專利名稱：一種采用包埋滲硅工藝制備高硅電工鋼的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高硅電工鋼的制備方法，更特別的是，將含硅量為0.3～0.45％的低硅鋼片通過包埋滲硅劑，同時對化學(xué)熱處理的工藝參數(shù)進(jìn)行有效地控制，從而獲得具有低損耗、低磁滯伸縮系數(shù)、低矯頑力的含硅量為6.5％左右的高硅電工鋼。
背景技術(shù)：
硅鋼片是加工高速感應(yīng)電動機(jī)的主要鐵芯材料，為了生產(chǎn)出效率高、體積小、噪音低的高速感應(yīng)電動機(jī)，硅鋼片中的硅含量對鐵芯材料的磁感和鐵損特性有著較大的影響。經(jīng)相關(guān)研究表明，在硅鋼片中隨著硅含量的增加，鋼材中固有阻抗增大，尤其是在高頻范圍內(nèi)渦流損耗降低，表現(xiàn)出優(yōu)良的磁性。當(dāng)硅鋼片中硅含量達(dá)到6.5％時，鐵芯材料磁致伸縮系數(shù)接近零，因此，含6.5％硅量的鋼材是制作低噪音、低鐵損較為理想的鐵芯材料。但隨著鋼材中硅含量的增加，其延伸性降低了，在很大程度上限制了高硅鋼材的生產(chǎn)加工。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種采用包埋滲硅工藝制備高硅電工鋼的方法，該方法將含硅量為0.3～0.45％的低硅鋼片包埋在滲硅劑中，通過控制化學(xué)熱處理的工藝參數(shù)，從而獲得具有低損耗、低磁滯伸縮系數(shù)、低矯頑力的含硅量為5.1～6.95％的高硅電工鋼。
本發(fā)明是一種采用包埋滲硅工藝制備高硅電工鋼的方法，其有如下步驟第一步，配制滲硅劑滲硅劑由3～4wt％的氟化鈉、10～12wt％的硅粉和84～86wt％的氧化鋁組成，并將制得的滲硅劑放入100℃烘箱中保存0.5～1小時，待用；第二步，原材料的預(yù)處理選取硅含量為0.3～1.0％的低硅鋼片，并對低硅鋼片經(jīng)打磨后放入酒精中保存0.1～1小時后取出，用冷風(fēng)吹干，待用；第三步，熱化學(xué)包埋處理將第一步中配制的滲硅劑按總重量的5～15％放入坩堝底部，然后將第二步中處理后的低硅鋼片放入坩堝中間部位，并在其四周填滿余量的滲硅劑，蓋上坩堝蓋子并加固后，將其置入熱處理爐內(nèi)；充入保護(hù)氣體——?dú)鍤?0～30分鐘；調(diào)節(jié)熱處理爐的升溫速率17～20℃/min，加熱爐內(nèi)溫度至1000～1250℃后保溫1.5～4.5小時；空冷至室溫取出，用超聲波清洗0.2～1小時后，冷風(fēng)吹干，即制得在低硅鋼片截面方向上硅元素呈濃度梯度變化的高硅電工鋼片；將上述硅元素呈梯度變化的高硅電工鋼片放入熱處理爐的玻璃管內(nèi)，并抽真空度至2×10-5Pa；調(diào)節(jié)熱處理爐的升溫速率6～8℃/min，加熱爐內(nèi)溫度至1150～1350℃后保溫1.5～4.5小時；空冷至室溫取出，即制得含硅量為5.1～6.95％的高硅電工鋼片。
所述的采用包埋滲硅工藝制備高硅電工鋼的方法，在第三步中，多塊低硅鋼片采用疊加放置于坩堝內(nèi)，各低硅鋼片之間需填充滲硅劑作隔離用。
本發(fā)明采用包埋滲硅工藝制備高硅電工鋼的方法的優(yōu)點(diǎn)在于(1)解決了高硅鋼片在生產(chǎn)加工中因冷軋帶來的工藝?yán)щy；(2)制成得到的高硅電工鋼片具有0.005～0.15W的鐵損耗；(3)制成得到的高硅電工鋼片的磁滯伸縮系數(shù)在200mT磁場條件下為42ppm，在600mT磁場條件下為84ppm；(4)制成得到的高硅電工鋼片的矯頑力為0.37～0.57Oe。


圖1是本發(fā)明制備得到的硅元素呈梯度變化的高硅電工鋼片的截面形貌圖。
圖2是經(jīng)本發(fā)明擴(kuò)散熱處理后的高硅電工鋼片截面形貌圖。
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明是一種通過包埋滲硅劑對低硅鋼片進(jìn)行改進(jìn)的工藝制備方法，在該方法中通過熱化學(xué)處理工藝對低硅鋼片進(jìn)行包埋、加熱、熱擴(kuò)散處理獲得具有含硅量為5.1～6.95％的高硅電工鋼材料。
