본의 전이부(translation)들을 수용하여 상기 전달부를 통해 목표 위치에서 리본을 전달하도록 몸체는 피봇부에 의해 구조물에 대하여 선회하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  32. 제 13 항에 있어서,
    단계 e)에서, 비정질 합금 리본은 복수 개의 이격된 냉각 실린더들(상기 냉각 실린더들의 각각은 상기 경로를 따라 위치된 냉각 실린더 표면을 갖는다)과 접촉하고;
    단계 e)는,
    냉각 실린더 표면들과 이동 비정질 합금 리본 사이의 냉각 정적 접촉부를 획득하도록 냉각 실린더 표면들에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 단계를 포함하되,
    냉각 정적 접촉부는 냉각 실린더 표면들 주위에서 각각의 접촉각에 걸쳐 스트레칭되고;
    단계 e)는,
    열처리를 개시하는 상기 온도보다 낮은 온도로 상기 냉각 실린더 표면들을 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 방법.
  33. 리본으로서 주조되고, 결정화의 시작에 도달하지 않는 온도에서, 리본이 열처리 동안 일련의 상이한 형상들로 구부러지도록 하는 인라인 어닐링에 의해 열처리된 철-계 비정질 합금.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때, 상기 리본은 0.80보다 큰 B80/Bsat을 갖는 것을 특징으로 하는 철-계 비정질 합금.
  35. 제 33 항에 있어서,
    리본은 실온에서 연성이 있고 실온보다 큰 온도에서 완전한 연성이 있는 것을 특징으로 하는 철-계 비정질 합금.
  36. 리본으로서 주조되고, 결정화의 시작에 도달하지 않는 450℃보다 큰 온도에서, 리본이 열처리 동안 일련의 상이한 형상들로 구부러지도록 하는 인라인 어닐링에 의해 열처리된, 부가적인 불순물을 갖는, 공칭 화학적 조성물 Fe80B11Si9(숫자는 원자 백분율이다)을 포함하는 철-계 비정질 합금.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때, 리본은 1.3 테슬라의 자기 유도에서 60㎐에서 0.25 W/㎏보다 낮은 철손을 갖는 것을 특징으로 하는 철-계 비정질 합금.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때, 상기 리본은 어닐링 이후에 1.3 테슬라보다 큰 B80을 갖는 것을 특징으로 하는 철-계 비정질 합금.
  39. 제 36 항에 있어서,
    상기 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때, 상기 리본은 0.80보다 큰 B80/Bsat을 갖는 것을 특징으로 하는 철-계 비정질 합금.
  40. 제 36 항에 있어서,
    리본은 실온에서 연성이 있고, 100℃보다 큰 온도에서 완전한 연성이 있는 것을 특징으로 하는 철-계 비정질 합금.
  41. 제 33 항에 있어서, 상기 철-계 비정질 합금은,
    부가적인 불순물을 갖는, 화학적 조성물 FeaBbSicCd(80<a<84, 8<b<18, 0<c≤5 및 0<d≤3, 숫자는 원자 백분율이다)을 포함하는 것을 특징으로 하는 철-계 비정질 합금.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때, 리본은 1.5 테슬라의 자기 유도에서 60㎐에서 0.25 W/㎏보다 낮은 철손을 갖는 것을 특징으로 하는 철-계 비정질 합금.
  43. 제 41 항에 있어서,
    상기 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때, 상기 리본은 어닐링 이후에 1.3 테슬라보다 큰 B80을 갖는 것을 특징으로 하는 철-계 비정질 합금.
  44. 제 41 항에 있어서,
    상기 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때, 상기 리본은 어닐링 이후에 1.4 테슬라보다 큰 B80을 갖는 것을 특징으로 하는 철-계 비정질 합금.
  45. 제 41 항에 있어서,
    상기 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때, 상기 리본은 어닐링 이후에 1.5 테슬라보다 큰 B80을 갖는 것을 특징으로 하는 철-계 비정질 합금.
  46. 제 41 항에 있어서,
    상기 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때, 상기 리본은 0.80보다 큰 B80/Bsat을 갖는 것을 특징으로 하는 철-계 비정질 합금.
  47. 제 41 항에 있어서,
    상기 리본이 적층되거나 권취되어 코어를 형성할 때, 상기 리본은 0.90보다 큰 B80/Bsat을 갖는 것을 특징으로 하는 철-계 비정질 합금.
  48. 제 41 항에 있어서,
    리본은 실온에서 연성이 있고, 80℃보다 큰 온도에서 완전한 연성이 있는 것을 특징으로 하는 철-계 비정질 합금.
