CN103320842A

CN103320842A - 电刷复合镀法制备高硅硅钢薄带的方法及硅钢带连续制备装置

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Publication number: CN103320842A
Application number: CN2013102580030A
Authority: CN
Inventors: 钟云波; 龙琼; 刘春梅; 李甫; 王怀; 沈喆; 任维丽; 雷作胜
Original assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Current assignee: University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-06-26
Also published as: CN103320842B

Abstract

本发明公开了一种电刷复合镀法制备高硅硅钢薄带的方法，采用纯铁薄带、低碳钢薄带或低硅硅钢薄带作为阴极镀件薄带，以电刷镀阳极板为阳极，通过电刷复合镀硅工艺在阴极镀件薄带上覆盖一层铁-硅铁颗粒复合镀层，形成芯部为钢带基体的复合镀层钢带，再进行均匀化扩散热处理，使铁-硅铁颗粒复合镀层中的含硅颗粒均匀扩散至芯部的钢带基体中，从而连续制备高硅钢薄带。本发明还公开了一种硅钢带连续制备装置，包括放卷引导装置、输送装置、电镀装置、扩散热处理装置和收卷装置。本发明利用对阴极镀件薄带电镀高硅镀层，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，操作简单，具有高效、可连续制备的特点，可大幅度降低制备成本。

Description

电刷复合镀法制备高硅硅钢薄带的方法及硅钢带连续制备装置

技术领域

本发明涉及一种金属材料制备工艺和设备，特别是涉及一种硅钢带的制备工艺和装置，应用于硅钢带连续制造技术领域。

背景技术

硅钢是一种非常重要的软磁材料，是电力、电子和军事工业不可缺少的重要软磁合金，亦是产量最大的金属功能材料，主要用作各种电机、发电机和变压器的铁芯。硅钢片的性能直接影响着国家电力能源的利用效率，因此，开发高性能的硅钢材料具有非常重要的战略意义。

高性能的硅钢片要求硅钢片必须具备高初始磁导率和最大磁导率、铁损小、磁致伸缩系数小；初始导磁率和最大导磁率要高意味着在给定强度的磁场中就能得到更高的磁通密度，电机和变压器的体积和重量才能减少，大大节约材料；铁损小意味着必须降低硅钢片在交变磁场中的涡流损失和磁滞损失，要降低涡流损失，一个非常重要的因数就是增加硅钢片的电阻率，随着硅含量的升高，能有效的增加电阻率；磁致收缩系数小，能从根本上解决噪声污染。已有的研究表明，提高硅钢中的硅含量能满足上述要求，特别是当硅含量在6.5%时呈现最佳的综合性能，磁致伸缩率几乎为零，同时具有高导磁率和高电阻率，而高电阻率将导致涡流损耗大大降低,因此成为硅钢材料的最佳成分目标。但是，长期以来硅钢的含硅量限于4.0wt%以下，很难达到4.0wt%以上，这是因为受到加工工艺的限制，当硅含量超过3.0wt%，硅钢薄带的脆性突增，延伸率大大降低，导致难以轧制成0.5mm以下的薄带，从而使涡流损耗无法进一步的降低。

目前国外主要是通过在气相沉积—表面渗硅的方法来制备硅6.5wt％高硅硅钢，然后再采用均匀化热处理的办法获得高磁性能的硅钢薄带，但由于气相沉积需要高真空条件，而且气体具有腐蚀性和毒性，对设备的要求非常高，生成的废气污染环境，不但无法提高生产效率，而且成本也非常昂贵。因此，开发廉价高效的高硅硅钢制备方法仍然是一个亟待解决的关键问题。由此可见，可连续制备、能进行大规模生产高质量高硅钢片的工艺和装备还有很多技术问题需要解决，目前仍然缺少低成本制备高硅钢片的有效的手段。

发明内容

为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的缺陷，提供一种电刷复合镀法制备高硅硅钢薄带的方法及硅钢带连续制备装置，利用复合电刷镀工艺在纯铁薄带、低碳钢薄带或含硅量为0.1-4wt%的低硅硅钢薄带作为阴极镀件薄带上电镀上一层高含硅镀层，然后经过热处理工艺来获得具有优异磁性能的硅含量为4-7 wt %的高硅硅钢薄带，尤其是硅含量为6.5wt%Si的高硅硅钢薄带，其操作简单，镀层与基体结合良好，具有高效、可连续制备的特点，因此可大幅度降低制备成本。

