CN106065461A - 一种利用电火花渗硅技术制备高硅硅钢片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用电火花渗硅技术制备高硅硅钢片的方法，属于硅钢表面处理技术领域。该方法步骤如下：分别将作为阳极的硅钢片以及作为阴极的硅电极浸入数控电火花成型机的工作液槽的工作液中，阴极以及阳极分别与脉冲电源连接；打开电源后调节峰值电流、脉冲宽度、脉冲间隔，工作30～180s后关闭电源，从工作液中取出阳极并吹干，得到所述高硅硅钢片。本发明所述方法生产效率高、成本低、安全环保且易实现规模化生产；所制备的高硅硅钢片中硅含量可达8～11wt％，具有很低的铁损和磁致伸缩系数。

Description

一种利用电火花渗硅技术制备高硅硅钢片的方法
技术领域
本发明涉及一种利用电火花渗硅技术制备高硅硅钢片的方法，属于硅钢表面处理技术领域。
背景技术
硅钢片是含硅量在0.5～4.5wt％的硅铁合金，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。正因为硅钢片的生产工艺复杂，制造技术严格，国外的生产技术都以专利形式加以保护，将其视为企业的生命。
高硅硅钢片，特别是硅含量为6.5wt％的硅钢片，具有中高频铁损低、磁致伸缩接近于零、磁导率高、矫顽力低等优点，是制作低噪音、低铁损变压器和电抗器的理想铁芯材料。这主要是由于高硅硅片中硅含量高，因为硅是钢的良好脱氧剂，硅与氧结合从而使氧转变为稳定的不被碳还原的SiO2，避免了因氧原子掺杂而使铁的晶格发生畸变。硅在α铁中成为固溶体后使电阻率增加，同时有助于将有害杂质碳分离出来。因此，在含杂质的铁中加入硅后能提高磁导率、降低矫顽力和铁损。
目前，制备硅含量大于4.5wt％的高硅硅钢片的工艺主要有：特殊轧制法、快凝法以及扩散渗硅法等。利用特殊轧制法制备的硅含量为6.5wt％的高硅硅钢片，虽然电阻率有所提高，但是磁致伸缩系数和磁晶各向异性常数均有所降低，而且附加工艺复杂、成本高以及生产效率低。采用快速凝固法虽然制备出了硅含量在4～10wt％的合金带，细化了晶粒，然而这种工艺制备的高硅硅钢片存在宽度、厚度有限且表面质量差等问题。扩散渗硅法是采用连续化学气相沉积法来实现的，该工艺的设备价格昂贵、设备维修率高、生产成本高且污染环境。
发明内容
针对现有技术中高硅硅钢片的制备存在工艺复杂、成本高以及性能差等问题，本发明的目的在于提供一种利用电火花渗硅技术制备高硅硅钢片的方法， 该方法工艺简单、成本低且安全环保；所制备的高硅硅钢片中硅的含量高达11wt％，且具有很低的铁损和磁致伸缩系数。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种利用电火花渗硅技术制备高硅硅钢片的方法，所述方法步骤如下：
向数控电火花成型机的工作液槽中注入工作液，然后分别将作为阳极的硅钢片以及作为阴极的硅电极浸入工作液中，阴极以及阳极分别与脉冲电源连接；打开电源，施加的峰值电流(Ip)调至3～20A，脉冲宽度为8～50μs，脉冲间隔为40～150μs，工作30～180s后关闭电源，从工作液中取出阳极并吹干，得到所述高硅硅钢片；
所述工作液为油类有机化合物，是电火花加工过程中不可缺少的放电介质，能够绝缘消电离、冷却电火花成型机加工时的高温以及排出碳渣；
所述硅钢片中的硅含量为0.5～4.5wt％；
所述高硅硅钢片是硅含量不小于8wt％的硅钢片。
所述工作液优选电火花油、放电加工油或火花机电蚀油。
所述硅钢片优选硅含量小于3wt％的硅钢片。
有益效果：
本发明所述方法采用电火花渗硅技术制备高硅硅钢片，简化了传统制备高硅硅钢片的工艺过程，该方法生产效率高、成本低、安全环保且易实现规模化生产；本发明所述方法中可通过调节电流以及处理时间进行调控高硅硅钢片中硅的含量，所制备的高硅硅钢片中硅含量可达8～11wt％且具有良好的磁学性能，具有很低的铁损和磁致伸缩系数。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。
以下实施例中：
数控电火花成型机：NH25F，北京凝华科技有限公司；
电火花油、放电加工油以及火花机电蚀油都购买于北京华叶油脂有限公司；
无取向硅钢片：厚度为0.35mm，硅含量为2.52wt％，铁损为3.8W/kg，磁致伸缩系数5×10-6λs，35WW400，武钢钢铁集团公司；
