CN114231987B - 一种去除耐热刻痕取向硅钢中熔覆物的化学试剂及其方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及硅钢制造技术领域，尤其涉及一种去除耐热刻痕取向硅钢中熔覆物的化学试剂及其方法。所述化学试剂的组分以质量分数计包括：强酸溶液：8％～20％；酸性氧化剂：5％～15％或助剂：5％～20％；其余为溶剂；其中，所述强酸溶液包括硫酸、盐酸和硝酸中任意一种。本申请实施例提供的该方法，通过10％～20％强酸溶液，可快速有效地去除取向硅钢刻痕处的熔融物，而酸性氧化剂：5％～15％，或助剂：5％～20％结合合适浓度的强酸溶液，可以将取向硅钢的基体破坏降到最小，两种综合作用，得到表面平整的耐热刻痕取向硅钢。

Description

一种去除耐热刻痕取向硅钢中熔覆物的化学试剂及其方法

技术领域

本申请涉及硅钢制造技术领域，尤其涉及一种去除耐热刻痕取向硅钢中熔覆物的化学试剂及其方法。

背景技术

高磁感取向硅钢是含硅量为2.9％-3.5％的铁硅合金，微观结构为体心立方的金属晶体，易磁化的方向接近于轧向，具有损耗低、磁导率高的特点，其主要工艺是：炼钢→连铸→热轧→常化→冷轧→脱碳(→渗氮)→高温退火→涂层和拉伸平整退火→激光刻痕等。由取向硅钢优良的电磁特性，主要用于电力变压器及配电变压器铁心的制造，其核心技术指标为铁损 P1.7/50(1.7特斯拉、50Hz条件下硅钢片的损耗，单位为W/kg)与J800(在磁场强度800A/m条件下硅钢片的磁极化强度)。

目前，降低高磁感取向硅钢铁损的措施主要有提高电阻率与减薄厚度：前者主要依靠提高硅含量，在硅含量提高至3.5％以上后，冷轧易断带且二次再结晶发生困难；后者冷轧困难且对铁心加工准备要求高。近二十年发展起来的激光刻痕方式，通过细化磁畴大幅降低异常损耗，但不能适用于需要消除应力退火的卷铁心变压器。

目前实现工业化大生产的耐热细化磁畴方法有两种，分别为新日铁的机械刻痕法与JFE 的腐蚀刻痕法，随着激光技术的飞速发展，激光耐热刻痕的研究逐渐被业界重视。如：

日本新日铁JP61117284专利族主要利用激光照射剥离绝缘膜的绝缘膜，对涂覆绝缘涂层后的取向电工钢板表面利用电镀形成以5-10mm间隔，0.1-0.4mm宽度，0.02-0.1mm深度和≤ 0.3mm点间距离的光斑形状槽，可以在消应力退火后依然保持细化磁畴效果；JP06057335专利族中采用CO2脉冲激光，脉冲半宽度10ns以上，1μs以下达到峰值能量，整个脉冲周期100ns 以上，10μs以下，激光峰值功率2×107W/cm2以上，形成≤1mm直径圆形或长轴≤3mm的椭圆形形状光束；所形成凹槽轧向长度≤0.5mm，横向长度≤2mm，深度≥10μm，轧向上凹槽间距≤10mm。

韩国浦项专利KR101409419采用激光照射前涂覆无机涂层来增加激光吸收率，所述无机涂层至少是MgO、Al2O3和MgO+Al2O3+C中的至少一种，平均颗粒尺寸不超过50μm，涂覆厚度 0.5-5μm；KR101385742采用激光照射前涂覆有机涂层来增加激光吸收率，具体为搪瓷、环氧树脂、表面活性剂、聚丙烯、矿物油和高分子聚合物中的至少一种，涂层涂覆厚度0.0002-5.0μm，涂覆后可在空气中自然烘干或使用干燥炉烘干，激光刻痕后去除有机涂层采用水洗或弱酸洗方法。去除熔融副产物后，使用毛刷来清理激光刻痕中产生的熔融副产物，毛刷材料可以是高分子材料、金属材料或两者的结合体。KR101395799中采用两次激光照射的方法，第一次激光照射形成沟槽，第二次激光照射熔化沟槽底部的熔融副产物，再通过抽气或吹气的方法去除。第一次激光照射的激光光斑轧制方向宽度为150μm，目的是在钢板表面形成沟槽；第二次激光照射的激光光斑轧制方向宽度是沟槽底部宽度的90-100％；激光均采用连续激光，频率范围200Hz～8.5kHz。