为达到上述发明创造目的，本发明的构思如下：

将纯硅颗粒或高硅含量的硅铁合金颗粒加入到电解液中，采用纯铁薄带、低碳钢薄带或含硅量为0.1-4wt%的低硅硅钢薄带作为阴极镀件薄带，以包裹脱脂棉花套的电刷镀阳极板为阳极，利用复合镀方法，采用电刷镀工艺在阴极镀件薄带上覆盖一层铁-硅铁颗粒使硅含量为7～40wt%S的复合镀层，为后续热处理得到整体硅含量为4-7 wt %的高硅硅钢薄带提供充足的硅来源，而且镀层可以通过调节镀液的颗粒硅含量以及电刷镀电压以及传送装置的速度等来控制镀层硅含量和电沉积速度，然后通过最终热处理工艺使镀层中的硅颗粒扩散至阴极镀件薄带中使整个薄带中硅含量为4-7 wt %，甚至达到6.5wt%的最佳值，从而制备高磁性能的高硅硅钢薄带。为此，本发明提出，在电刷镀铁的镀液中添加硅粉或者高硅铁-硅合金粉，采用以低硅钢薄带为基质材料，通过电刷装置使低硅硅钢薄带正反两面电镀上一层高硅复合镀层，为低硅钢薄带后续热处理过程提充足的硅来源，然后经过热处理得到整体均匀的高磁性能的6.5wt%高硅钢薄带。

根据以上发明构思，本发明采用下述技术方案：

一种电刷复合镀法制备高硅硅钢薄带的方法，将纯硅颗粒或高硅含量的硅铁合金颗粒加入到电解液中，形成含硅颗粒均匀分散的复合镀电解液，采用纯铁薄带、低碳钢薄带或低硅硅钢薄带作为阴极镀件薄带，以电刷镀阳极板为阳极，通过电刷复合镀硅工艺在阴极镀件薄带上覆盖一层铁-硅铁颗粒复合镀层，形成芯部为钢带基体的复合镀层钢带，通过调节复合镀电解液中的颗粒硅含量、电刷镀电压以及阴极镀件薄带的传送速度，来控制铁-硅铁颗粒复合镀层中的硅含量和电沉积速度，再对复合镀层钢带进行均匀化扩散热处理，使铁-硅铁颗粒复合镀层中的含硅颗粒均匀扩散至芯部的钢带基体中，从而连续制备硅元素分布均匀且硅含量符合要求的高硅钢薄带。

具体为，包括如下步骤：

a. 镀液颗粒的制备：采用纯硅颗粒或高硅含量的硅铁合金颗粒制备高硅浓度粉体，得到的高硅浓度粉体的粉体颗粒粒度为纳米级或0～30μm的微米级，且高硅浓度粉体的硅含量为7.0～100wt%；

b. 电解液的配制：向电解液中加入100-650g/L的 FeCl₂·4H₂O、 5-100g/L的NH₄Cl、0.05～5g/L的还原铁粉、1～50滴/L的湿润剂和0.1～5g/L分散剂，均匀混合配制电解液，然后加入0.1～10mol/L的H₂SO₄调节电解液的pH值为0.5～5，再以0.1～500g/L的加入量向电解液中加入在步骤a中制备的高硅浓度粉体，形成含硅颗粒均匀分散和Fe²⁺浓度均匀的复合镀电解液；控制复合镀电解液中的含硅颗粒浓度优选为0.5～500g/L；

c. 阴极的活化：采用未经绝缘处理的硅含量为纯铁薄带、低碳钢薄带或含硅量为0.1-4wt%的低硅硅钢薄带作为阴极镀件薄带，用盐酸酸洗后用酒精与丙酮除脂后真空烘干，然后再采用0.5mol/L的硫酸，并以阴极镀件薄带为阳极，以电刷镀阳极板为阴极，采用0.1-50V电压下活化5-60S，使低阴极镀件薄带的新鲜钢带基体裸露出来；

d．高硅镀层的制备：采用电刷复合镀硅工艺，采用在步骤c中活化后的阴极镀件薄带为阴极镀件，以电刷镀阳极板为阳极，用脱脂棉花套包裹电刷镀阳极板，将在步骤b中制备的复合镀电解液不断注入到脱脂棉花套中，使脱脂棉花套作为补充和更新复合镀电解液的载体，在0.1-50V的电压下进行电沉积，同时控制输送装置使阴极镀件薄带自动传送，使阴极镀件薄带与电刷镀阳极板之间进行相对运动，在电刷复合镀硅的过程中，在步骤b中配制的复合镀电解液中分散的含硅颗粒和Fe²⁺能在脱脂棉花套的密布细空隙中通过，并被阴极镀件薄带捕捉，在阴极镀件薄带上覆盖形成一层含7～40wt%Si的铁-硅铁颗粒复合镀层，即得到芯部为钢带基体且整体含硅量为4-7 wt %的高硅复合镀层钢带，通过调节在步骤b中配制的复合镀电解液中的颗粒硅含量、电刷镀电压以及阴极镀件薄带的传送速度，来控制铁-硅铁颗粒复合镀层中的硅含量和电沉积速度，并进而控制铁-硅铁颗粒复合镀层的厚度；优选制备得到含硅量为6.5wt %的高硅复合镀层钢带坯料，从而最终制备硅含量为6.5wt%的取向硅钢薄带或无取向硅钢薄带；控制复合镀电解液的镀液温度优选为10～90℃，并使阴极镀件薄带的传送速度优选为0.001～5000mm/min，进而使通过电刷复合镀硅工艺在阴极镀件薄带上制备铁-硅铁颗粒复合镀层的厚度为2～200μm；