  49. 제 41 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 철-계 비정질 합금은,
    부가적인 불순물을 갖는, 공칭 화학적 조성물 Fe81 .8B15.8Si2 .1C0 .3(숫자는 원자 백분율이다)을 포함하는 것을 특징으로 하는 철-계 비정질 합금.
  50. 제 1 항의 방법에 따라 처리된 비정질 합금 리본.
  51. 제 50 항에 있어서, 상기 비정질 합금 리본은,
    부가적인 불순물을 갖는, 공칭 화학적 조성물 Fe80B11Si9(숫자는 원자 백분율이다)을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 합금 리본.
  52. 제 50 항에 있어서, 상기 비정질 합금 리본은,
    부가적인 불순물을 갖는, 화학적 조성물 FeaBbSicCd(80<a<84, 8<b<18, 0<c≤5 및 0<d≤3, 숫자는 원자 백분율이다)을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 합금 리본.
  53. 제 52 항에 있어서, 상기 비정질 합금 리본은,
    부가적인 불순물을 갖는, 공칭 화학적 조성물 Fe81 .8B15.8Si2 .1C0 .3(숫자는 원자 백분율이다)을 포함하는 것을 특징으로 하는 비정질 합금 리본.
  54. 물체와의 열 교환을 위한 열 교환 시스템에 있어서,
    - 지지 구조물;
    - 가열될 수 있는 열 교환기 링 요소;
    - 상기 물체와 접촉되는 외측 표면을 갖고, 상기 열 교환기 링 요소와 접촉하는 내측 표면을 갖는 열 디퓨저 링 요소;
    - 상기 열 교환기 링 요소 및 상기 열 디퓨저 링 요소를 지지하고, 지지 구조물에 회전가능하게 장착되는 프레임 구조물; 및
    - 상기 열 교환기 링 요소와 일체형으로 형성되고 상기 열 교환기 링 요소를 측면으로 둘러싸는 슬롯형 구조물을 포함하고,
    상기 슬롯형 구조물은 상기 열 교환기 링 요소까지 가로지르며 연장되는 슬롯들을 갖는 것을 특징으로 하는 열 교환 시스템.
  55. 제 54 항에 있어서,
    열 교환기 링 요소는 전력원과 슬라이딩하여 회전가능하게 접촉할 수 있는 저항 요소인 것을 특징으로 하는 열 교환 시스템.
  56. 제 54 항에 있어서,
    열 교환기 링 요소는 저항 요소이고, 자기 유도에 의해 열 교환기 링 요소를 가열하는 안테나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 열 교환 시스템.
  57. 삭제
  58. 제 54 항에 있어서,
    열 교환기 링 요소는 스테인리스 스틸로 제조되며 열 디퓨저 링 요소는 구리로 제조되고 열 교환기 링 요소에 전착에 의해 장착되는 것을 특징으로 하는 열 교환 시스템.
  59. 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템에 있어서,
    - 미리 설정된 공급 속도로 경로를 따라 비정질 합금 리본을 피드포워딩하고 텐셔닝하며 안내하는 이동 장치;
    - 열처리를 개시하는 온도까지 103℃/s보다 큰 속도로 상기 경로를 따르는 일 지점에서 비정질 합금 리본을 가열하는 가열 시스템;
    - 열처리가 완료될 때까지 103℃/s보다 큰 속도로 비정질 합금 리본을 냉각하는 제 1 냉각 시스템;
    - 상기 열처리 이후에 비정질 합금 리본이 정지 상태에서 특정한 형상을 가질 수 있도록, 상기 열처리 동안에, 비정질 합금 리본이 상기 경로를 따라 피드포워딩되는 동안, 비정질 합금 리본을 일련의 상이한 형상들로 구부리는 리본 벤딩 시스템; 및
    - 상기 열처리 이후에, 상기 특정한 형상을 유지하는 속도로 비정질 합금 리본을 냉각하는 제 2 냉각 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  60. 제 59 항에 있어서,
    가열 시스템 및 제 1 냉각 시스템은, 열처리가 수행되어 리본의 비정질 상태를 유지하도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  61. 제 59 항에 있어서,
    가열 시스템 및 제 1 냉각 시스템은, 열처리가 수행되어 비정질 합금 리본의 결정화를 개시하도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  62. 제 59 항에 있어서,
    가열 시스템 및 제 1 냉각 시스템은, 열처리가 수행되어 비정질 합금 리본의 부분적인 결정화를 획득하도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  63. 제 59 항에 있어서,
    가열 시스템 및 제 1 냉각 시스템은 열처리가 비정질 합금 리본의 완전한 결정화를 획득하면서 수행되도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  64. 제 59 항에 있어서,
    이동 장치의 미리설정된 공급 속도가 1m/s보다 큰 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  65. 제 59 항에 있어서,
    가열 시스템은 초당 104℃보다 큰 속도로 가열하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  66. 제 59 항에 있어서,
