一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一该方法利用静磁场脉冲复合电镀技术在低硅钢片表面获得高硅镀层，然后经过热处理工艺来获得硅含量为6.5wt%Si的高硅硅钢薄带，本发明专利技术操作简单,可以常温下实现增硅操作，成本低廉，并且可以制备近终型高硅硅钢带材。

【技术实现步骤摘要】
一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法及装置
本专利技术涉及一种磁场下制备高硅硅钢薄带的方法及装置。属于软磁性材料制备、电镀

技术介绍
硅钢薄带作为一种非常重要的能源转换材料，广泛应用于电力、电器、电子以及国防军事工业，硅钢目前是在电学、磁学领域中产量和用量最大的一种软磁材料。随着硅含量的增高，硅钢薄带的软磁性能增强，当硅钢中的硅含量增高到6.5wt%后,硅钢磁性能达到最佳，此时硅钢薄带的磁致伸缩系数几乎降低至零。但是，随着硅含量的增加，硅钢的脆性显著增加，当硅含量超过5wt%后，硅钢的延伸率降低近乎为零。因此，采用常规的轧制方法很难制备出高硅特别是硅含量为6.5wt%S硅钢薄带。目前，国内外学者对高硅特别是6.5wt%Si的硅钢薄带的制备方法进行了大量的研究，提出了多种制备工艺，如多道轧制法、熔盐电沉积法、激光熔覆法、粉末轧制法、电沉积-扩散法、CVD法以及PCVD法等。但是，采用这些工艺复杂，能耗高，以及在硅元素分布均匀性差，限制了其应用。采用电沉积-扩散制备法时，常规条件下进行电镀，获得的镀层硅含量小，无法为低硅基体提供充足的硅来源，采用施加磁场能显著提高镀层硅含量，但是镀层表面非常粗糙，而且施加的磁场强度比较高，无论采用常规条件还是磁场下电镀，采用水系电镀液时电镀过程中析氢反应比较严重，获得的镀层与基体的结合强度低，限制了该工艺的进一步应用；因此，开发廉价高效的高硅硅钢制备方法仍然是亟待解决的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种低强度磁场辅助下制备硅含量约6.5wt%Si高硅硅钢钢薄带的方法及装备，利用静磁场脉冲复合电镀技术在低硅钢片表面获得高硅镀层，然后经过热处理工艺来获得具有优异磁性能的高硅硅钢薄带，可以常温下操作，且可以制备出近终型的薄带，操作简单，制备成本低，以克服现有技术的不足。本专利技术的技术方案一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法，该方法利用静磁场脉冲复合电镀技术在低硅钢片表面获得高硅镀层，然后经过热处理工艺来获得硅含量为6.5wt%Si的高硅硅钢薄带。前述的一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法中，该方法的构思是：采用有机系作为溶剂，将改性后的磁性硅-铁颗粒加入有机溶剂电解液中，采用纯铁板或低硅钢板作为阳极，采用纯铁板或低硅钢板作为阴极，且阴极处的纯铁板或低硅钢板的厚度要比阳极薄，利用脉冲复合电镀方法，在低硅硅钢薄带上镀覆一层硅含量大于6.5wt%Si的富硅镀层。前述的一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法中，所述有机溶剂电解液为镀铁有机溶剂电解液，该有机溶剂是为了降低析氢反应，增加镀层与基体的结合力，其具体配方时，采用酒精为溶剂，加入0.01～10mol/LNa2SO4,0.01～10mol/LFeSO4,0.01～10mol/LFeCl2,0.01～10mol/LNH4Cl,还原铁粉0.1～10g/L,加入0.1～200g/L的改性后的硅-铁磁性颗粒。前述的一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法中，在脉冲复合电镀过程中，施加一个的恒定外磁场就可以显著提高镀层颗粒含量，且该磁场大小为0.001～0.2T。前述的一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法中，所述制备改性后的磁性硅-铁颗粒是将纯硅颗粒采用化学还原法镀覆上一层纯铁，增加其软磁性质。