e. 均匀化扩散处理：将在步骤d中制备的高硅复合镀层钢带传输到热处理炉中，在非氧化气氛保护环境下行连续扩散热处理，热处理温度控制在1000～1350℃，热处理时间为1～20小时，使外部的铁-硅铁颗粒复合镀层中的含硅颗粒均匀扩散至芯部的钢带基体中，实现硅元素和铁元素的冶金结合，连续制备硅元素分布均匀且硅含量为4-7 wt %的高硅硅钢薄带；热处理炉中的非氧化气氛保护环境优选由惰性气体、还原气体或惰性气体与还原气体的混合气体提供，惰性气体至少优选采用氩气、氮气或者其混合气体，还原气体优选采用一氧化碳、氢气、氨气和甲烷中任意一种气体或任意几种的混合气体。

本发明还提供一种利用本发明电刷复合镀法制备高硅硅钢薄带的方法的硅钢带连续制备装置，主要包括按照工艺先后次序设置的放卷引导装置、输送装置、电镀装置、扩散热处理装置和收卷装置，具体为：

以纯铁薄带、低碳钢薄带或低硅硅钢薄带作为阴极镀件薄带，并将连续的阴极镀件薄带成卷在卷筒上形成镀件薄带卷，放卷引导装置主要包括镀件薄带卷的放卷导向定滑轮，通过控制输送装置使阴极镀件薄带自动传送，使镀件薄带卷开卷引出后，再绕过放卷导向定滑轮，竖直进入电镀装置中进行电镀，镀件薄带卷在进行电镀前经过清洗设备进行清洗；电镀装置为电刷镀装置，包括电刷镀阳极、直流电镀电源和镀液连续供应装置，电刷镀阳极包括两片平行对称且竖直设置的电刷镀阳极板，两片电刷镀阳极板同时与直流电镀电源的正极电连接，形成电刷，阴极镀件薄带与直流电镀电源的负极电连接，并且电刷镀阳极板的宽度大于与阴极镀件薄带的宽度，在电刷复合镀硅工艺过程中，控制输送装置牵引阴极镀件薄带进行自动走带传送，使阴极镀件薄带与电刷镀阳极板之间进行相对运动，使阴极镀件薄带从两片电刷镀阳极板之间竖直通过时同时进行电镀，分别用不同的脱脂棉花套对应包裹两片电刷镀阳极板，镀液连续供应装置储备复合镀电解液，通过镀液连续供应装置将复合镀电解液不断注入到脱脂棉花套中，使脱脂棉花套作为补充和更新复合镀电解液的载体，在电刷复合镀硅工艺过程中，复合镀电解液中分散的含硅颗粒和Fe²⁺通过脱脂棉花套的密布细空隙后，被阴极镀件薄带捕捉，在阴极镀件薄带上覆盖形成一层铁-硅铁颗粒复合镀层，即得到芯部为钢带基体的高硅复合镀层钢带；扩散热处理装置包括热处理炉和密封装置，在热处理炉的炉管内设有均匀温度场，密封装置设置于热处理炉的炉管两端口上，使热处理炉的炉管内维持非氧化气氛，在电镀装置和热处理炉之间设置入炉传送辊，完成电镀的高硅复合镀层钢带穿过热处理炉的密封装置，经入炉传送辊的牵引，进入热处理炉的炉管中，使位于高硅复合镀层钢外层的铁-硅铁颗粒复合镀层中的含硅颗粒向芯部的钢带基体扩散，实现硅和铁的冶金结合，从而制备得到高硅硅钢薄带；收卷装置至少包括高硅硅钢薄带的收卷传送辊和收卷卷筒，放卷导向定滑轮、入炉传送辊、收卷传送辊及各传送辊的驱动装置构成输送装置，完成扩散热处理的高硅硅钢薄带从热处理炉中输出，由收卷传送辊向收卷卷筒的卡口内输送，进行收卷，并最终获得高硅钢薄带卷。

作为上述硅钢带连续制备装置的改进，在电镀装置和热处理炉之间还设置入炉导向定滑轮，热处理炉的炉管水平设置，完成电镀的高硅复合镀层钢带绕过入炉导向定滑轮，水平进入热处理炉的炉管中进行扩散热处理。

