一种粉末扩散法连续制备高硅硅钢薄带的方法及装置制造方法及图纸

技术编号:19447962 阅读:20 留言:0更新日期:2018-11-14 17:07
本发明专利技术公开了一种粉末扩散法连续制备高硅硅钢薄带的方法及装置,利用表面强化工艺处理低硅钢薄带,然后通入高硅粉末中在低硅钢薄带上制备一层高硅涂层,同时在粉末扩散过程中,施加磁场和电场,获得高硅涂层后的硅钢薄带再经过磁场下热处理,进而获得具有优异软磁性能的6.5wt%Si的高硅硅钢薄带。本发明专利技术是在粉末扩散装置和热处理装置基础上,通过施加磁场强度为0.001~20T的恒定磁场,促进硅元素的扩散,在粉末扩散时,同时还施加电场促进硅元素的扩散。在粉末扩散之前,采用喷丸工艺在低硅钢带上进行强化处理,植入一定的残余应力,可以加速硅元素的扩散。

【技术实现步骤摘要】
一种粉末扩散法连续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连续制备高硅钢薄带的方法及装置,属于磁性材料制备、热处理

技术介绍
硅钢薄带是一种非常重要的软磁材料,广泛应用于电力、电器以及国防军事工业等领域中。当硅钢薄带中硅含量增加到6.5wt%后,硅钢的磁致伸缩趋近于零,综合磁性能达到最佳,是高频磁性元件用的理想软磁材料。但是,当硅含量超过4wt%后,随着硅含量的增加,脆性显著增加,当硅含量增加到5wt%以后,硅钢的延伸率近乎降低至零。因此,很难采用传统的轧制和冲压加工法制备高硅硅钢薄带。目前为止,世界各国研究人员对6.5wt%Si高硅硅钢薄带的制备方法进行了大量研究,并提出了多种制备工艺,如激光熔敷喷涂法、粉末轧制法、熔盐电沉积法、CVD法、PCVD法、多道轧制法、复合电沉积-扩散法等。目前日本的NKK公司开发的化学气相沉积法即CVD法生产的6.5wt%Si硅钢薄带具备很好的磁性能,并已小规模进行工业化生产,但存在对设备要求高、铁流失严重、沉积温度高、能耗大、硅钢表面质量差、污染环境、成本高等缺点,限制了其进一步大规模化生产。当采用复合电镀热处理法制备高硅硅钢薄带时,由于析氢作用容易造成低硅钢薄带与高硅镀层分离,同时,在后续均匀化热处理的过程中,硅元素与铁形成铁硅相后容易造成低硅钢与高硅涂层的扩散分离,阻碍了硅元素的扩散作用。此外,在均匀化热处理过程中,硅元素的扩散速度很慢。而上述其他方法在生产工艺的可控性、成本及环保等方面仍有待进一步的改进。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
本专利技术的目的在于针对已有技术存在的缺陷,提供一种粉末扩散法连续制备高硅硅钢薄带的方法及装置,实现长尺寸、连续操作,且可以制备出近终型的薄带,因此大幅度降低制备成本。为达到上述目的,本专利技术的构思是:在粉末扩散制备过程由铁硅合金粉组成,在低硅钢薄带上制备上一层硅含量为6.5~14wt%的高硅涂层,如果采用纯硅粉末时,高硅涂层中硅含量非常容易高于14wt%,在后续热处理时容易形成铁硅相,容易与低硅钢基体分离。同时,在制备高硅涂层时,如果采用传统的粉末扩散时,硅元素的扩散速度很慢,为了加速硅元素加速朝低硅钢薄带基体中扩散,首先对低硅钢薄带表面进行强化处理,植入一定的残余应力,可以加速粉末扩散时硅元素朝低硅钢薄带中扩散。同时,为了进一步加速硅元素向低硅钢薄带基体中扩散,在粉末扩散过程中施加了电场和磁场。此外,在粉末扩散和热处理过程中施加磁场不仅可以促进硅元素的扩散,同时还可以促进硅钢形成(110)[001]织构,显著提升硅钢薄带的软磁性能。为此,本专利技术提出,粉末扩散制备高硅涂层前,采用如滚压、激光脉冲、喷丸等处理,植入一定的残余应力,促进后续硅元素的扩散过程。在粉末扩散制备高硅涂层及后续过程中,施加一个恒定的外磁场(0.001~20特斯拉(T)),再粉末扩散过程中,还施加了电流密度为1~2000A/dm2的电场强度。在粉末扩散过程中,制备一层硅含量为6.5~14wt%的高硅涂层,为后续的热处理提供充足的硅源,因此,最终热处理的硅钢片中硅含量将达到6.5wt%的最佳值。基于上述构思,本专利技术的一种粉末扩散法连续制备高硅硅钢薄带的方法,是利用表面强化工艺处理低硅钢薄带,然后通入高硅粉末中在低硅钢薄带上制备一层高硅涂层,同时在粉末扩散过程中,施加磁场和电场,获得高硅涂层后的硅钢薄带再经过磁场下热处理,进而获得具有优异软磁性能的6.5wt%Si的高硅硅钢薄带。