CN1807687A - 一种采用包埋渗硅工艺制备高硅电工钢的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用包埋渗硅工艺制备高硅电工钢的方法，该方法将含硅量为0.3～1.0wt％的低硅钢片包埋在渗硅剂中，通过控制化学热处理的工艺参数，从而获得具有低损耗、低磁滞伸缩系数、低矫顽力的含硅量为6.5％左右的高硅电工钢。其工艺步骤有：首先将配制好的部分渗硅剂铺于坩埚底部，然后将经表面处理后的低硅钢片放入坩埚中，并在其四周填满余量的渗硅剂，充入氩气，调节升温速率17～20℃/min并加热至1000～1250℃后保温，然后再在升温速率6～8℃/min，炉内温度1150～1350℃保温1.5～4.5小时后进行热扩散处理。

Description

一种采用包埋渗硅工艺制备高硅电工钢的方法
技术领域
本发明涉及一种高硅电工钢的制备方法，更特别的是，将含硅量为0.3～0.45％的低硅钢片通过包埋渗硅剂，同时对化学热处理的工艺参数进行有效地控制，从而获得具有低损耗、低磁滞伸缩系数、低矫顽力的含硅量为6.5％左右的高硅电工钢。
背景技术
硅钢片是加工高速感应电动机的主要铁芯材料，为了生产出效率高、体积小、噪音低的高速感应电动机，硅钢片中的硅含量对铁芯材料的磁感和铁损特性有着较大的影响。经相关研究表明，在硅钢片中随着硅含量的增加，钢材中固有阻抗增大，尤其是在高频范围内涡流损耗降低，表现出优良的磁性。当硅钢片中硅含量达到6.5％时，铁芯材料磁致伸缩系数接近零，因此，含6.5％硅量的钢材是制作低噪音、低铁损较为理想的铁芯材料。但随着钢材中硅含量的增加，其延伸性降低了，在很大程度上限制了高硅钢材的生产加工。
发明内容
本发明的目的是提出一种采用包埋渗硅工艺制备高硅电工钢的方法，该方法将含硅量为0.3～0.45％的低硅钢片包埋在渗硅剂中，通过控制化学热处理的工艺参数，从而获得具有低损耗、低磁滞伸缩系数、低矫顽力的含硅量为5.1～6.95％的高硅电工钢。
本发明是一种采用包埋渗硅工艺制备高硅电工钢的方法，其有如下步骤：
第一步，配制渗硅剂
渗硅剂由3～4wt％的氟化钠、10～12wt％的硅粉和84～86wt％的氧化铝组成，并将制得的渗硅剂放入100℃烘箱中保存0.5～1小时，待用；
第二步，原材料的预处理
选取硅含量为0.3～1.0％的低硅钢片，并对低硅钢片经打磨后放入酒精中保存0.1～1小时后取出，用冷风吹干，待用；
第三步，热化学包埋处理
将第一步中配制的渗硅剂按总重量的5～15％放入坩埚底部，然后将第二步中处理后的低硅钢片放入坩埚中间部位，并在其四周填满余量的渗硅剂，盖上坩埚盖子并加固后，将其置入热处理炉内；
充入保护气体——氩气10～30分钟；
调节热处理炉的升温速率17～20℃/min，加热炉内温度至1000～1250℃后保温1.5～4.5小时；空冷至室温取出，用超声波清洗0.2～1小时后，冷风吹干，即制得在低硅钢片截面方向上硅元素呈浓度梯度变化的高硅电工钢片；
将上述硅元素呈梯度变化的高硅电工钢片放入热处理炉的玻璃管内，并抽真空度至2×10-5Pa；调节热处理炉的升温速率6～8℃/min，加热炉内温度至1150～1350℃后保温1.5～4.5小时；空冷至室温取出，即制得含硅量为5.1～6.95％的高硅电工钢片。
所述的采用包埋渗硅工艺制备高硅电工钢的方法，在第三步中，多块低硅钢片采用叠加放置于坩埚内，各低硅钢片之间需填充渗硅剂作隔离用。
本发明采用包埋渗硅工艺制备高硅电工钢的方法的优点在于：(1)解决了高硅钢片在生产加工中因冷轧带来的工艺困难；(2)制成得到的高硅电工钢片具有0.005～0.15W的铁损耗；(3)制成得到的高硅电工钢片的磁滞伸缩系数在200mT磁场条件下为42ppm，在600mT磁场条件下为84ppm；(4)制成得到的高硅电工钢片的矫顽力为0.37～0.57Oe。