取向硅钢片：厚度为0.30mm，硅含量为2.96wt％，铁损为1.1W/kg，磁致伸缩系数-8×10-7λs，30Q130，武钢钢铁集团公司；
硅电极：99.99％，北京中诺新材科技有限公司；
EDS元素分析：冷场发射扫描电子显微镜附带的能谱仪，S-4800，Hitachi；
硅钢片铁损测量仪：GM300 LOSSMETER，上海天端实业有限公司；
磁致伸缩位移传感器：德国ASM，沃尔士环控系统工程(深圳)有限公司。
实施例1
一种利用电火花渗硅技术制备高硅硅钢片的方法步骤如下：
向数控电火花成型机的工作液槽中注入电火花油，然后分别将作为阳极的无取向硅钢片以及作为阴极的硅电极浸入电火花油中，阴极以及阳极分别与脉冲电源连接；打开电源，施加的峰值电流调至3A，脉冲宽度为8μs，脉冲间隔为40μs，工作180s后关闭电源，从电火花油中取出阳极并吹干，得到所述高硅硅钢片。
从EDS(能谱仪)的分析数据中可知，数据详见表1，采用电火花渗硅技术处理后的无取向硅钢片中硅含量为10.5wt％。采用硅钢片铁损测量仪测得电火花渗硅技术处理后的无取向硅钢片的铁损为0.3W/kg；采用磁致伸缩位移传感器测得电火花渗硅技术处理后的无取向硅钢片的磁致伸缩系数6×10-8λs。由数据可知，本实施所制备的高硅硅钢片具有良好的磁学性能。
表1 无取向硅钢片采用电火花渗硅技术处理前后的EDS元素分析数据
实施例2
一种利用电火花渗硅技术制备高硅硅钢片的方法步骤如下：
向数控电火花成型机的工作液槽中注入放电加工油，然后分别将作为阳极的无取向硅钢片以及作为阴极的硅电极浸入放电加工油中，阴极以及阳极分别 与脉冲电源连接；打开电源，施加的峰值电流调至3A，脉冲宽度为50μs，脉冲间隔为150μs，工作100s后从放电加工油中取出阳极并吹干，得到所述高硅硅钢片。
从本实施所制备的高硅硅钢片的EDS分析数据中可知，采用电火花渗硅技术处理后的无取向硅钢片中硅含量为9.6wt％。采用硅钢片铁损测量仪测得电火花渗硅技术处理后的无取向硅钢片的铁损为0.35W/kg；采用磁致伸缩位移传感器测得电火花渗硅技术处理后的无取向硅钢片的磁致伸缩系数7×10-8λs。由数据可知，本实施所制备的高硅硅钢片具有良好的磁学性能。
实施例3
一种利用电火花渗硅技术制备高硅硅钢片的方法步骤如下：
向数控电火花成型机的工作液槽中注入火花机电蚀油，然后分别将作为阳极的取向硅钢片以及作为阴极的硅电极浸入火花机电蚀油中，阴极以及阳极分别与脉冲电源连接；施加的峰值电流调至20A，脉冲宽度为8μs，脉冲间隔为40μs，总的工作时间为30s，关闭电源，从火花机电蚀油中取出阳极并吹干，得到所述高硅硅钢片。
从本实施所制备的高硅硅钢片的EDS分析数据中可知，采用电火花渗硅技术处理后的取向硅钢片中硅含量为8.9wt％。采用硅钢片铁损测量仪测得电火花渗硅技术处理后的取向硅钢片的铁损为0.4W/kg；采用磁致伸缩位移传感器测得电火花渗硅技术处理后的取向硅钢片的磁致伸缩系数-7×10-8λs。由数据可知，本实施所制备的高硅硅钢片良好的磁学性能。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用电火花渗硅技术制备高硅硅钢片的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：
向数控电火花成型机的工作液槽中注入工作液，然后分别将作为阳极的硅钢片以及作为阴极的硅电极浸入工作液中，阴极以及阳极分别与脉冲电源连接；打开电源，施加的峰值电流调至3～20A，脉冲宽度为8～50μs，脉冲间隔为40～150μs，工作30～180s后关闭电源，从工作液中取出阳极并吹干，得到所述高硅硅钢片；
所述工作液为油类有机化合物；
所述硅钢片中的硅含量为0.5～4.5wt％；
所述高硅硅钢片是硅含量不小于8wt％的硅钢片。
2.根据权利要求1所述的一种利用电火花渗硅技术制备高硅硅钢片的方法，其特征在于：所述工作液为电火花油、放电加工油或火花机电蚀油。
3.根据权利要求1所述的一种利用电火花渗硅技术制备高硅硅钢片的方法，其特征在于：所述硅钢片为硅含量小于3wt％的硅钢片。
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