JFE专利JP61186421通过喷射金属粉末+激光照射同时进行，在电工钢表面形成化合物的方式来细化磁畴，加工过程中喷射+照射形成点状痕迹，照射痕迹间隔8mm，工序实施步骤在高温退火或绝缘涂层涂覆后。激光采用YAG激光，激光能量大于1×10-3J，光斑直径1-10mm，金属粉末可以是Ni、Cr、Mo及Fe中的一种合金或氧化物，粉末直径0.1-10.0μm。在金属粉末+激光照射后，涂覆磷酸铝+二氧化硒胶体，并在300℃进行加热。上述处理后，细化磁畴具有耐热效果，消应力退火后铁损改善率13％左右；专利JP07316655认为电解刻蚀法在电工钢板表面形成沟槽后，在磁通密度高的区域引入与钢板轧向垂直的微小线性应变，能使钢板内部磁通分布均匀，从而进一步降低铁损。引入线性微小应变可以使用除等离子喷射之外的任何一种方法，比如激光照射、放电法和喷水等方法。电解刻蚀形成沟槽工序是在脱碳退火工序前，引入微小应变工序是在绝缘涂层涂覆后。电解刻蚀形成沟槽消应力退火后铁损改善率15％左右，引入微小应变后铁损改善率能达到20％以上；专利JP2016113643核心依然为电解刻蚀法，激光照射也是辅助加工手段，在其中激光照射用来去除钢板表面涂覆的抗蚀剂，以在刻蚀过程中形成线状沟槽，并且通过激光控制形成不同的刻蚀剂凹槽形状。

上述方法均为一类单纯利用激光照射带钢，利用激光能量形成较深的沟槽，但激光烧蚀后沟槽熔覆物处理未加以详细描述。激光刻痕后，由于高温金属重融导致带钢表面凹凸不平，重熔的金属附着于带钢表面严重恶化硅钢片的叠片系数，因此必须采取一定手段将此熔覆物去除，熔覆物去除技术一直是业界的难题，目前并无成形、高效地去除熔覆物的方法。

发明内容

本申请提供了一种去除耐热刻痕取向硅钢中熔覆物的化学试剂及其方法，以解决无法高效地去除耐热刻痕取向硅钢中熔覆物的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种去除耐热刻痕取向硅钢中熔覆物的化学试剂，所述化学试剂的组分以质量分数计包括：

强酸溶液：8％～20％；

酸性氧化剂：5％～15％或助剂：5％～20％；

其余为溶剂；

其中，所述强酸溶液包括硫酸、盐酸和硝酸中任意一种。

可选的，所述助剂包括可溶性硝酸盐和可溶性硫酸盐。。

可选的，所述酸性氧化剂包括过氧化氢。

可选的，所述化学试剂的组分以质量分数计包括：10％～20％硫酸溶液和5％～15％H₂O₂。

可选的，第一方面所述的化学试剂，所述方法包括以下步骤：

将含熔覆物的耐热刻痕取向硅钢用所述化学试剂进行腐蚀反应；

根据所述腐蚀反应中的所述化学试剂，控制腐蚀温度和腐蚀时间，得到目标耐热刻痕取向硅钢。

可选的，以质量分数计，若所述化学试剂包括8％～20％硫酸溶液和5％～15％H₂O₂，所述腐蚀温度为20℃～40℃，所述腐蚀时间为10s～60s。

可选的，以质量分数计，若所述化学试剂包括8％～20％硫酸或盐酸，5％～20％助剂，所述腐蚀温度为50℃～90℃，所述腐蚀时间为，30s-60s。

可选的，以质量分数计，若所述化学试剂包括8％～20％硝酸和5％～20％助剂，所述腐蚀温度为50℃～90℃，所述腐蚀时间为，10s-60s。

可选的，所述将含熔覆物的耐热刻痕取向硅钢用所述化学试剂进行腐蚀反应之后，还包括：对腐蚀后的所述耐热刻痕取向硅钢进行清洗。

第三方面，本申请提供了一种生产立体卷铁心变压器的方法，所述方法包括：

用第一方面所述的化学试剂或用第二方面所述的方法去除耐热刻痕取向硅钢中熔覆物，得到目标耐热刻痕取向硅钢；

将所述目标耐热刻痕取向硅钢进行加工生产，得到立体卷铁心变压器。

本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请实施例提供的该方法，通过10％～20％强酸溶液，通过反应温度和浓度的控制可快速有效地去除取向硅钢刻痕处的熔融物，首次通过强氧化剂的添加，可以大幅度提升熔融物的去除效率，从而减弱对硅酸镁底层的破坏；通过添加一定浓度的易溶解助剂，可以为硝酸根或硫酸根盐，在反应过程中在表面形成少量的金属氧化物，一定程度减弱对硅酸镁底层的破坏，两种综合作用，得到表面平整的耐热刻痕取向硅钢。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种去除耐热刻痕取向硅钢中熔覆物的方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提供附取向硅钢激光深刻痕后截面观察刻痕线形貌；

