采用气体动力喷涂制备高硅钢薄板的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备Fe‑Si合金薄板的方法，更特别地说，是指一种采用气体动力喷涂(冷喷涂)技术制备具有优异软磁性能的Fe‑5.5～6.5wt.％Si高硅钢薄板的方法。一种采用气体动力喷涂制备高硅钢薄板的方法，是采用气体动力喷涂将微米级Fe‑23～40wt.％Si合金微粉喷涂在低硅钢薄板的单面或双面，然后在氢气还原气氛中进行高温扩散处理，使高Si涂层中的Si原子向内扩散渗入低硅钢基体，直到基体中的含Si量达到5.5～6.5wt.％，获得具有优异软磁性能的高硅钢薄板，满足高性能铁芯材料使用需求。本发明专利技术的方法涂层制备速率快、工作效率高，制备过程质量可控，因此极其适合工业化应用。

Method of preparing high silicon steel sheet by gas dynamic spraying

The invention relates to a preparation method of Fe Si alloy sheet, more particularly, refers to a kind of power by spraying gas (cold spraying method) preparation technology has excellent soft magnetic properties of Fe 5.5 ~ 6.5wt.%Si high silicon steel sheet. Using a gas dynamic spraying method for preparing high silicon steel sheet, the gas dynamic spraying micron Fe 23 ~ 40wt.%Si alloy powder spray on low silicon steel sheet on one side or both sides, and then in the hydrogen reduction of high temperature diffusion treatment atmosphere, the high Si coating of Si atoms into the inward diffusion of low silicon steel the Si content in the matrix, until it reached 5.5 ~ 6.5wt.% high silicon steel sheet having excellent soft magnetic properties, to meet the needs of high performance core material. The method of the invention has the advantages of fast preparation rate, high work efficiency and controllable quality of the preparation process, so it is extremely suitable for industrial application.

【技术实现步骤摘要】
采用气体动力喷涂制备高硅钢薄板的方法
本专利技术涉及一种制备Fe-Si薄板的方法，更特别地说，是指采用气体动力喷涂技术法制备高性能的Fe-5.5～6.5wt.％Si高硅钢薄板的方法。
技术介绍
目前，国际上关于Fe-6.5wt％Si薄板基本上采用化学气相沉积方法与轧制法制备。化学气相沉积方法是在真空室中引入硅烷气体，通过加热使硅烷气体分解后，在进行了适当前处理的硅钢板上沉积一定量的硅；然后再通过热处理，获得均匀的Fe-6.5wt％Si薄板。轧制法则是直接对Fe-6.5wt％Si的铸锭进行热、冷多次轧制，获得所需厚度的薄板。由于Fe-6.5wt％Si自身的脆性以及轧制工艺上的限制，轧制法制备的Fe-6.5wt％Si薄板厚度一般很难低于0.30mm，且成本较高。因此，目前商品化的Fe-6.5wt％Si薄板基本上采用化学气相沉积方法制备，其厚度一般为0.10～0.35mm。化学气相沉积方法制备的Fe-6.5wt％Si薄板具有成本低、厚度可达0.10mm、适用于批量化生产等特点，但也存在有表面质量差、易引入杂质而降低磁性能、设备寿命低、需要环保处理等问题。公告号CN1944706A公开了一种采用磁控溅射物理气相沉积法制备Fe-6.5wt％Si薄板的方法。公告号CN102978569A公开了一种采用连续多弧离子镀物理气相沉积制备Fe-5.5～6.5wt.