    제 1 냉각 시스템은 초당 104℃보다 큰 속도로 냉각하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  67. 제 59 항 내지 제 66 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열 시스템 및 제 1 냉각 시스템은 열처리가 1초보다 적은 시간의 기간 동안에 수행되도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  68. 제 59 항 내지 제 66 항 중 어느 한 항에 있어서,
    가열 시스템 및 제 1 냉각 시스템은 열처리가 10분의 1초보다 적은 시간의 기간 동안에 수행되도록 설정되는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  69. 제 59 항에 있어서,
    제 2 냉각 시스템은 비정질 합금 리본의 완전한 연성을 획득하기에 충분한 스레시홀드 온도(Tdb)보다 큰 취급 온도까지 비정질 합금 리본을 냉각하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  70. 제 69 항에 있어서,
    상기 취급 온도는 주위 온도보다 크고 열처리를 개시하는 상기 온도보다 작은 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  71. 제 59 항에 있어서,
    가열 시스템은 비정질 합금 리본과 접촉하는 적어도 하나의 제 1 실린더를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 1 실린더는 상기 경로를 따라 위치된 제 1 실린더 표면을 가지며,
    상기 시스템은,
    제 1 실린더 표면과 비정질 합금 리본 사이에 제 1 정적 접촉부를 획득하도록 제 1 실린더 표면에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 제 1 장력 조정 장치를 더 포함하되, 제 1 정적 접촉부는 제 1 실린더 표면 주위에서 제 1 접촉각에 걸쳐 스트레칭되고, 상기 제 1 실린더 표면의 온도는 열처리를 개시하는 상기 온도이상의 온도로 유지되며,
    제 1 냉각 시스템은 비정질 합금 리본과 접촉하는 적어도 하나의 제 2 실린더를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 2 실린더는 상기 경로를 따라 위치된 제 2 실린더 표면을 가지며,
    상기 시스템은,
    제 2 실린더 표면과 비정질 합금 리본 사이에 제 2 정적 접촉부를 획득하도록 제 2 실린더 표면에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 제 2 장력 조정 장치를 더 포함하되, 제 2 정적 접촉부는 제 2 실린더 표면 주위에서 제 2 접촉각에 걸쳐 스트레칭되고, 상기 제 2 실린더 표면의 온도는 열처리를 개시하는 상기 온도보다 낮은 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  72. 제 71 항에 있어서,
    기계적 구속 적용 장치는 비정질 합금 리본과 접촉하는 적어도 하나의 제 3 실린더를 포함하고, 상기 적어도 하나의 제 3 실린더는 상기 경로를 따라 위치된 제 3 실린더 표면을 가지며,
    상기 시스템은,
    제 3 실린더 표면과 비정질 합금 리본 사이에 제 3 정적 접촉부를 획득하도록 제 3 실린더 표면에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 제 3 장력 조정 장치를 더 포함하되, 제 3 정적 접촉부는 제 3 실린더 표면 주위에서 제 3 접촉각에 걸쳐 스트레칭되고, 상기 제 3 실린더 표면의 온도는 열처리를 개시하는 상기 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  73. 제 71 항에 있어서,
    장력 조정 장치들은 25㎫ 내지 200㎫의 범위의 장력으로 실린더 표면들에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  74. 제 71 항에 있어서,
    장력 조정 장치들은 50㎫ 내지 100㎫의 범위의 장력으로 실린더 표면들에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  75. 제 73 항에 있어서,
    장력 조정 장치는 리본에서 자기 이방성의 성장을 촉진하도록 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  76. 제 72 항에 있어서, 상기 시스템은,
    비정질 합금 리본이 제 1 실린더, 제 2 실린더 또는 제 3 실린더 중 선택된 하나에 근접하게 접촉하는 적어도 하나의 가이드 롤러를 더 포함하되,
    상기 가이드 롤러는 상기 선택된 실린더들 중 하나보다 작은 반경을 갖고 상기 선택된 실린더와 리본 사이의 초기 접촉점 및 최종 접촉점 모두에 근접하게 위치되어 상기 선택된 실린더의 상기 접촉각을 최대화하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  77. 제 59 항에 있어서, 상기 시스템은,
    특정한 양의 비정질 합금 리본이 권취되는 맨드릴을 더 포함하되,