上述电刷镀阳极板优选采用具有高纯度细结构的平板型冷压石墨板。

本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：

1. 本发明采用电刷复合镀硅工艺制备高硅镀层时，采用棉花套作为补充和更新电镀液的载体，从而摆脱了传统电镀工艺所需要庞大的电镀槽，并且可以根据阴极镀件薄带的尺寸来选择电镀刷；

2. 本发明采用电刷复合镀工艺，可以有效避免由于高硅颗粒的沉降效应对镀层带来的不利影响，因此可以采用较大粒度范围的颗粒作为制备高硅硅钢薄带的硅来源，甚至采用30μm含硅颗粒，此外采用采用电刷复合镀工艺较好的解决颗粒在镀液中的分散问题，因而可以使获得的高硅颗粒分布比较均匀的高硅镀层，从而有利于后续均匀化热处理过程；

3. 本发明由于电刷镀与阴极镀件薄带接触，施加的槽电压较高、电流密度较大、电镀速度快，而且电沉积效率高具有节能的作用；

4. 本发明由于运用了电刷复合镀工艺将高硅颗粒引入镀层，能成功使传送中的阴极镀件薄带覆上一层结合力很好的高硅镀层，整个制备过程不存在压力加工或其性变形过程，直接得到进终型样品，可以从根本上避免由于 Fe-6.5wt％Si高硅硅钢带的低塑性而导致的轧制加工困难，对硅钢薄带基体结构影响较小；

5. 本发明采用电刷镀复合镀工艺制备高硅镀层时，可以实现阴极镀件薄带自动传送，从而使该方法可以实现大规模连续操作，有望制备出宽幅、长尺寸的高硅硅钢带，并大大降低生产成本；

6. 本发明在采用电刷镀工艺制备高硅镀层时，可以实现双面复合镀同时进行，可以大大缩短后续热处理的时间，进行均匀化热处理时，有利于镀层颗粒的扩散过程；

7. 本发明在采用电刷镀工艺制备高硅镀层时，可以通过调节镀液颗粒浓度、电镀电压以及低硅钢带传送速度，来控制镀层中颗粒含量以及镀层厚度；

8. 本发明在电刷镀的过程中，由于阴极镀件薄带与阳极具有相对运动，促进了氢气的逸出速度，有利于降低氢脆，在较高的电流密度下也能获得较好质量的高硅镀层；

9. 本发明在进行电刷复合镀制备高硅镀层时，可选0.1～4.0wt%Si的低硅硅钢带，也可选纯铁带或者低碳钢带作为制备高硅镀层的基体，电镀电压可选0.1～50V，镀液温度可选10～90℃，颗粒浓度为0.5～500g/L，镀层厚度可以为2～200μm，走带速度可以为0.001～5000mm/min，可以适应不同硅含量的硅钢薄带的制备；

10. 本使用的药剂廉价，具有操作简单，速度快，可以实现连续制备。

附图说明

图1为本发明实施例一硅钢带连续制备装置的结构示意图。

图2为图1中A处的电刷复合镀原理局部放大图。

图3为本发明实施例二硅钢带连续制备装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明的优选实施例详述如下：

实施例一：

在本实施例中，参见图1和图2，一种利用根据权利要求1～3中任意一项的电刷复合镀法制备高硅硅钢薄带的方法的硅钢带连续制备装置，其特征在于，主要包括按照工艺先后次序设置的放卷引导装置、输送装置、电镀装置、扩散热处理装置和收卷装置，具体为：