本發(fā)明是一種采用包埋滲硅工藝制備高硅電工鋼的方法，其有如下步驟第一步，配制滲硅劑滲硅劑由3～4wt％的氟化鈉、10～12wt％的硅粉和84～86wt％的氧化鋁組成，并將制得的滲硅劑放入100℃烘箱中保存0.5～1小時，待用；在高溫條件下對滲硅劑進(jìn)行保存，其目的是防止在室溫條件下滲硅劑吸收大氣中的水分，使加工過程中在高溫環(huán)境下滲硅劑對低硅鋼片的腐蝕；第二步，原材料的預(yù)處理選取硅含量為0.3～1.0％的低硅鋼片，并對低硅鋼片經(jīng)打磨后放入酒精中保存0.1～1小時后取出，用冷風(fēng)吹干，待用；低硅鋼片在自然環(huán)境下易腐蝕生銹，故將其存入在酒精溶液中；第三步，熱化學(xué)包埋處理將第一步中配制的滲硅劑按總重量的5～15％放入坩堝底部，然后將第二步中處理后的低硅鋼片放入坩堝中間部位，并在其四周填滿余量的滲硅劑，蓋上坩堝蓋子并加固后，將其置入熱處理爐內(nèi)；充入保護(hù)氣體——?dú)鍤?0～30分鐘；調(diào)節(jié)熱處理爐(熱處理爐選取型號SG-3-10，北京電爐廠生產(chǎn))的升溫速率17～20℃/min，加熱爐內(nèi)溫度至1000～1250℃后保溫1.5～4.5小時，空冷至室溫取出，用超聲波清洗0.2～1小時后，冷風(fēng)吹干，即制得在低硅鋼片截面方向上硅元素呈濃度梯度變化的高硅電工鋼片；將上述硅元素呈梯度變化的高硅電工鋼片放入熱處理爐的玻璃管內(nèi)，并抽真空度至2×10-5Pa；調(diào)節(jié)熱處理爐的升溫速率6～8℃/min，加熱爐內(nèi)溫度至1150～1350℃后保溫1.5～4.5小時；空冷至室溫取出，即制得含硅量為5.1～6.95％的高硅電工鋼片。
硅元素呈濃度梯度變化分布為采用電鏡掃描經(jīng)熱處理后的低硅鋼片斷面，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)硅元素濃度分布具有從表面向中心部遞減的趨勢，其表面處的硅濃度為6.11～14.71wt％，中心部分硅濃度為0.3～1.0wt％。將上述硅元素呈梯度變化的高硅電工鋼片經(jīng)熱擴(kuò)散處理后通過掃描電子斷面分析，硅元素在低硅鋼片中分布均勻，其硅含量達(dá)到5.1～6.95％。有效地避免了高硅電工鋼片脆性大難扎制的缺點(diǎn)，并且同樣可以獲得電磁性能優(yōu)良的高硅鋼片。該加工方法突破了高硅硅鋼板材無法通過軋壓加工處理的局限，具有重大的工業(yè)應(yīng)用價值。
實施例180g滲硅劑由3g的氟化鈉NaF、9g的硅Si粉(Si粉粒度200目)和68g的氧化鋁Al2O3組成，并將制得的滲硅劑放入100℃烘箱中保存1小時，待用；選取無取向“EI”型0.5mm厚的含硅量0.5％的低硅鋼片兩片，并對其經(jīng)打磨后放入酒精中保存1小時后取出，用冷風(fēng)吹干，待用；
將10g滲硅劑放入坩堝底部，然后放入一片低硅鋼片，并在其四周、上部均勻撒上10g滲硅劑；再放入另一片低硅鋼片，并在其四周、上部均勻填滿余量的滲硅劑，蓋上坩堝蓋子并加固后，將其置入熱處理爐內(nèi)；充入保護(hù)氣體——?dú)鍤?0分鐘；調(diào)節(jié)熱處理爐的升溫速率20℃/min，加熱爐內(nèi)溫度至1040℃后保溫4.5小時，空冷至室溫取出這兩片低硅鋼片，用超聲波清洗半小時，冷風(fēng)吹干，即得到硅元素呈梯度變化的高硅電工鋼片。對其進(jìn)行電鏡掃描截面分析其硅元素呈濃度梯度變化分布為采用電鏡掃描經(jīng)熱處理后的低硅鋼片斷面，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)硅元素濃度分布具有從表面向中心部遞減的趨勢，其表面處A的硅濃度為8.74wt％，過渡處B的硅濃度為6.31wt％，中心部位處C的硅濃度為0.61wt％，硅濃度梯度變化請參見圖1所示。
將硅元素呈梯度變化的其中的一片高硅電工鋼片放入熱處理爐的玻璃管內(nèi)，并抽真空度至2×10-5Pa；調(diào)節(jié)熱處理爐的升溫速率8℃/min，加熱爐內(nèi)溫度至1200℃后保溫2小時，空冷至室溫后取出，經(jīng)測試即制得含硅量為6.5％的高硅電工鋼片，請參見圖2所示，圖中硅元素分布均勻。