其中,所述表面强化工艺包括滚压、激光脉冲或喷丸之一或者混合。所述高硅粉末成分为:纯铁粉占总重量比0.1~20%、纯硅粉占总重点比0.1~50%、硅含量3~6.5wt%S的铁硅合金占总重量比0.1~20%、硅含量6.5~14wt%S的铁硅合金占总重点比0.1~95%、硅含量14~99wt%S的铁硅合金占总重量比0.1~60%、氧化铝粉占总重量比0.1~50%。施加的电场电源为幅值恒定的直流电源,或为占空比和频率可调的脉冲电源,或者是占空比、频率和周期可反向的直流电源。具体的,该方法包括如下步骤:步骤1.硅铁合金颗粒的制备:将不同比例的纯铁粉和纯硅粉混合均匀,然后在高真空高温下熔炼形成硅铁合金,然后将得到的合金采用真空电弧雾化或者行星球磨的方法磨制成0.1~500μm的粉末;步骤2.表面强化处理:对低硅钢薄带表面进行表面强化处理,植入一定的残余应力;步骤3.高硅层的制备:将步骤1中得到的含有硅元素的粉末加入到粉末扩散炉中,在低硅钢薄带表面制得一层高硅涂层,在制备过程中施加电场和磁场;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连续热处理扩散处理,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;步骤4.将低硅钢薄带阴极连续地通入到粉末扩散炉中,每0.2-2h移动一次获得高硅层硅钢薄带;通过控制低硅钢薄带走带频率、粉末硅含量或磁场强度来控制高硅涂层中的硅含量,以制备高硅硅钢薄带;硅钢带采取放卷和收卷的方式,实现成卷高硅钢薄带的制备;步骤5.均匀化扩散退火:将上述步骤得到的平均硅含量为6.5Wt%的高硅涂层钢带,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连续热处理扩散处理,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。其中,步骤1中纯铁粉和纯硅粉混合均匀后的混合粉中硅含量控制在2.5wt%Si~99%wt%Si范围;步骤1中所述高温指1400~1600℃温度范围。步骤3中施加的电流密度1-2000A/dm2,施加的磁场强度为0.001~20T。步骤4中扩散炉中热处理温度控制在800-1300℃,热处理时间为0.1-10小时;步骤5中热处理温度控制在800-1300℃,热处理时间为0.1-10小时。为实现上述方法,本专利技术采用这样一种粉末扩散法连续制备高硅硅钢薄带的装置,该装置包括由钢带输送装置一、传送装置和钢带输送装置二构成的流水作业线,在钢带输送装置一的前方设有喷丸机,喷丸机的前方设有低硅钢带卷绕机构;钢带输送装置一和传送装置之间设有两个阴极夹辊,两个阴极夹辊之间设有粉末扩散炉,粉末扩散炉上下两面由内而外依次设有加热装置一、绝热材料一、水冷装置一和恒定磁场发生器一;粉末扩散炉中设有上阳极、下阳极以及热电偶一;粉末扩散炉下方设有控温仪一和直流电源;在传送装置和钢带输送装置二之间设有一个热处理炉,热处理炉上下两面由内而外依次设有加热装置二、绝热材料二、水冷装置二和恒定磁场发生器二,热处理炉中设有热电偶二,热处理炉下方设有控温仪二;在钢带输送装置二后方设有高硅硅钢带卷绕机构。与现有技术相比较,本专利技术具有以下突出的实质性特点和显著进步:低硅钢基体经过喷丸强化处理后,利用喷丸对低硅钢基体强化处理产生的残余应力可以显著促进粉末中硅元素向低硅钢扩散,从而提高高硅涂层的硅含量。粉末扩散制备高硅层时采用的粉末为铁硅合金颗粒,由于铁与硅已经形成了固溶体,在粉末扩散时元素进入低硅基体时无需形成固溶体就可以直接扩散进入低硅钢薄带,可以显著促进硅元素扩散作用。由于制备高硅涂层和均匀化热处理过程是在磁场的条件下进行,由于磁晶各向异性和感生各本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种粉末扩散法连续制备高硅硅钢薄带的方法,其特征在于:利用表面强化工艺处理低硅钢薄带,然后通入高硅粉末中在低硅钢薄带上制备一层高硅涂层,同时在粉末扩散过程中,施加磁场和电场,获得高硅涂层后的硅钢薄带再经过磁场下热处理,进而获得具有优异软磁性能的6.5wt%Si的高硅硅钢薄带。

