一种梯度高硅钢的制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种梯度高硅钢的制备工艺，将锰、铌、钒等微量合金元素、纯度金属硅和纯铁按比例放入高频真空感应加热炉中，抽真空浇铸成FeSi合金锭，然后加工成阴极靶材，备用；将上述阴极靶材放置于镀膜室，氩气作为溅射气体进行阴极离子镀；使表层硅含量达到6.5wt%左右；再退火、涂层，并进行磁性能检测。本发明专利技术通过利用改进硅钢成分和多弧离子镀膜制备技术来制备梯度高硅钢薄板，通过阴极电弧放电在靶材表面附近产生的等离子体，改善反应离子镀膜质量。使得表层硅含量6.5%，内部呈梯度分布，按一定的梯度逐一递减，电阻率高，磁导率高，磁通集中在表面，涡流也集中在表面，损耗小，内部硅含量低于6.5%，总的损耗低的6.5%硅钢。

Fabrication of a Gradient High Silicon Steel

The invention discloses a preparation process of gradient high silicon steel, in which trace alloying elements such as manganese, niobium, vanadium, pure metal silicon and pure iron are proportionally put into a high frequency vacuum induction heating furnace, cast into FeSi alloy ingots by vacuum extraction, and then processed into cathode target materials for reserve; the cathode target materials are placed in the coating chamber, and the surface silicon is cathode ion plated with argon as sputtering gas; The amount is about 6.5wt%. The magnetic properties of the coatings are tested by annealing and coating. The gradient high silicon steel sheet is prepared by using improved silicon steel composition and multi-arc ion plating technology. The quality of reactive ion plating is improved by plasma generated near the target surface by cathodic arc discharge. The surface silicon content is 6.5%, and the internal silicon content is gradient distribution. According to a certain gradient, it decreases one by one, with high resistivity and permeability. The magnetic flux is concentrated on the surface, and the eddy current is also concentrated on the surface. The loss is small. The internal silicon content is less than 6.5%, and the total loss is 6.5% of the silicon steel.

【技术实现步骤摘要】
一种梯度高硅钢的制备工艺
本专利技术涉及一种6.5wt%Si高硅钢，特别是涉及一种6.5wt%Si梯度高硅钢的制备工艺技术，属于材料加工领域。
技术介绍