以纯铁薄带、低碳钢薄带或低硅硅钢薄带作为阴极镀件薄带7，并将连续的阴极镀件薄带7成卷在卷筒上形成镀件薄带卷2，放卷引导装置主要包括镀件薄带卷2的放卷导向定滑轮8，通过控制输送装置使阴极镀件薄带7自动传送，使镀件薄带卷2开卷引出后，再绕过放卷导向定滑轮8，竖直进入电镀装置中进行电镀，镀件薄带卷2在进行电镀前经过清洗设备进行清洗；电镀装置为电刷镀装置，包括电刷镀阳极、直流电镀电源1和镀液连续供应装置，电刷镀阳极包括两片平行对称且竖直设置的电刷镀阳极板3、6，两片电刷镀阳极板3、6同时与直流电镀电源1的正极电连接，形成电刷，阴极镀件薄带7与直流电镀电源1的负极电连接，并且电刷镀阳极板3、6的宽度大于与阴极镀件薄带7的宽度，在电刷复合镀硅工艺过程中，控制输送装置牵引阴极镀件薄带7进行自动走带传送，使阴极镀件薄带7与电刷镀阳极板3、6之间进行相对运动，使阴极镀件薄带7从两片电刷镀阳极板3、6之间竖直通过时同时进行电镀，分别用不同的脱脂棉花套4、17对应包裹两片电刷镀阳极板3、6，镀液连续供应装置储备复合镀电解液5，通过镀液连续供应装置将复合镀电解液5不断注入到脱脂棉花套4、17中，使脱脂棉花套4、17作为补充和更新复合镀电解液5的载体，在电刷复合镀硅工艺过程中，复合镀电解液5中分散的含硅颗粒19和Fe²⁺离子20通过脱脂棉花套4、17的密布细空隙18后，被阴极镀件薄带7捕捉，在阴极镀件薄带7上覆盖形成一层铁-硅铁颗粒复合镀层15，即得到芯部为钢带基体14的高硅复合镀层钢带；扩散热处理装置包括热处理炉11和密封装置，在热处理炉11的炉管内设有均匀温度场，密封装置设置于热处理炉11的炉管两端口上，使热处理炉11的炉管内维持非氧化气氛，在电镀装置和热处理炉11之间设置入炉传送辊9，完成电镀的高硅复合镀层钢带穿过热处理炉11的密封装置，经入炉传送辊9的牵引，竖直进入热处理炉11的炉管中，使位于高硅复合镀层钢外层的铁-硅铁颗粒复合镀层15中的含硅颗粒向芯部的钢带基体14扩散，实现硅和铁的冶金结合，从而制备得到高硅硅钢薄带16；收卷装置至少包括高硅硅钢薄带16的收卷传送辊12和收卷卷筒，放卷导向定滑轮8、入炉传送辊9、收卷传送辊12及各传送辊的驱动装置构成输送装置，完成扩散热处理的高硅硅钢薄带16从热处理炉11中竖直输出，由收卷传送辊12向收卷卷筒的卡口内输送，进行收卷，并最终获得高硅钢薄带卷13。电刷镀工艺目前主要用于修复机械零部件领域，具有设备简单、工艺灵便、镀积速度快、镀层与基体材料的结合强度高、对环境污染小等优点。在本实施例中，采用电刷镀工艺，在电刷镀的过程中，可以通过加入异性颗粒来改善镀层质量，使异性颗粒和基体金属离子共沉积来获得一系列具有特殊性能的复合层功能材料。本实施例成分利用电刷复合镀的优势，首先在0.1～4.0wt%Si的阴极镀件薄带7表面镀上一层铁-硅铁颗粒复合镀层15，为后续热处理均匀化扩散得到整体均匀的6.5wt%硅钢薄带提供充足的硅来源，然后经过热处理使硅均匀化扩散得到整个高硅硅钢薄带16样品中，即可获得整体分布均匀的6.5wt%Si高硅硅钢薄带16，可以实现低温镀铁、能耗很低，并且可以连续制备，因此具有非常大的应用前景。采用电刷镀复合镀工艺制备高硅镀层时，可以实现双面复合镀同时进行，还可以实现低硅钢薄带自动传送，从而使该方法可以实现大规模连续操作，有望制备出宽幅、长尺寸的高硅硅钢带。由于镀件与阳极具有相对运动，促进了氢气的逸出速度，有利于降低氢脆，在较高的电流密度下也能获得较好质量的高硅镀层。

在本实施例中，参见图1和图2，采用电刷复合镀的方法，利用本实施例硅钢带连续制备装置的制备硅含量为6.5wt%的近终型高性能高硅硅钢薄带的过程：

a. 镀液颗粒的制备：首先将硅粉及铁粉按50%wt%Si的比例混合均匀，然后在高真空环境中，并在1600℃高温下，熔炼形成硅铁合金熔液，再将得到的合金采用真空电弧雾化得到峰值粒径为2μm得硅-铁颗粒，或者先制得高硅铁-硅锭，然后采用高能球磨的方法磨制成2μm的粉末，从而制备高硅浓度粉体；

b. 电解液的配制：向电解液中加入200g/L的 FeCl₂·4H₂O、 50g/L的NH₄Cl、1g/L的还原铁粉、2滴/L的湿润剂和0. 5g/L分散剂，均匀混合配制电解液，然后加入0.9mol/L的H₂SO₄调节电解液的pH值为1.5，再以20g/L的加入量向电解液中加入高硅浓度粉体，形成含硅颗粒均匀分散和Fe²⁺浓度均匀的复合镀电解液5；

c. 阴极的活化：采用未经绝缘处理的厚度为0.2mm、宽度为50mm、含硅量为3wt%的低硅硅钢带作为阴极镀件薄带7，用盐酸酸洗后用酒精与丙酮除脂后真空烘干，然后再采用0.5mol/L的硫酸，并以阴极镀件薄带7为阳极，以电刷镀阳极板3、6为阴极，采用0.1-50V电压下活化5-60S，使低阴极镀件薄带7的新鲜钢带基体裸露出来；