前述的一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法中，所述纯硅颗粒是指粒度范围为0-10μm纯硅粉。前述的一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法中，所述化学还原法是指将纯硅颗粒注入铁还原溶液中，以每分钟5-10ml的速度加的FeCl3溶液，强搅拌2-5min后将溶液过滤并多次洗涤，在硅颗粒上还原沉积一层铁后得到改性后的硅-铁颗粒，显著增加其磁化率和导电率。前述的一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法中，所述铁还原溶液制备过程是，将浓度为20wt%的PAA高分子表面活性剂和去离子水按1比4～10的比列加入到去离子水中，加湿润剂0.2g/L,分散剂5g/L,催化剂活化剂2g/L,加入硅颗粒100～500g/L在水浴条件下强搅拌60min，然后加入10～50g/L的NaBH4的还原剂；该FeCl3溶液的容量与铁还原溶液的容量比为1:1且FeCl3溶液浓度为0.1～1mol/L。前述的一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法中，具体制备过程为：步骤一、改性硅-铁颗粒的制备1）、制备粒度范围为0-10μm纯硅粉；2）铁还原溶液的配制及化学还原，将浓度为20wt%的PAA高分子表面活性剂和去离子水按1比4～10的比列加入到去离子水中，加湿润剂（十二氨基磺酸钠）0.2g/L,分散剂（十六烷基三甲基溴化铵）5g/L,催化剂活化剂(氯化钯）2g/L,加入硅颗粒100～500g/L在水浴条件下强搅拌60min，然后加入10～50g/L的NaBH4的还原剂，将纯硅粉到入原溶液中，然后按和原溶液1:1的比例以每分钟5-10ml的速度加0.1～1mol/L的FeCl3溶液，强搅拌2-5min后将溶液过滤并多次洗涤，在硅颗粒上还原沉积一层铁后得到改性后的硅-铁颗粒，显著增加其磁化率和导电率；步骤二、磁场下电沉积施加的磁场强度为0.001～0.2T,采用0.05～0.5mm厚的纯铁薄带或者低硅硅钢薄片为阴极，宽度为10-2000mm，低硅钢薄带的硅含量为0.1-3wt%，以纯铁片或者低硅钢板为阳极，该阴极处纯铁片或者低硅钢板的厚度小于阳极处，且阴极处纯铁片或者低硅钢板采用砂纸打磨光洁，然后用酸洗、丙酮除脂后放入电镀液；为保证电镀液硅-铁磁性颗粒均匀悬浮在电镀液中，可以采用机械搅拌或采用酸液泵循环的方式搅拌电镀液；将电极放入电解槽中，通入均值电流密度为0.01A～100A/dm2脉冲电流进行复合电镀；步骤三、电镀溶液的配制采用酒精为溶剂，0.01～10mol/LNa2SO4,0.01～10mol/LFeSO4,0.01～10mol/LFeCl2,0.01～10mol/LNH4Cl,还原铁粉0.1～10g/L，然后加入0.1～200g/L的硅-铁磁性颗粒；步骤四、为保证得到连续的高硅复合镀层，阴极和阳极间距保持在0.2-20cm；通过控制电流密度、电镀液中硅-铁颗粒浓度、改性硅-铁颗粒表层纯铁层厚度、磁场强度等多个因素来控制复合镀层中的硅含量。为制备总体硅含量约6.5wt%Si的高硅硅钢薄带，复合镀层中的硅含量可控制在6.5-50wt%之间，复合镀层的厚度为5-500微米；步骤五、均匀化扩散退火：将上述步骤得到的平均含硅量约为6.5Wt％的铁-硅铁合金颗粒复合镀层钢带，经干燥烘干后放入带惰性气体，或为还原气体或者为惰性气体与还原气体混合气保护的管状电炉中进行热处理扩散处理,得到平均硅含量为6.5Wt％且分布均匀的取向或无取向硅钢片，热处理温度控制在900-1300℃，热处理时间为0.25-10小时。一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的装置，包括恒定磁场发生器、保护装置、电镀槽、电镀槽盖板、聚四氟乙烯底、电镀液、改性硅-铁颗粒、纯铁片阳极、低硅钢带阴极、脉冲电源、机械搅拌桨、机械搅拌控制装置、带有网孔的网格挡板，所述耐温电镀槽置于聚四氟乙烯底板上，而外围从内到外依次为电镀槽、保护材料和恒定磁场发生器；所述电镀槽内盛贮电镀液和改性硅-铁颗粒，内底设置有对外连续机本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法，其特征在于：该方法利用静磁场脉冲复合电镀技术在低硅钢片表面获得高硅镀层，然后经过热处理工艺来获得硅含量为6.5wt%Si的高硅硅钢薄带。

