[发明专利]一种粉末扩散法连续制备高硅硅钢薄带的方法及装置

说明书

本发明公开了一种粉末扩散法连续制备高硅硅钢薄带的方法及装置，利用表面强化工艺处理低硅钢薄带，然后通入高硅粉末中在低硅钢薄带上制备一层高硅涂层，同时在粉末扩散过程中，施加磁场和电场，获得高硅涂层后的硅钢薄带再经过磁场下热处理，进而获得具有优异软磁性能的6.5wt％Si的高硅硅钢薄带。本发明是在粉末扩散装置和热处理装置基础上,通过施加磁场强度为0.001～20T的恒定磁场,促进硅元素的扩散，在粉末扩散时，同时还施加电场促进硅元素的扩散。在粉末扩散之前，采用喷丸工艺在低硅钢带上进行强化处理，植入一定的残余应力，可以加速硅元素的扩散。

技术领域

本发明涉及一种磁场下连续制备高硅钢薄带的方法及装置，属于磁性材料制备、热处理技术领域。

背景技术

硅钢薄带是一种非常重要的软磁材料，广泛应用于电力、电器以及国防军事工业等领域中。当硅钢薄带中硅含量增加到6.5wt％后,硅钢的磁致伸缩趋近于零,综合磁性能达到最佳，是高频磁性元件用的理想软磁材料。但是，当硅含量超过4wt％后，随着硅含量的增加,脆性显著增加，当硅含量增加到5wt％以后,硅钢的延伸率近乎降低至零。因此，很难采用传统的轧制和冲压加工法制备高硅硅钢薄带。

目前为止，世界各国研究人员对6.5wt％Si高硅硅钢薄带的制备方法进行了大量研究，并提出了多种制备工艺，如激光熔敷喷涂法、粉末轧制法、熔盐电沉积法、CVD法、PCVD法、多道轧制法、复合电沉积-扩散法等。目前日本的NKK公司开发的化学气相沉积法即CVD法生产的6.5wt％Si硅钢薄带具备很好的磁性能，并已小规模进行工业化生产，但存在对设备要求高、铁流失严重、沉积温度高、能耗大、硅钢表面质量差、污染环境、成本高等缺点，限制了其进一步大规模化生产。当采用复合电镀热处理法制备高硅硅钢薄带时，由于析氢作用容易造成低硅钢薄带与高硅镀层分离，同时，在后续均匀化热处理的过程中，硅元素与铁形成铁硅相后容易造成低硅钢与高硅涂层的扩散分离，阻碍了硅元素的扩散作用。此外，在均匀化热处理过程中，硅元素的扩散速度很慢。而上述其他方法在生产工艺的可控性、成本及环保等方面仍有待进一步的改进。因此，开发廉价高效的高硅硅钢制备方法仍然是亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种粉末扩散法连续制备高硅硅钢薄带的方法及装置，实现长尺寸、连续操作，且可以制备出近终型的薄带，因此大幅度降低制备成本。

为达到上述目的，本发明的构思是：在粉末扩散制备过程由铁硅合金粉组成，在低硅钢薄带上制备上一层硅含量为6.5～14wt％的高硅涂层，如果采用纯硅粉末时，高硅涂层中硅含量非常容易高于14wt％，在后续热处理时容易形成铁硅相，容易与低硅钢基体分离。同时，在制备高硅涂层时，如果采用传统的粉末扩散时，硅元素的扩散速度很慢，为了加速硅元素加速朝低硅钢薄带基体中扩散，首先对低硅钢薄带表面进行强化处理，植入一定的残余应力，可以加速粉末扩散时硅元素朝低硅钢薄带中扩散。同时，为了进一步加速硅元素向低硅钢薄带基体中扩散，在粉末扩散过程中施加了电场和磁场。此外，在粉末扩散和热处理过程中施加磁场不仅可以促进硅元素的扩散，同时还可以促进硅钢形成(110)[001]织构,显著提升硅钢薄带的软磁性能。为此，本发明提出，粉末扩散制备高硅涂层前，采用如滚压、激光脉冲、喷丸等处理，植入一定的残余应力，促进后续硅元素的扩散过程。在粉末扩散制备高硅涂层及后续过程中，施加一个恒定的外磁场(0.001～20特斯拉(T))，再粉末扩散过程中，还施加了电流密度为1～2000A/dm²的电场强度。在粉末扩散过程中，制备一层硅含量为6.5～14wt％的高硅涂层，为后续的热处理提供充足的硅源，因此，最终热处理的硅钢片中硅含量将达到6.5wt％的最佳值。

基于上述构思，本发明的一种粉末扩散法连续制备高硅硅钢薄带的方法，是利用表面强化工艺处理低硅钢薄带，然后通入高硅粉末中在低硅钢薄带上制备一层高硅涂层，同时在粉末扩散过程中，施加磁场和电场，获得高硅涂层后的硅钢薄带再经过磁场下热处理，进而获得具有优异软磁性能的6.5wt％Si的高硅硅钢薄带。