硅钢是电力、电子和军事工业不可或缺的重要软磁合金，主要用作各种电机、发电机和变压器的铁芯。提高硅钢中硅的含量可提高硅钢性能，尤其当Si含量为6.5wt%时，性能可达到最佳状态，但随硅含量的增高，硅钢的脆性也随之增大，对其加工性能产生不利影响，在轧制过程中易出现裂纹。所以利用轧制工艺制备高硅钢的发展相对缓慢，因此需要新的制备工艺来替代传统轧制工艺的制备技术。高硅钢由于其含有较高的Si，且由于其共价键本质，使其固溶明显，造成硬度偏高，合金变得没有韧性，非常易碎，机械加工和热加工性能恶化的极为差劲。此外，金属间化合物还存在着明显的环境脆性，所以在高硅钢的加工过程中要改善其低温塑性，降低金属间化合物的环境脆性，提高材料的塑性。本专利技术是通过利用改进硅钢成分和多弧离子镀膜制备技术来制备梯度高硅钢薄板，通过阴极电弧放电在靶材表面附近产生的等离子体，改善反应离子镀膜质量。使得表层硅含量6.5%，内部呈梯度分布，按一定的梯度逐一递减，电阻率高，磁导率高，磁通集中在表面，涡流也集中在表面，损耗小，内部硅含量低于6.5%，总的损耗低的6.5%硅钢。
技术实现思路
本专利技术涉及一种梯度高硅钢的制备工艺技术，通过改进硅钢原材料的成分，加入Mn、Nb、V等微量合金元素来实现改变硅钢的强度，韧性，同时采用多弧离子镀技术制备高硅梯度钢，使得硅含量从外到内呈现梯度分布。由于加入了Mn、Nb、V这一类的微合金元素，一方面形成细小碳化物粒子通过析出强化提高强度，另一方面固溶Nb抑制退火时的再结晶，阻碍晶粒的长大，从而硅钢的强度、韧性和塑性得以提高。同时采用4G阴极电弧和磁控溅射，在强磁场的作用下，阴极电弧放电在靶材表面附近产生的等离子体，会被推向镀膜区域，大大增强了真空室内的等离子体密度，改善了反应离子镀膜的环境和条件；从而能显著改善反应离子镀膜质量，磁控溅射粒子能量高，膜结合力更好，有利于制得硅含量分布成梯度的高硅钢，拓展高硅钢在该领域的应用。本专利技术采用如下技术方案：一种梯度高硅钢的制备工艺，其特征在于包括如下步骤：a.原料准备：3.5wt%的99.95%纯度金属硅，93.5~94wt%的99.5%纯铁，2.5~3wt%的微量合金元素，其中微量合金元素为锰、铌、钒等微量合金元素；b.冶炼：50kg高频真空感应加热炉，将微量合金元素，99.95%纯度金属硅和纯铁按照比例放入50Kg高频真空感应加热炉中，抽真空后开始加热，浇铸成FeSi合金锭，然后加工成阴极靶材，备用；c.多弧离子镀膜技术：采用LZD1300电弧离子镀膜设备，4G阴极电弧和磁控溅射。基体材料为上述阴极靶材，将上述阴极靶材放置于体积分数10%的HCL溶液中进行除锈，再置于无水乙醇中超声清洗10min，吹干，放入镀膜室；抽真空后，通入99.99%氩气作为溅射气体进行阴极离子镀，在强磁场下，阴极电弧放电在靶材表面附近产生的等离子体，会被推向镀膜区域，大大增强了真空室内的等离子体密度，改善了反应离子镀膜的环境和条件；从而能显著改善反应离子镀膜质量；磁控溅镀过程中Ar压力维持在5Pa左右，磁控溅射沉积时间为1.5~2h，使表层硅含量达到6.5wt%左右；d.退火：在550℃，真空环境下退火0.5~2h。e.涂层：喷涂磷酸盐与铬酸盐的绝缘膜。f.检查：SSTY-1500型单片硅钢磁导计进行磁性能检测。本专利技术步骤d中真空环境为体积分数比3:7为H2+N2真空。本专利技术是通过利用改进硅钢成分和多弧离子镀膜制备技术来制备梯度高硅钢薄板，通过阴极电弧放电在靶材表面附近产生的等离子体，改善反应离子镀膜质量。使得表层硅含量6.5%，内部呈梯度分布，按一定的梯度逐一递减，电阻率高，磁导率高，磁通集中在表面，涡流也集中在表面，损耗小，内部硅含量低于6.5%，总的损耗低的6.5%硅钢。具体实施方式以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本专利技术的优选实施例详述如下：实施例1：将锰、铌、钒等微量合金元素，99.95%纯度金属硅和纯铁按照比例放入50Kg高频真空感应加热炉中，抽真空后开始加热，浇铸成FeSi合金锭，然后加工成阴极靶材，备用。再采用LZD1300电弧离子镀膜设备。基体材料为上述阴极靶材，将上述阴极靶材放置于10%（体积分数）HCL溶液中进行除锈，再置于无水乙醇中超声清洗10min，吹干，放入镀膜室。抽真空后，通入99.99%氩气作为溅射气体进行阴极离子镀，在强磁场下，阴极电弧放电在靶材表面附近产生的等离子体，会被推向镀膜区域，大大增强了真空室内的等离子体密度，改善了反应离子镀膜的环境和条件；从而能显著改善反应离子镀膜质量。磁控溅镀过程中Ar压力维持在5Pa左右，磁控溅射沉积时间为1.5h，使表层硅含量达到6.5wt%左右。在550℃H2+N2（体积分数比3:7）真空环境下退火0.5h，最后喷涂磷酸盐与铬酸盐的绝缘膜。