    상기 맨드릴은 내측 반경 및 외측 반경을 갖고, 상기 특정한 형상은 상기 내측 반경과 상기 외측 반경 사이에서 선택된 곡률의 반경을 갖는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  78. 제 59 항에 있어서, 상기 시스템은,
    비정질 합금 리본의 세그먼트들을 절단하고 적층하는 커터 및 적층 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  79. 제 59 항에 있어서,
    기계적 구속 적용 장치는 길이를 따라 비정질 합금 리본의 특정한 형상의 곡률의 반경을 달라지도록 구속들을 적용하고,
    상기 시스템은,
    특정한 양의 비정질 합금 리본이 권취되는 맨드릴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  80. 제 77 항에 있어서, 상기 시스템은,
    비정질 합금 리본의 적어도 일측을 유전체로 코팅하는 코팅 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  81. 제 80 항에 있어서,
    유전체는 유기 유전체인 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  82. 제 80 항에 있어서,
    코팅 시스템은 전착 시스템인 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  83. 제 80 항에 있어서, 상기 시스템은,
    비정질 합금 리본에 전압을 인가하는 전압 인가 장치; 및
    리본이 시간의 주기 동안에 통과하여 피드포워딩되는, 탈이온수와 유기 폴리머의 에멀전을 포함하는 배스 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  84. 제 80 항에 있어서, 상기 시스템은,
    비정질 합금 리본의 적어도 일측을 바인더로 코팅하는 바인더 도포 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  85. 제 59 항에 있어서, 상기 시스템은,
    경로를 따르는 비정질 합금 리본에서 장력을 증가시키거나 감소시키는 장력 조정 장치를 더 포함하되,
    상기 장력 조정 장치는:
    - 샤프트를 갖는 적어도 하나의 모터;
    - 모터의 샤프트에 결합되고, 각도에 걸쳐 리본과 정적 접촉하게 하는 표면을 갖는 원형 장치(상기 표면은 리본에 대하여 정지 마찰 계수를 갖는다); 및
    - 상기 모터 샤프트의 토크를 제어하여 비정질 리본에서 인장 응력을 증가시키거나 감소시키는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  86. 제 85 항에 있어서,
    상기 장력 조정 장치는 상기 경로를 따라 위치되어 열처리가 개시되기 이전에 리본에서 인장 응력을 증가시키는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  87. 제 85 항에 있어서,
    상기 장력 조정 장치는 상기 경로를 따라 위치되어 상기 열처리 이후에 인장 응력을 감소시키는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  88. 제 85 항에 있어서,
    상기 장력 조정 장치는 상기 열처리 동안에 리본에서 인장 응력을 제어하기 위하여 상기 경로를 따라 위치되는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  89. 제 59 항에 있어서, 상기 시스템은,
    구조물 상에서 목표 위치로 리본을 전달하는 가이딩 장치를 더 포함하되,
    상기 가이딩 장치는:
    - 몸체;
    - 몸체에 장착되고, 리본을 지지하고 안내하기 위해 측면 가이드들에 정렬된 평평한 주변 표면을 가지며, 리본을 수용하기 위한 수용부 및 목표 위치에 리본을 전달하기 위한 전달부를 갖는 가이드 롤러; 및
    - 몸체를 구조물에 대하여 피봇가능하게 장착하고, 롤러의 전달부와 접선으로 정렬된 피봇축을 갖는 피봇부를 포함하되,
    작동 시에, 롤러의 수용부가 리본을 수용하고 리본의 전이부들을 수용하여 상기 전달부를 통해 목표 위치에 리본을 전달하도록 몸체는 피봇부에 의해 구조물에 대하여 선회하는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
  90. 제 72 항에 있어서,
    제 2 냉각 시스템은 비정질 합금 리본과 접촉하는 복수 개의 이격된 냉각 실린더들을 포함하고, 상기 이격된 냉각 실린더들의 각각은 상기 경로를 따라 위치된 냉각 실린더 표면을 가지며;
    상기 시스템은,
    냉각 실린더 표면들과 이동 비정질 합금 리본 사이의 냉각 정적 접촉부를 획득하도록 냉각 실린더 표면들에 대하여 비정질 합금 리본을 텐셔닝하는 장력 조정 시스템을 더 포함하되, 냉각 정적 접촉부는 냉각 실린더 표면들 주위에서 각각의 접촉각에 걸쳐 스트레칭되고, 상기 냉각 실린더 표면들의 온도는 열처리를 개시하는 상기 온도보다 낮은 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는, 비정질 합금 리본을 처리하는 시스템.
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