图3熔融物去除后截面观察刻痕线形貌。

其中，1、涂层、2、硅钢基体、3、熔覆物。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请提供了一种去除耐热刻痕取向硅钢中熔覆物的化学试剂，所述化学试剂的组分以质量分数计包括：

强酸溶液：8％～20％；

本申请实施例中，强酸溶液质量分数为8％～20％的原因是酸液质量分数低反应速率慢，酸液质量分数过高增加危险性和造成浪费，同时过高的酸液浓度造成钝化效果太强影响熔融物的去除，控制合适的酸液浓度可高效率的去除熔覆物。

酸性氧化剂：5％～15％或助剂：5％～20％；

本申请实施例中，酸性氧化剂质量分数为5％～15％的原因是氧化剂质量分数过低作用微弱，质量分数在5％～15％可满足更高效率的去除熔覆物，相应的减弱对底层的破坏；助剂质量分数为5％～20％的原因是助剂质量分数低作用微弱，助剂质量分数过高导致钝化作用过强，影响熔融物的去除效率，助剂可以促进化学反应正向进行，尤其在反应物为低浓度下时，可以通过控制腐蚀时间，是腐蚀时间变短达到降低底层破坏的效果。

其余为溶剂；

其中，所述强酸溶液包括硫酸、盐酸和硝酸中任意一种。

本申请实施例中，通过激光深刻槽方法获得的耐热刻痕取向硅钢在沟槽表层产生一层熔覆物3，熔覆物中的化学组分以质量分数计包括硅酸镁、铁系氧化物、和纯铁。耐热刻痕取向硅钢如果宽度在1m，可以在取向硅钢表面每3mm-5mm处进行刻痕，如图1和图2 所示，涂层1中包括硅酸镁底层，涂层1位于硅钢基体2的表面，耐热刻痕取向硅钢表面有无数刻痕，刻痕可以使一个凹槽或其他任何形状，熔覆物3位于刻痕边缘处；在生产线上，刻痕后，耐热刻痕取向硅钢需要及时进入下一工艺流程，对耐热刻痕取向硅钢表面熔覆物处理的时间不能超过1min。

作为一种可选的实施方式，所述助剂包括可溶性硝酸盐和可溶性硫酸盐。

本申请实施例中，助剂选用Na₂SO₄的原因是一定浓度的硫酸钠和氢离子的共同作用下在反应过程中生成一定量的氧化物，钝化金属表面，起到保护底层的作用。同时在机组运行降速时增大助剂的浓度可防止带钢被钢液过腐蚀。

作为一种可选的实施方式，所述酸性氧化剂为过氧化氢。

本申请实施例中，酸性氧化剂选用过氧化氢的原因是一定浓度的过氧化氢和氢离子混合呈现极强的氧化性(公式一)，因此可以大幅度提高腐蚀速率，提高生产效率。

作为一种可选的实施方式，所述化学试剂的组分以质量分数计包括：10％～20％硫酸溶液和 5％～15％H₂O₂。

一种去除耐热刻痕取向硅钢中熔覆物的方法，如图1所示，使用任意一项所述的化学试剂，所述方法包括以下步骤：

将含熔覆物的耐热刻痕取向硅钢用所述化学试剂进行腐蚀反应；

根据所述腐蚀反应中的所述化学试剂，控制腐蚀温度和腐蚀时间，得到目标耐热刻痕取向硅钢。

作为一种可选的实施方式，以质量分数计，若所述化学试剂包括8％～20％硫酸溶液和 5％～15％H₂O₂，所述腐蚀温度为20℃～40℃，所述腐蚀时间为10s～60s。

本申请实施例中，原理解释：

双氧水与氢离子混合，所述电极电势值约1.763V，电极电势最高，氧化性最强反应迅速，能快速去除熔覆物，切提供氢离子的强酸紧能为硫酸，因为双氧水与10％～15％的硝酸和盐酸混合时，在一定温度下效果比常规的好，但是双氧水不与10％～15％的硝酸和盐酸混合，可以发挥双氧水的氧化性，效果更佳。

作为一种可选的实施方式，以质量分数计，若所述化学试剂包括8％～20％硫酸或盐酸，5％～10％Na₂SO₄，所述腐蚀温度为50℃～90℃，所述腐蚀时间为，30s-60s。

本申请实施例中，原理解释：

此时公式二中的电极电势较小，所述电极电势值约为0.1576V，但酸性较强，在一定温度浓度下可较快速去除熔覆物；添加一定量的Na₂SO₄能对金属表面起到一定的钝化作用，一定程度保护硅钢基体不被腐蚀。

作为一种可选的实施方式，以质量分数计，若所述化学试剂包括8％～20％硝酸和5％～10％Na₂SO₄，所述腐蚀温度为50℃～90℃，所述腐蚀时间为，10s-60s。