【技术特征摘要】
1.一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法，其特征在于：该方法利用静磁场脉冲复合电镀技术在低硅钢片表面获得高硅镀层，然后经过热处理工艺来获得硅含量为6.5wt%Si的高硅硅钢薄带。2.根据权利要求1所述的一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法，其特征在于：该方法的构思是：采用有机系作为溶剂，将改性后的磁性硅-铁颗粒加入有机溶剂电解液中，采用纯铁板或低硅钢板作为阳极，采用纯铁板或低硅钢板作为阴极，且阴极处的纯铁板或低硅钢板的厚度要比阳极薄，利用脉冲复合电镀方法，在低硅硅钢薄带上镀覆一层硅含量大于6.5wt%Si的富硅镀层。3.根据权利要求2所述的一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法，其特征在于：所述有机溶剂电解液为镀铁有机溶剂电解液，该有机溶剂是为了降低析氢反应，增加镀层与基体的结合力，其具体配方时，采用酒精为溶剂，加入0.01～10mol/LNa2SO4,0.01～10mol/LFeSO4,0.01～10mol/LFeCl2,0.01～10mol/LNH4Cl,还原铁粉0.1～10g/L,加入0.1～200g/L的改性后的硅-铁磁性颗粒。4.根据权利要求2所述的一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法，其特征在于：在脉冲复合电镀过程中，施加一个的恒定外磁场就可以显著提高镀层颗粒含量，且该磁场大小为0.001～0.2T。5.根据权利要求2所述的一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法，其特征在于：所述制备改性后的磁性硅-铁颗粒是将纯硅颗粒采用化学还原法镀覆上一层纯铁，增加其软磁性质。6.根据权利要求5所述的一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法，其特征在于：所述纯硅颗粒是指粒度范围为0-10μm纯硅粉。7.根据权利要求5所述的一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法，其特征在于：所述化学还原法是指将纯硅颗粒注入铁还原溶液中，以每分钟5-10ml的速度加的FeCl3溶液，强搅拌2-5min后将溶液过滤并多次洗涤，在硅颗粒上还原沉积一层铁后得到改性后的硅-铁颗粒，显著增加其磁化率和导电率。8.根据权利要求7所述的一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法，其特征在于：所述铁还原溶液制备过程是，将浓度为20wt%的PAA高分子表面活性剂和去离子水按1比4～10的比列加入到去离子水中，加湿润剂0.2g/L,分散剂5g/L,催化剂活化剂2g/L,加入硅颗粒100～500g/L在水浴条件下强搅拌60min，然后加入10～50g/L的NaBH4的还原剂；该FeCl3溶液的容量与铁还原溶液的容量比为1:1且FeCl3溶液浓度为0.1～1mol/L。9.根据权利要求1-8任一所述的一种低强度磁场下制备高硅硅钢薄带的方法，其特征在于：具体制备过程为：步骤一、改性硅-铁颗粒的制备1）、制备粒度范围为0-10μm纯硅粉；2）铁还原溶液的配制及化学还原，将浓度为20wt%的PAA高分子表面活性剂和去离子水按1比4～10的比列加入到去离子水中，加湿润剂0.2g/L,分散剂5g/L,催化剂活化剂2g/L,加入硅颗粒100～500g/L在水浴条件...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙琼，路坊海，张英哲，
申请(专利权)人：贵州理工学院，
类型：发明
国别省市：贵州,52