％Si-0.3～1.0wt.％Al合金薄板的方法。但是由于磁控溅射技术和多弧离子镀技术都需要在真空环境中实施，设备结构复杂且沉积速率较低，制备成本较高。而本专利技术采用气体动力喷涂技术在低硅钢薄板表面涂镀高Si涂层在大气环境即可完成，设备简单，喷涂速度快，效率远高于真空物理气相沉积技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于避免现有技术的不足，提供一种采用气体动力喷涂制备高硅钢薄板的方法。本专利技术的方法设备简单，高Si涂层沉积速率快、工作效率高，制备过程质量可控，因此更为适合于工业化应用。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种采用气体动力喷涂制备高硅钢薄板的方法，其主要特点在于步骤为：步骤1.选取厚度为0.15～0.35mm、Si含量为2～3wt.％的低硅钢薄板作基板，并做如下预处理：(1)浓度10～20％、温度60～80℃氢氧化钠溶液清洗3～5分钟，去除基板表面油迹；(2)浓度4～8％稀盐酸清洗3～5分钟，去除基板表面锈迹和氧化皮；(3)清水漂洗；(4)无水乙醇超声波清洗，吹干待用；步骤2.喷涂粉料准备(1)将纯度≥99.9％金属硅与纯度≥99.9％高纯铁按重量比x：(100-x)配料，其中金属硅x为23～40；(2)将配料置于真空感应熔炼炉中，抽真空使炉内本底真空度达到10-4Pa量级，然后向炉内充入99.999％高纯氩至炉压达到0.1Pa，开启感应炉加热电源，加热炉料至1500～1650℃使之熔化，最后浇铸在水冷铜模中，制成Fe-23～40wt.％Si合金锭；(3)将Fe-23～40wt.％Si合金锭破碎至毫米量级，然后置于球磨罐中球磨5～12小时，制成粒径5～20μm铁硅合金粉料，待用于冷喷涂制备高Si铁硅合金涂层；步骤3.将经步骤1处理后的低硅钢基板安装在挂架上；再将步骤2准备的铁硅合金粉料装入气体动力喷涂装置的送粉器中，调整喷涂参数：载运气体为氩气，预热温度至200℃～300℃；喷涂距离：20～30mm；喷涂压力：2～3MPa；以20～80mm/s的速度进行面扫描喷涂；在上述条件下用气体动力喷涂装置在低硅钢基板的单面或双面均匀喷涂铁硅粉末，制得喷涂高Si涂层低硅钢板；步骤4.将经步骤3制成的喷涂高Si涂层低硅钢板置于氢气还原气氛退火炉中进行1100～1200℃×60～360min高温扩散处理，使高Si涂层中的Si渗入低硅钢基体，制得Fe-5.5～6.5wt.％Si高硅钢薄板。所述的采用气体动力喷涂制备高硅钢薄板的方法，还包括有单面或双面连续喷涂制备高硅钢薄板的方法，其步骤为：步骤1：低硅钢带材与辅料准备选取成卷低硅钢带材作基板，厚度为0.15～0.35mm、Si含量为2～3wt.％；碱洗槽配浓度10％氢氧化钠溶液，加热至温度80℃；酸洗槽配浓度5％稀盐酸；清水漂洗槽加注去离子水；上下风干风刀开口宽度400mm，通无油压缩干空气，风速5m/s，风流量60m3/min。步骤2.喷涂粉料准备(1)将纯度≥99.9％金属硅与纯度≥99.9％高纯铁按重量比x：(100-x)配料，其中金属硅x为23～40；；(2)将配料置于真空感应熔炼炉中，抽真空使炉内本底真空度达到10-4Pa量级，然后向炉内充入99.999％高纯氩至炉压达到0.1Pa，开启感应炉加热电源，加热炉料至1500～1650℃使之熔化，最后浇铸在水冷铜模中，制成Fe-23～40wt.％Si合金锭；(3)将Fe-23～40wt.％Si合金锭破碎至毫米量级，然后置于球磨罐中球磨5～12小时，制成粒径5～20μm铁硅合金粉料，待用于冷喷涂制备高Si铁硅合金涂层；步骤3.启动开卷机和收卷机，使低硅钢带材以0.5m/min速度走行；低硅钢带材依次通过碱洗槽进行去油去污处理和酸洗槽进行去锈迹和表面氧化皮处理，随后在清水漂洗槽中漂洗去除化学清洗残液，经风干风刀吹干；然后表面清洗干净的低硅钢带材走行进入喷涂区域：将步骤2准备的铁硅合金喷涂粉料装入上下两把喷枪相连的气体动力喷涂装置的送粉器中，调整喷涂参数：载运气体为氩气，预热温度至200℃～300℃；喷涂距离：20～30mm；喷涂压力：2～3MPa；以20～80mm/s的速度进行面扫描喷涂；在上述条件下用气体动力喷涂装置在低硅钢带材双面均匀喷涂Fe-23～40wt.％Si涂层，制得双面喷涂高Si涂层低硅钢带材；步骤4.经步骤3处理后的喷涂有高Si涂层低硅钢带材继续走行，进入氢气氛高温扩散炉中，高温扩散炉总长120m，入口段30m和出口段30m为升降温过渡区，中间60米为均温区，设置均温区温度为1100℃，高Si涂层中的Si在均温区内渗入低硅钢基体，提高其含Si量达到6.5wt.％，最后渗Si硅钢带经水冷铜冷却辊进一步降温至80℃，在收卷机上收卷，完成Fe–6.5wt.