對含硅量為6.5％的高硅電工鋼片進(jìn)行性能測試采用中國計量研究院研制的基于伏安法原理的B-H測量儀，測量其矯頑力為0.57Oe，是原始低硅鋼片的25％；有功功率由原始低硅鋼片的0.27w降低到0.01w；采用YJK4500型電阻應(yīng)變儀測量了本發(fā)明制備得到的高硅電工鋼片的磁滯伸縮性能，應(yīng)變片型號為BX120-1AA，應(yīng)變片粘接使用502膠，在200mT磁場條件下，原始硅鋼片其磁滯伸縮系數(shù)為67ppm，本發(fā)明所得到的高硅鋼片其磁滯伸縮系數(shù)為42ppm，降低近40％。
在本發(fā)明中的化學(xué)熱處理的基理作為催化劑的氟化鈉NaF在高溫條件下與硅Si粉反應(yīng)生成氟硅化合物，這種化合物在高溫條件下與低硅鋼片中的鐵反應(yīng)，生成鐵的氟化物揮發(fā)到滲劑當(dāng)中，鐵置換出來的硅附著在硅鋼表面，同時在高溫下向基體內(nèi)部擴(kuò)散。
6.5％的高硅電工鋼片(硅鐵軟磁合金)由于其低的鐵芯損耗和低的磁滯伸縮系數(shù)是低噪音、低損耗比較理想的鐵芯軟磁材料。隨著電子工業(yè)的發(fā)展及節(jié)能成為世界節(jié)約資源的重要方面，要求電氣設(shè)備向高頻、高效、小型化發(fā)展，作為重要電工材料的硅鋼面臨著巨大的挑戰(zhàn)，必須要求電工剛向低損耗、低噪聲、高磁導(dǎo)及高飽和磁化強(qiáng)度方向發(fā)展。
權(quán)利要求
1.一種采用包埋滲硅工藝制備高硅電工鋼的方法，其特征在于有如下步驟第一步，配制滲硅劑滲硅劑由3～4wt％的氟化鈉、10～12wt％的硅粉和84～86wt％的氧化鋁組成，并將制得的滲硅劑放入100℃烘箱中保存0.5～1小時，待用；第二步，原材料的預(yù)處理選取硅含量為0.3～1.0％的低硅鋼片，并對低硅鋼片經(jīng)打磨后放入酒精中保存0.1～1小時后取出，用冷風(fēng)吹干，待用；第三步，熱化學(xué)包埋處理將第一步中配制的滲硅劑按總重量的5～15％放入坩堝底部，然后將第二步中處理后的低硅鋼片放入坩堝中間部位，并在其四周填滿余量的滲硅劑，蓋上坩堝蓋子并加固后，將其置入熱處理爐內(nèi)；充入保護(hù)氣體——?dú)鍤?0～30分鐘；調(diào)節(jié)熱處理爐的升溫速率17～20℃/min，加熱爐內(nèi)溫度至1000～1250℃后保溫1.5～4.5小時；空冷至室溫取出，用超聲波清洗0.2～1小時后，冷風(fēng)吹干，即制得在低硅鋼片截面方向上硅元素呈濃度梯度變化的高硅電工鋼片；將上述硅元素呈梯度變化的高硅電工鋼片放入熱處理爐的玻璃管內(nèi)，并抽真空度至2×10-5Pa；調(diào)節(jié)熱處理爐的升溫速率6～8℃/min，加熱爐內(nèi)溫度至1150～1350℃后保溫1.5～4.5小時；空冷至室溫取出，即制得含硅量為5.1～6.95％的高硅電工鋼片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用包埋滲硅工藝制備高硅電工鋼的方法，其特征在于在第三步中，多塊低硅鋼片采用疊加放置于坩堝內(nèi)，各低硅鋼片之間需填充滲硅劑作隔離用。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用包埋滲硅工藝制備高硅電工鋼的方法，其特征在于在第三步中，硅元素呈濃度梯度變化分布為表面處的硅濃度為6.11～14.71wt％，中心部分硅濃度為0.3～1.0wt％。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用包埋滲硅工藝制備高硅電工鋼的方法，該方法將含硅量為0.3～1.0wt％的低硅鋼片包埋在滲硅劑中，通過控制化學(xué)熱處理的工藝參數(shù)，從而獲得具有低損耗、低磁滯伸縮系數(shù)、低矯頑力的含硅量為6.5％左右的高硅電工鋼。其工藝步驟有首先將配制好的部分滲硅劑鋪于坩堝底部，然后將經(jīng)表面處理后的低硅鋼片放入坩堝中，并在其四周填滿余量的滲硅劑，充入氬氣，調(diào)節(jié)升溫速率17～20℃/min并加熱至1000～1250℃后保溫，然后再在升溫速率6～8℃/min，爐內(nèi)溫度1150～1350℃保溫1.5～4.5小時后進(jìn)行熱擴(kuò)散處理。
文檔編號C23C8/62GK1807687SQ20061000179
公開日2006年7月26日 申請日期2006年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月26日
發(fā)明者畢曉昉, 盧鳳雙 申請人:北京航空航天大學(xué)