[发明专利]一种采用激光在硅钢表面制备高硅涂层的方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅钢表面涂层的制备，特别涉及一种采用激光在硅钢表面制备高硅涂层的方法。 

背景技术

硅钢是电力生产与消费的所有电工设备中最重要的功能材料，是世界上用量最大的功能材料，也是冶金企业采用先进技术最多、生产难度最大的品种，是所有钢铁材料中的“艺术品”，其产量和质量是一个国家冶金工业是否强大的重要象征，在国民经济和社会发展中占有十分重要的地位。 

然而硅钢在使用过程中由于铁损等损耗造成能源的巨大浪费。世界各国的材料与冶金工作者长期致力于降低电工钢铁损的研究，在冶金技术和物理冶金等方面不断取得新进展。为满足日益增长的需求，不断开发出新品种。硅钢中的硅含量对其磁感应强度和铁损影响很大。研究表明：随着硅含量的增加，硅钢的电阻率增大，涡流损失减小，从而在较高频率下表现出优良的磁性。但是，随着硅含量的增高，硅钢的延伸率急剧降低，因脆性大而难以用传统轧制方法获得。高硅钢材料优异的磁学性能和广泛的应用前景吸引着人们进行大量的研究和开发工作。 

含6.5％Si的高硅钢是各种特殊用途电工钢中最为引人入胜的品种之一。它具有最佳的软磁特性，与无取向硅钢相比，铁损只有后者的一半，而磁导率为其8倍多，磁致伸缩为其1/10；若与取向硅钢比，磁致伸缩只为其1/2，在频率大于400Hz时铁损更低。在低频区有效地利用其低磁致伸缩特性可实现低噪音化，在高频区有效地利用其低铁损特性可实现低发热和小型化。 

随着Si含量的增高，电工钢的延伸率急剧降低。6.5％Si高硅钢虽具有优异电磁性能，却因脆性大而难以用传统轧制法获得。通过特殊轧制法、铸轧法、喷沉轧制法、快速凝固法等新技术，有效地改善了其可加工性，成为制备高硅钢的可行途径，但不能完全避免脆性的限制因素。 

化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)扩渗法是制备高硅钢最为成功并取得批量生产应用的有效方法。它突破传统的思维方式，通过先轧后渗的技术路线，巧妙地回避了脆性限制环节。渗硅过程中所采用的硅源为SiCl₄，与Fe基体反应后生成气态的FeCl₂，一方面造成Fe的流失，同时产生空穴效应，影响材料表面质量。 

其它的渗硅法，诸如固态渗硅法和液态渗硅法，可以很显著地改善铁基和有色金属材料的耐磨、耐蚀和抗氧化性，在机械、化工和航空航天等领域得到了应用，但这些方法固有的渗硅效率低和渗层表面质量恶劣等缺点决定了其不适用于制备薄规格化的高硅钢。

等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)扩渗法比CVD法的沉积温度低、时间短。所扩渗的0.1mm厚钢片的铁损显著降低，其它磁性能也大有改善。渗硅过程中所采用的硅源为SiCl₄和高纯硅烷。沉积和扩散退火仍采取了与CVD法相同的整体反应和整体加热模式，渗硅过程中需要产生等离子体。如何快速且高效渗硅是目前高硅钢制备过程中急需解决的问题。 

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种采用激光在硅钢表面制备高硅涂层的方法，目的是利用激光化学气相沉积法，通过对工艺参数控制和进行后续扩散退火热处理在低硅钢表面制备高硅涂层。 

本发明的方法按以下步骤进行： 

1、预处理：将热轧无取向低硅钢表面清洗干净后，喷砂处理至表面粗糙度Ra＝5～6μm。 

2、沉积涂层制备： 

沉积涂层制备分为动态激光制备方法和静态激光制备方法，动态激光制备方法为： 

将预处理后的热轧无取向低硅钢置于真空度小于等于10^-3MPa的条件下，向该真空系统中持续通入氩气和硅烷，氩气的流量为500～550mL/min，硅烷的流量为2～3mL/min，保持系统压力为0.01～0.08MPa；然后在激光聚焦条件下或激光散焦条件下，在热轧无取向低硅钢表面制备出沉积涂层，激光照射功率400～1000W，照射时间5s～30min。 

静态激光制备方法为： 

将预处理后的热轧无取向低硅钢置于真空度小于等于10^-3MPa的条件下，向该真空系统中持续通入氩气和硅烷至系统压力为0.01～0.08MPa时停止，氩气和硅烷的混合气体中硅烷的体积百分比为10～60％；然后在激光聚焦条件下或激光散焦条件下，在热轧无取向低硅钢表面制备出沉积涂层，激光照射功率400～1000W，照射时间5s～30min。