％Si高硅钢带材连续制备。所述的采用气体动力喷涂制备高硅钢薄板的方法，在步骤3中，低硅钢基板表面喷涂的高Si含量铁硅涂层厚度为20～80μm。所述的采用气体动力喷涂制备高硅钢薄板的方法，还包括有通过设置多台气体动力喷涂装置，喷枪面对面布局，低硅钢基板固定在面对面布局喷枪的正中间；再将步骤2准备的铁硅合金喷涂粉料装入气体动力喷涂装置送粉器中，调整喷涂参数：载运气体为氩气，预热温度至200℃～300℃；喷涂距离：20～30mm；喷涂压力：2～3MPa；以20～80mm/s的速度进行面扫描喷涂，实现低硅钢薄板双面同步喷涂。所述的采用气体动力喷涂制备高硅钢薄板的方法，在步骤4中，将喷涂有高Si涂层低硅钢板置于氢气还原气氛退火炉中进行高温扩散处理，高Si涂层中的Si渗入低硅钢基体并沿厚度方向呈均匀分布或梯度分布。所述的采用气体动力喷涂制备高硅钢薄板的方法，制得的高硅钢薄板含Si量在5.5～6.5wt.％。采用气体动力喷涂技术制备Fe-5.5～6.5wt.％Si高硅钢薄板的方法，喷涂料颗粒被超音速高压气体喷射到低硅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用气体动力喷涂制备高硅钢薄板的方法，其特征在于步骤为：步骤1.选取厚度为0.15～0.35mm、Si含量为2～3wt.％的低硅钢薄板作基板，并做如下预处理：(1)浓度10～20％、温度60～80℃氢氧化钠溶液清洗3～5分钟，去除基板表面油迹；(2)浓度4～8％稀盐酸清洗3～5分钟，去除基板表面锈迹和氧化皮；(3)清水漂洗；(4)无水乙醇超声波清洗，吹干待用；步骤2.喷涂粉料准备(1)将纯度≥99.9％金属硅与纯度≥99.9％高纯铁按重量比x：(100‑x)配料，其中金属硅x为23～40；(2)将配料置于真空感应熔炼炉中，抽真空使炉内本底真空度达到10

【技术特征摘要】
1.一种采用气体动力喷涂制备高硅钢薄板的方法，其特征在于步骤为：步骤1.选取厚度为0.15～0.35mm、Si含量为2～3wt.％的低硅钢薄板作基板，并做如下预处理：(1)浓度10～20％、温度60～80℃氢氧化钠溶液清洗3～5分钟，去除基板表面油迹；(2)浓度4～8％稀盐酸清洗3～5分钟，去除基板表面锈迹和氧化皮；(3)清水漂洗；(4)无水乙醇超声波清洗，吹干待用；步骤2.喷涂粉料准备(1)将纯度≥99.9％金属硅与纯度≥99.9％高纯铁按重量比x：(100-x)配料，其中金属硅x为23～40；(2)将配料置于真空感应熔炼炉中，抽真空使炉内本底真空度达到10-4Pa量级，然后向炉内充入99.999％高纯氩至炉压达到0.1Pa，开启感应炉加热电源，加热炉料至1500～1650℃使之熔化，最后浇铸在水冷铜模中，制成Fe-23～40wt.％Si合金锭；(3)将Fe-23～40wt.％Si合金锭破碎至毫米量级，然后置于球磨罐中球磨5～12小时，制成粒径5～20μm铁硅合金粉料，待用于冷喷涂制备高Si铁硅合金涂层；步骤3.将经步骤1处理后的低硅钢基板安装在挂架上；再将步骤2准备的铁硅合金粉料装入气体动力喷涂装置的送粉器中，调整喷涂参数：载运气体为氩气，预热温度至200℃～300℃；喷涂距离：20～30mm；喷涂压力：2～3MPa；以20～80mm/s的速度进行面扫描喷涂；在上述条件下用气体动力喷涂装置在低硅钢基板的单面或双面均匀喷涂铁硅粉末，制得喷涂高Si涂层低硅钢板；步骤4.将经步骤3制成的喷涂高Si涂层低硅钢板置于氢气还原气氛退火炉中进行1100～1200℃×60～360min高温扩散处理使高Si涂层中的Si渗入低硅钢基体，制得Fe-5.5～6.5wt.％Si高硅钢薄板。2.如权利要求1所述的采用气体动力喷涂制备高硅钢薄板的方法，其特征在于还包括有单面或双面连续喷涂制备高硅钢薄板的方法，其步骤为：步骤1：低硅钢带材与辅料准备选取成卷低硅钢带材作基板，厚度为0.15～0.35mm、Si含量为2～3wt.％；碱洗槽配浓度10％氢氧化钠溶液，加热至温度80℃；酸洗槽配浓度5％稀盐酸；清水漂洗槽加注去离子水；上下风干风刀开口宽度400mm，通无油压缩干空气，风速5m/s，风流量60m3/min。步骤2.喷涂粉料准备(1)将纯度≥99.9％金属硅与纯度≥99.9％高纯铁按重量比x：(100-x)配料，其中金属硅x为23～40；；(2)将配料置于真空感应熔炼炉中，抽真空使炉内本底真空度达到10-4Pa量级，然后向炉内充入99.999％高纯氩至炉压达到0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：田广科，任杰，王倩，
申请(专利权)人：兰州交通大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62