本申请实施例中，原理解释：

此时公式四的电极电势在前两种的电极电势之间，所述电极电势值约为-0.9637V，且酸性较强，在一定温度浓度下可快速去除熔覆物；添加一定量的Na₂SO₄能对金属表面起到一定的钝化作用，一定程度保护硅钢基体不被腐蚀。

作为一种可选的实施方式，所述将含熔覆物的耐热刻痕取向硅钢用所述化学试剂进行腐蚀反应之后，还包括：对腐蚀后的所述耐热刻痕取向硅钢进行清洗。

一种生产立体卷铁心变压器的方法，所述方法包括：

用第一方面所述的化学试剂或用第二方面所述的方法去除耐热刻痕取向硅钢中熔覆物，得到目标耐热刻痕取向硅钢；

将所述目标耐热刻痕取向硅钢进行加工生产，得到立体卷铁心变压器。

下面将结合实施例、对比例及实验数据对本发明的方法进行详细说明。

实施例

采用5个实施例。在实施例1～5中，采用本发明一些实施例提供的一种耐热刻痕取向硅钢熔覆层去除方法，对激光深刻痕后的取向硅钢进行熔覆物去除，刻槽宽度为80μm、熔覆物高度为20μm。选用一种去除耐热刻痕取向硅钢中熔覆物的化学试剂，所述化学试剂的组分以质量分数计包括：强酸溶液：8％～20％；酸性氧化剂：5％～15％或助剂：5％～20％；其中，所述强酸溶液包括硫酸、盐酸和硝酸中任意一种，设定不同试剂浓度、腐蚀温度，确定最优腐蚀时间及腐蚀效果。

表1本实施例提供的去除熔覆物的化学试剂。

对比例

本对比例采用4个对比组，对比例应用具体试剂参数为本申请的化学试剂范围之外，其他同实施例组，对比例具体参数如表2所示：

表2对比组1～4提供的去除熔覆物的化学试剂。

针对上述实施例和对比例中所得到取向硅钢板，经刷洗后，评估腐蚀效果，其比较结果见表3。

表3实施例组和对比例组的化学试剂去除熔覆物的效果。

由表3可知，实施例组腐蚀时间少于对比例组，且熔覆物残留率远小于对比例组，实施例熔覆物残留量为0，同时实施例组的取向钢硅基体厚度得到了有效保护，实施例组处理底层破坏程度为5％以内，对比例组底层破坏程度为8％-12％，实施例组底层破坏程度小于对比例组。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种去除耐热刻痕取向硅钢中熔覆物的化学试剂，其特征在于，所述化学试剂的组分以质量分数计包括：

强酸溶液：8％～20％；

酸性氧化剂：5％～15％或助剂：5％～20％；

其余为溶剂；

其中，所述强酸溶液包括硫酸、盐酸和硝酸中任意一种，所述酸性氧化剂为过氧化氢，所述助剂为硫酸钠。

2.根据权利要求1所述的化学试剂，其特征在于，所述化学试剂的组分以质量分数计包括：10％～20％硫酸溶液和5％～15％H₂O₂。

3.一种去除耐热刻痕取向硅钢中熔覆物的方法，其特征在于，使用如权利要求1-2中任意一项所述的化学试剂，所述方法包括以下步骤：

将含熔覆物的耐热刻痕取向硅钢用所述化学试剂进行腐蚀反应；

根据所述腐蚀反应中的所述化学试剂，控制腐蚀温度和腐蚀时间，得到目标耐热刻痕取向硅钢。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，以质量分数计，若所述化学试剂包括8％～20％硫酸溶液和5％～15％H₂O₂，所述腐蚀温度为20℃～40℃，所述腐蚀时间为10s～60s。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，以质量分数计，若所述化学试剂包括8％～20％硫酸或盐酸，5％～20％助剂，所述腐蚀温度为50℃～90℃，所述腐蚀时间为30s-60s。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，以质量分数计，若所述化学试剂包括8％～20％硝酸和5％～20％助剂，所述腐蚀温度为50℃～90℃，所述腐蚀时间为10s-60s。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将含熔覆物的耐热刻痕取向硅钢用所述化学试剂进行腐蚀反应之后，还包括：对腐蚀后的所述耐热刻痕取向硅钢进行清洗。

8.一种生产立体卷铁心变压器的方法，其特征在于，所述方法包括：

用如权利要求1-2中任意一项所述的化学试剂或用如权利要求3-7中任意一项所述的方法去除耐热刻痕取向硅钢中熔覆物，得到目标耐热刻痕取向硅钢；

将所述目标耐热刻痕取向硅钢进行加工生产，得到立体卷铁心变压器。