【技术特征摘要】
1.一种粉末扩散法连续制备高硅硅钢薄带的方法,其特征在于:利用表面强化工艺处理低硅钢薄带,然后通入高硅粉末中在低硅钢薄带上制备一层高硅涂层,同时在粉末扩散过程中,施加磁场和电场,获得高硅涂层后的硅钢薄带再经过磁场下热处理,进而获得具有优异软磁性能的6.5wt%Si的高硅硅钢薄带。2.根据权利要求1所述的粉末扩散法连续制备高硅硅钢薄带的方法,其特征在于:所述表面强化工艺包括滚压、激光脉冲或喷丸之一或者混合。3.根据权利要求1所述的粉末扩散法连续制备高硅硅钢薄带的方法,其特征在于:所述高硅粉末成分为:纯铁粉占总重量比0.1~20%、纯硅粉占总重点比0.1~50%、硅含量3~6.5wt%S的铁硅合金占总重量比0.1~20%、硅含量6.5~14wt%S的铁硅合金占总重点比0.1~95%、硅含量14~99wt%S的铁硅合金占总重量比0.1~60%、氧化铝粉占总重量比0.1~50%。4.根据权利要求1所述的粉末扩散法连续制备高硅硅钢薄带的方法,其特征在于:施加的电场电源为幅值恒定的直流电源,或为占空比和频率可调的脉冲电源,或者是占空比、频率和周期可反向的直流电源。5.根据权利要求1所述的粉末扩散法连续制备高硅硅钢薄带的方法,其特征在于该方法包括如下步骤:步骤1.硅铁合金颗粒的制备:将不同比例的纯铁粉和纯硅粉混合均匀,然后在高真空高温下熔炼形成硅铁合金,然后将得到的合金采用真空电弧雾化或者行星球磨的方法磨制成0.1~500μm的粉末;步骤2.表面强化处理:对低硅钢薄带表面进行表面强化处理,植入一定的残余应力;步骤3.高硅层的制备:将步骤1中得到的含有硅元素的粉末加入到粉末扩散炉中,在低硅钢薄带表面制得一层高硅涂层,在制备过程中施加电场和磁场;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连续热处理扩散处理,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;步骤4.将低硅钢薄带阴极连续地通入到粉末扩散炉中,每0.2-2h移动一次获得高硅层硅钢薄带;通过控制低硅钢薄带走带频率、粉末硅含量或磁场强度来控制高硅涂层中的硅含量,以制备高硅硅钢薄带;硅钢带采取放卷和收卷的方式,...

【专利技术属性】
技术研发人员:伍玉娇龙琼黄芳凌敏周登凤路坊海何杰军李杨
申请(专利权)人:贵州理工学院
类型:发明
国别省市:贵州,52

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