实施例2：将锰、铌、钒等微量合金元素，99.95%纯度金属硅和纯铁按照比例放入50Kg高频真空感应加热炉中，抽真空后开始加热，浇铸成FeSi合金锭，然后加工成阴极靶材，备用。再采用LZD1300电弧离子镀膜设备。基体材料为上述阴极靶材，将上述阴极靶材放置于10%（体积分数）HCL溶液中进行除锈，再置于无水乙醇中超声清洗10min，吹干，放入镀膜室。抽真空后，通入99.99%氩气作为溅射气体进行阴极离子镀，在强磁场下，阴极电弧放电在靶材表面附近产生的等离子体，会被推向镀膜区域，大大增强了真空室内的等离子体密度，改善了反应离子镀膜的环境和条件；从而能显著改善反应离子镀膜质量。磁控溅镀过程中Ar压力维持在5Pa左右，磁控溅射沉积时间为1.5h，使表层硅含量达到6.5wt%左右。在550℃H2+N2（体积分数比3:7）真空环境下退火1h，最后喷涂磷酸盐与铬酸盐的绝缘膜。实施例3：将锰、铌、钒等微量合金元素，99.95%纯度金属硅和纯铁按照比例放入50Kg高频真空感应加热炉中，抽真空后开始加热，浇铸成FeSi合金锭，然后加工成阴极靶材，备用。再采用LZD1300电弧离子镀膜设备。基体材料为上述阴极靶材，将上述阴极靶材放置于10%（体积分数）HCL溶液中进行除锈，再置于无水乙醇中超声清洗10min，吹干，放入镀膜室。抽真空后，通入99.99%氩气作为溅射气体进行阴极离子镀，在强磁场下，阴极电弧放电在靶材表面附近产生的等离子体，会被推向镀膜区域，大大增强了真空室内的等离子体密度，改善了反应离子镀膜的环境和条件；从而能显著改善反应离子镀膜质量。磁控溅镀过程中Ar压力维持在5Pa左右，磁控溅射沉积时间为1.5h，使表层硅含量达到6.5wt%左右。在550℃H2+N2（体积分数比3:7）真空环境下退火2h，最后喷涂磷酸盐与铬酸盐的绝缘膜。实施例4：将锰、铌、钒等微量合金元素，99.95%纯度金属硅和纯铁按照比例放入50Kg高频真空感应加热炉中，抽真空后开始加热，浇铸成FeSi合金锭，然后加工成阴极靶材，备用。再采用LZD1300电弧离子镀膜设备。基体材料为上述阴极靶材，将上述阴极靶材放置于10%（体积分数）HCL溶液中进行除锈，再置于无水乙醇中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种梯度高硅钢的制备工艺，其特征在于包括如下步骤：原料准备：原料准备：3.5wt%的99.95%纯度金属硅，93.5~94wt%的99.5%纯铁，2.5~3 wt%的微量合金元素，其中微量合金元素为锰、铌、钒等微量合金元素；冶炼：50kg高频真空感应加热炉，将微量合金元素，99.95%纯度金属硅和纯铁按照比例放入50Kg高频真空感应加热炉中，抽真空后开始加热，浇铸成FeSi合金锭，然后加工成阴极靶材，备用；多弧离子镀膜技术：采用LZD1300电弧离子镀膜设备，4G阴极电弧和磁控溅射；基体材料为上述阴极靶材，将上述阴极靶材放置于体积分数10%的HCL溶液中进行除锈，再置于无水乙醇中超声清洗10min，吹干，放入镀膜室；抽真空后，通入99.99%氩气作为溅射气体进行阴极离子镀，在强磁场下，阴极电弧放电在靶材表面附近产生的等离子体，会被推向镀膜区域；磁控溅镀过程中Ar压力维持在5Pa左右，磁控溅射沉积时间为1.5~2h，使表层硅含量达到6.5wt%左右；退火：在550℃，真空环境下退火0.5~2h；涂层：喷涂磷酸盐与铬酸盐的绝缘膜；检查：SSTY‑1500型单片硅钢磁导计进行磁性能检测。

【技术特征摘要】
1.一种梯度高硅钢的制备工艺，其特征在于包括如下步骤：原料准备：原料准备：3.5wt%的99.95%纯度金属硅，93.5~94wt%的99.5%纯铁，2.5~3wt%的微量合金元素，其中微量合金元素为锰、铌、钒等微量合金元素；冶炼：50kg高频真空感应加热炉，将微量合金元素，99.95%纯度金属硅和纯铁按照比例放入50Kg高频真空感应加热炉中，抽真空后开始加热，浇铸成FeSi合金锭，然后加工成阴极靶材，备用；多弧离子镀膜技术：采用LZD1300电弧离子镀膜设备，4G阴极电弧和磁控溅射；基体材料为上述阴极靶材，将上述阴极靶材放置于体积分数10%的HC...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟庆东，
申请(专利权)人：湖南上临新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43