d．高硅镀层的制备：采用电刷复合镀硅工艺，采用活化后的阴极镀件薄带7为阴极镀件，以电刷镀阳极板3、6为阳极，用脱脂棉花套4、17包裹电刷镀阳极板3、6，将复合镀电解液5不断注入到脱脂棉花套4、17中，使脱脂棉花套4、17作为补充和更新复合镀电解液5的载体，在12V的电压下进行电沉积，同时控制输送装置使阴极镀件薄带7在两片电刷镀阳极板3、6之间的中间区域自动传送，使阴极镀件薄带7与电刷镀阳极板3、6之间进行相对运动，传送速度为0.2m/min，并使包裹电刷镀阳极板3、6的脱脂棉花套4、17与阴极镀件薄带7接触，开启直流电镀电源1，调节电压值为12V，在电刷复合镀硅的过程中，复合镀电解液5中分散的含硅颗粒19和Fe²⁺离子20能在脱脂棉花套4、17的密布细空隙18中通过，并被阴极镀件薄带7捕捉，在阴极镀件薄带7上覆盖形成一层含15wt%Si的铁-硅铁颗粒复合镀层15，即得到芯部为钢带基体14且整体含硅量为6.5 wt %的高硅复合镀层钢带，通过调节复合镀电解液5中的颗粒硅含量、电刷镀电压以及阴极镀件薄带7的传送速度，来控制铁-硅铁颗粒复合镀层15中的硅含量和电沉积速度，并进而控制铁-硅铁颗粒复合镀层15的厚度；在本实施例中，参见图2，由于复合镀电解液5中含有峰值粒径为2μm且含硅量为50wt%的Fe-硅铁合金颗粒，利用复合电镀工艺将含硅颗粒19和Fe²⁺离子20电沉积到阴极镀件薄带7的表面，从而获得芯部为钢带基体14且外部为铁-硅铁颗粒复合镀层15的高硅复合镀层钢带，经EDS能谱分析测定，在铁-硅铁颗粒复合镀层15中硅含量为15wt%，铁-硅铁颗粒复合镀层15的厚度为100μm，铁-硅铁颗粒复合镀层15与钢带基体14经后续的热处理，最终制备得到的高硅硅钢薄带16的硅含量达到6.5wt%，这一成分达到了高性能高硅钢薄带的成分目标；采用电刷复合镀硅工艺制备高硅镀层时，采用棉花套4、17作为补充和更新电镀液的载体，从而摆脱了传统电镀工艺所需要庞大的电镀槽；可以有效避免由于高硅颗粒的沉降效应带来的不利影响，因此可以采用较大粒度范围的颗粒作为制备高硅硅钢薄带的硅来源；此外采用采用电刷复合镀工艺较好的解决颗粒在镀液中的分散问题，因而可以使获得的高硅颗粒分布比较均匀的高硅镀层，从而有利于后续均匀化热处理过程；由于电刷镀与作为阴极的低硅钢薄带接触，施加的槽电压高、电流密度较大、电镀速度快，而且电沉积效率高还起到节能的作用；

e. 均匀化扩散处理：经入炉传送辊9的牵引，将高硅复合镀层钢带传输到热处理炉11的炉管中，传送速度为0.2m/min，在非氧化气氛保护环境下行连续扩散热处理，热处理温度控制在1200℃，热处理时间为20小时，使外部的铁-硅铁颗粒复合镀层中的含硅颗粒均匀扩散至芯部的钢带基体中，实现硅元素和铁元素的冶金结合，连续制备硅元素分布均匀且硅含量为4-7 wt %的高硅硅钢薄带。

本实施例采用电刷复合镀的方法制备高硅硅钢薄带，能制备4.0-7.0wt%Si的高硅硅钢薄带16，尤其是制备6.5wt%Si的高硅硅钢薄带16，整个制备过程不存在压力加工或塑性变形过程，直接得到进终型样品，可以从根本上避免任何由于 Fe-6.5wt％Si的低塑性而导致的加工困难，对硅钢薄带基体结构影响较小，具有操作简单、可连续制备、能耗低、污染小、能进行大规模生产等优点，具有非常大的应用前景。

实施例二：

本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，参见图3，在电镀装置和热处理炉11之间还设置入炉导向定滑轮10，热处理炉11的炉管水平设置，完成电镀的高硅复合镀层钢带绕过入炉导向定滑轮10，水平进入热处理炉11的炉管中进行扩散热处理。本实施例的收卷装置采用水平收卷，使竖直收卷的设备高度明显降低，同时还实现了不增加设备平面布局的占用，设备布局更加合理，设备工作更加稳定。