附图说明
图1是本发明制备得到的硅元素呈梯度变化的高硅电工钢片的截面形貌图。
图2是经本发明扩散热处理后的高硅电工钢片截面形貌图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是一种通过包埋渗硅剂对低硅钢片进行改进的工艺制备方法，在该方法中通过热化学处理工艺对低硅钢片进行包埋、加热、热扩散处理获得具有含硅量为5.1～6.95％的高硅电工钢材料。
本发明是一种采用包埋渗硅工艺制备高硅电工钢的方法，其有如下步骤：
第一步，配制渗硅剂
渗硅剂由3～4wt％的氟化钠、10～12wt％的硅粉和84～86wt％的氧化铝组成，并将制得的渗硅剂放入100℃烘箱中保存0.5～1小时，待用；
在高温条件下对渗硅剂进行保存，其目的是防止在室温条件下渗硅剂吸收大气中的水分，使加工过程中在高温环境下渗硅剂对低硅钢片的腐蚀；
第二步，原材料的预处理
选取硅含量为0.3～1.0％的低硅钢片，并对低硅钢片经打磨后放入酒精中保存0.1～1小时后取出，用冷风吹干，待用；
低硅钢片在自然环境下易腐蚀生锈，故将其存入在酒精溶液中；
第三步，热化学包埋处理
将第一步中配制的渗硅剂按总重量的5～15％放入坩埚底部，然后将第二步中处理后的低硅钢片放入坩埚中间部位，并在其四周填满余量的渗硅剂，盖上坩埚盖子并加固后，将其置入热处理炉内；
充入保护气体——氩气10～30分钟；
调节热处理炉(热处理炉选取型号SG-3-10，北京电炉厂生产)的升温速率17～20℃/min，加热炉内温度至1000～1250℃后保温1.5～4.5小时，空冷至室温取出，用超声波清洗0.2～1小时后，冷风吹干，即制得在低硅钢片截面方向上硅元素呈浓度梯度变化的高硅电工钢片；
将上述硅元素呈梯度变化的高硅电工钢片放入热处理炉的玻璃管内，并抽真空度至2×10-5Pa；调节热处理炉的升温速率6～8℃/min，加热炉内温度至1150～1350℃后保温1.5～4.5小时；空冷至室温取出，即制得含硅量为5.1～6.95％的高硅电工钢片。
硅元素呈浓度梯度变化分布为：采用电镜扫描经热处理后的低硅钢片断面，经分析发现硅元素浓度分布具有从表面向中心部递减的趋势，其表面处的硅浓度为6.11～14.71wt％，中心部分硅浓度为0.3～1.0wt％。将上述硅元素呈梯度变化的高硅电工钢片经热扩散处理后通过扫描电子断面分析，硅元素在低硅钢片中分布均匀，其硅含量达到5.1～6.95％。有效地避免了高硅电工钢片脆性大难扎制的缺点，并且同样可以获得电磁性能优良的高硅钢片。该加工方法突破了高硅硅钢板材无法通过轧压加工处理的局限，具有重大的工业应用价值。
实施例1：
80g渗硅剂由3g的氟化钠NaF、9g的硅Si粉(Si粉粒度200目)和68g的氧化铝Al2O3组成，并将制得的渗硅剂放入100℃烘箱中保存1小时，待用；
选取无取向“EI”型0.5mm厚的含硅量0.5％的低硅钢片两片，并对其经打磨后放入酒精中保存1小时后取出，用冷风吹干，待用；
将10g渗硅剂放入坩埚底部，然后放入一片低硅钢片，并在其四周、上部均匀撒上10g渗硅剂；再放入另一片低硅钢片，并在其四周、上部均匀填满余量的渗硅剂，盖上坩埚盖子并加固后，将其置入热处理炉内；
充入保护气体——氩气10分钟；