实施例三：

本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：

在本实施例中，电刷镀阳极板3、6采用具有高纯度细结构的平板型冷压石墨板，冷压石墨板具有比重轻，耐火度高，导热系数大，热稳定性好和使用污染少等优点。

上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明电刷复合镀法制备高硅硅钢薄带的方法及硅钢带连续制备装置的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种电刷复合镀法制备高硅硅钢薄带的方法，其特征在于：将纯硅颗粒或高硅含量的硅铁合金颗粒加入到电解液中，形成含硅颗粒均匀分散的复合镀电解液，采用纯铁薄带、低碳钢薄带或低硅硅钢薄带作为阴极镀件薄带，以电刷镀阳极板为阳极，通过电刷复合镀硅工艺在阴极镀件薄带上覆盖一层铁-硅铁颗粒复合镀层，形成芯部为钢带基体的复合镀层钢带，通过调节复合镀电解液中的颗粒硅含量、电刷镀电压以及阴极镀件薄带的传送速度，来控制铁-硅铁颗粒复合镀层中的硅含量和电沉积速度，再对复合镀层钢带进行均匀化扩散热处理，使铁-硅铁颗粒复合镀层中的含硅颗粒均匀扩散至芯部的钢带基体中，从而连续制备硅元素分布均匀且硅含量符合要求的高硅钢薄带。

2.根据权利要求1所述的电刷复合镀法制备高硅硅钢薄带的方法，其特征在于，包括如下步骤：

b. 电解液的配制：向电解液中加入100-650g/L的 FeCl₂·4H₂O、 5-100g/L的NH₄Cl、0.05～5g/L的还原铁粉、1～50滴/L的湿润剂和0.1～5g/L分散剂，均匀混合配制电解液，然后加入0.1～10mol/L的H₂SO₄调节电解液的pH值为0.5～5，再以0.1～500g/L的加入量向电解液中加入在步骤a中制备的高硅浓度粉体，形成含硅颗粒均匀分散和Fe²⁺浓度均匀的复合镀电解液；

d．高硅镀层的制备：采用电刷复合镀硅工艺，采用在步骤c中活化后的阴极镀件薄带为阴极镀件，以电刷镀阳极板为阳极，用脱脂棉花套包裹电刷镀阳极板，将在步骤b中制备的复合镀电解液不断注入到脱脂棉花套中，使脱脂棉花套作为补充和更新复合镀电解液的载体，在0.1-50V的电压下进行电沉积，同时控制输送装置使阴极镀件薄带自动传送，使阴极镀件薄带与电刷镀阳极板之间进行相对运动，在电刷复合镀硅的过程中，在步骤b中配制的复合镀电解液中分散的含硅颗粒和Fe²⁺能在脱脂棉花套的密布细空隙中通过，并被阴极镀件薄带捕捉，在阴极镀件薄带上覆盖形成一层含7～40wt%Si的铁-硅铁颗粒复合镀层，即得到芯部为钢带基体且整体含硅量为4-7 wt %的高硅复合镀层钢带，通过调节在步骤b中配制的复合镀电解液中的颗粒硅含量、电刷镀电压以及阴极镀件薄带的传送速度，来控制铁-硅铁颗粒复合镀层中的硅含量和电沉积速度，并进而控制铁-硅铁颗粒复合镀层的厚度；

e. 均匀化扩散处理：将在步骤d中制备的高硅复合镀层钢带传输到热处理炉中，在非氧化气氛保护环境下行连续扩散热处理，热处理温度控制在1000～1350℃，热处理时间为1～20小时，使外部的铁-硅铁颗粒复合镀层中的含硅颗粒均匀扩散至芯部的钢带基体中，实现硅元素和铁元素的冶金结合，连续制备硅元素分布均匀且硅含量为4-7 wt %的高硅硅钢薄带。

3.根据权利要求2所述的电刷复合镀法制备高硅硅钢薄带的方法，其特征在于：在步骤d中，制备得到含硅量为6.5wt %的高硅复合镀层钢带坯料，从而在步骤e中，最终制备硅含量为6.5wt%的取向硅钢薄带或无取向硅钢薄带。

4.根据权利要求2或3所述的电刷复合镀法制备高硅硅钢薄带的方法，其特征在于：在步骤b中，控制复合镀电解液中的含硅颗粒浓度为0.5～500g/L。

5.根据权利要求2或3所述的电刷复合镀法制备高硅硅钢薄带的方法，其特征在于：在步骤d中，控制复合镀电解液的镀液温度为10～90℃，并使阴极镀件薄带的传送速度为0.001～5000mm/min，进而使通过电刷复合镀硅工艺在阴极镀件薄带上制备铁-硅铁颗粒复合镀层的厚度为2～200μm。