调节热处理炉的升温速率20℃/min，加热炉内温度至1040℃后保温4.5小时，空冷至室温取出这两片低硅钢片，用超声波清洗半小时，冷风吹干，即得到硅元素呈梯度变化的高硅电工钢片。对其进行电镜扫描截面分析其硅元素呈浓度梯度变化分布为：采用电镜扫描经热处理后的低硅钢片断面，经分析发现硅元素浓度分布具有从表面向中心部递减的趋势，其表面处A的硅浓度为8.74wt％，过渡处B的硅浓度为6.31wt％，中心部位处C的硅浓度为0.61wt％，硅浓度梯度变化请参见图1所示。
将硅元素呈梯度变化的其中的一片高硅电工钢片放入热处理炉的玻璃管内，并抽真空度至2×10-5Pa；调节热处理炉的升温速率8℃/min，加热炉内温度至1200℃后保温2小时，空冷至室温后取出，经测试即制得含硅量为6.5％的高硅电工钢片，请参见图2所示，图中硅元素分布均匀。
对含硅量为6.5％的高硅电工钢片进行性能测试：采用中国计量研究院研制的基于伏安法原理的B-H测量仪，测量其矫顽力为0.57Oe，是原始低硅钢片的25％；有功功率由原始低硅钢片的0.27w降低到0.01w；采用YJK4500型电阻应变仪测量了本发明制备得到的高硅电工钢片的磁滞伸缩性能，应变片型号为BX120-1AA，应变片粘接使用502胶，在200mT磁场条件下，原始硅钢片其磁滞伸缩系数为67ppm，本发明所得到的高硅钢片其磁滞伸缩系数为42ppm，降低近40％。
在本发明中的化学热处理的基理：作为催化剂的氟化钠NaF在高温条件下与硅Si粉反应生成氟硅化合物，这种化合物在高温条件下与低硅钢片中的铁反应，生成铁的氟化物挥发到渗剂当中，铁置换出来的硅附着在硅钢表面，同时在高温下向基体内部扩散。
6.5％的高硅电工钢片(硅铁软磁合金)由于其低的铁芯损耗和低的磁滞伸缩系数是低噪音、低损耗比较理想的铁芯软磁材料。随着电子工业的发展及节能成为世界节约资源的重要方面，要求电气设备向高频、高效、小型化发展，作为重要电工材料的硅钢面临着巨大的挑战，必须要求电工刚向低损耗、低噪声、高磁导及高饱和磁化强度方向发展。

Claims (3)

1、一种采用包埋渗硅工艺制备高硅电工钢的方法，其特征在于有如下步骤：
第一步，配制渗硅剂
渗硅剂由3～4wt％的氟化钠、10～12wt％的硅粉和84～86wt％的氧化铝组成，并将制得的渗硅剂放入100℃烘箱中保存0.5～1小时，待用；
第二步，原材料的预处理
选取硅含量为0.3～1.0％的低硅钢片，并对低硅钢片经打磨后放入酒精中保存0.1～1小时后取出，用冷风吹干，待用；
第三步，热化学包埋处理
将第一步中配制的渗硅剂按总重量的5～15％放入坩埚底部，然后将第二步中处理后的低硅钢片放入坩埚中间部位，并在其四周填满余量的渗硅剂，盖上坩埚盖子并加固后，将其置入热处理炉内；
充入保护气体——氩气10～30分钟；
调节热处理炉的升温速率17～20℃/min，加热炉内温度至1000～1250℃后保温1.5～4.5小时；空冷至室温取出，用超声波清洗0.2～1小时后，冷风吹干，即制得在低硅钢片截面方向上硅元素呈浓度梯度变化的高硅电工钢片；
将上述硅元素呈梯度变化的高硅电工钢片放入热处理炉的玻璃管内，并抽真空度至2×10-5Pa；调节热处理炉的升温速率6～8℃/min，加热炉内温度至1150～1350℃后保温1.5～4.5小时；空冷至室温取出，即制得含硅量为5.1～6.95％的高硅电工钢片。
2、根据权利要求1所述的采用包埋渗硅工艺制备高硅电工钢的方法，其特征在于：在第三步中，多块低硅钢片采用叠加放置于坩埚内，各低硅钢片之间需填充渗硅剂作隔离用。
3、根据权利要求1所述的采用包埋渗硅工艺制备高硅电工钢的方法，其特征在于：在第三步中，硅元素呈浓度梯度变化分布为：表面处的硅浓度为6.11～14.71wt％，中心部分硅浓度为0.3～1.0wt％。
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