6.根据权利要求2或3所述的电刷复合镀法制备高硅硅钢薄带的方法，其特征在于：在所述步骤e中，热处理炉中的非氧化气氛保护环境由惰性气体、还原气体或惰性气体与还原气体的混合气体提供，所述惰性气体至少为氩气、氮气或者其混合气体，所述还原气体为一氧化碳、氢气、氨气和甲烷中任意一种气体或任意几种的混合气体。

7.一种利用根据权利要求1～3中任意一项所述的电刷复合镀法制备高硅硅钢薄带的方法的硅钢带连续制备装置，其特征在于，主要包括按照工艺先后次序设置的放卷引导装置、输送装置、电镀装置、扩散热处理装置和收卷装置，具体为：

以纯铁薄带、低碳钢薄带或低硅硅钢薄带作为阴极镀件薄带（7），并将连续的阴极镀件薄带（7）成卷在卷筒上形成镀件薄带卷（2），所述放卷引导装置主要包括镀件薄带卷（2）的放卷导向定滑轮（8），通过控制所述输送装置使阴极镀件薄带（7）自动传送，使镀件薄带卷（2）开卷引出后，再绕过所述放卷导向定滑轮（8），竖直进入所述电镀装置中进行电镀，镀件薄带卷（2）在进行电镀前经过清洗设备进行清洗；

所述电镀装置为电刷镀装置，包括电刷镀阳极、直流电镀电源（1）和镀液连续供应装置，所述电刷镀阳极包括两片平行对称且竖直设置的电刷镀阳极板（3、6），两片所述电刷镀阳极板（3、6）同时与所述直流电镀电源（1）的正极电连接，形成电刷，阴极镀件薄带（7）与所述直流电镀电源（1）的负极电连接，并且所述电刷镀阳极板（3、6）的宽度大于与阴极镀件薄带（7）的宽度，在电刷复合镀硅工艺过程中，控制所述输送装置牵引阴极镀件薄带（7）进行自动走带传送，使阴极镀件薄带（7）与电刷镀阳极板（3、6）之间进行相对运动，使阴极镀件薄带（7）从两片电刷镀阳极板（3、6）之间竖直通过时同时进行电镀，分别用不同的脱脂棉花套（4、17）对应包裹两片电刷镀阳极板（3、6），所述镀液连续供应装置储备复合镀电解液（5），通过所述镀液连续供应装置将复合镀电解液（5）不断注入到脱脂棉花套（4、17）中，使脱脂棉花套（4、17）作为补充和更新复合镀电解液（5）的载体，在电刷复合镀硅工艺过程中，复合镀电解液（5）中分散的含硅颗粒（19）和Fe²⁺（20）通过脱脂棉花套（4、17）的密布细空隙（18）后，被阴极镀件薄带（7）捕捉，在阴极镀件薄带（7）上覆盖形成一层铁-硅铁颗粒复合镀层（15），即得到芯部为钢带基体（14）的高硅复合镀层钢带；

所述扩散热处理装置包括热处理炉（11）和密封装置，在所述热处理炉（11）的炉管内设有均匀温度场，所述密封装置设置于所述热处理炉（11）的炉管两端口上，使所述热处理炉（11）的炉管内维持非氧化气氛，在所述电镀装置和所述热处理炉（11）之间设置入炉传送辊（9），完成电镀的高硅复合镀层钢带穿过所述热处理炉（11）的密封装置，经所述入炉传送辊（9）的牵引，进入所述热处理炉（11）的炉管中，使位于高硅复合镀层钢外层的铁-硅铁颗粒复合镀层（15）中的含硅颗粒向芯部的钢带基体（14）扩散，实现硅和铁的冶金结合，从而制备得到高硅硅钢薄带（16）；

所述收卷装置至少包括高硅硅钢薄带（16）的收卷传送辊（12）和收卷卷筒，所述放卷导向定滑轮（8）、所述入炉传送辊（9）、所述收卷传送辊（12）及各传送辊的驱动装置构成输送装置，完成扩散热处理的高硅硅钢薄带（16）从所述热处理炉（11）中输出，由收卷传送辊（12）向收卷卷筒的卡口内输送，进行收卷，并最终获得高硅钢薄带卷（13）。

8.根据权利要求7所述的硅钢带连续制备装置，其特征在于：在所述电镀装置和所述热处理炉（11）之间还设置入炉导向定滑轮（10），所述热处理炉（11）的炉管水平设置，完成电镀的高硅复合镀层钢带绕过所述入炉导向定滑轮（10），水平进入所述热处理炉（11）的炉管中进行扩散热处理。

9.根据权利要求7所述的硅钢带连续制备装置，其特征在于：所述电刷镀阳极板（3、6）采用具有高纯度细结构的平板型冷压石墨板。

10.根据权利要求8所述的硅钢带连续制备装置，其特征在于：所述电刷镀阳极板（3、6）采用具有高纯度细结构的平板型冷压石墨板。