一种由低硅钢制备高硅钢的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料制备领域，具体地说是一种由低硅钢制备高硅钢的方法。
【背景技术】
[0002]Fe-6.5ff.t% Si合金(称为高硅钢)具有磁导率高、铁损低和磁致伸缩接近于零的优异的综合磁性能，是机电设备更新换代理想的软磁材料。然而，高硅也使其室温延伸率接近于零，难以用常规的冷乳方法进行生产。迄今，高硅钢的研制主要可分为两类，其一是采用特殊的冶金-加工法直接制备出高硅钢，如:特殊乳制法、快凝法、粉末压延烧结法和直接铸造法等；其二是在3%硅钢板材上渗硅，如:化学气相沉积(CVD)法和热浸-扩散法等。其中，唯有CVD法已实现应用，但该法采用的高温(1250°C)和高卤化物含量(?35V.%SiCl4)的处理条件，同时也带来了能耗大、钢板表面晶界和设备腐蚀严重、因钢板腐蚀而增加的后续温乳操作复杂、铁流失大和FeCl2环境污染等问题。
[0003]中国发明专利ZL201010524356.7(公开号CN102162104A)提出以异步乳制进行大压下量的冷乳，利用其乳制剪切力在板材内部引入高体积分数的晶界、位错和空位等缺陷，在之后的渗硅过程中，以这些缺陷促进板材表面的化学反应和体内的扩散速度，可以降低渗硅的温度(至650°C )和渗硅剂中腐蚀性卤化物的含量。然而，由于异步乳制技术还未能在工业上广泛应用，该法的应用仍有待于乳制技术的成熟。另外，从工业应用的成本考虑，低硅钢不仅价格低，也因合金元素(特别是硅)和杂质的含量低而具有良好的延展性，易加工成型并满足铁芯叠片对厚度公差的严格要求，但合金元素含量低也使得板材更易发生回复和再结晶，导致冷乳引入的缺陷无法在渗硅时发挥作用。
【发明内容】
[0004]针对固体渗硅法制备高硅钢存在的问题，本发明的目的在于提供一种由低硅钢制备高硅钢的方法，以较低的材料成本和加工成本、用工业上通用的设备制备出渗硅层致密、板型良好的尚娃钢。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]—种由低硅钢制备高硅钢的方法，按以下步骤进行:
[0007]a、以表面光洁的低硅钢热乳板为基材，进行冷乳，获得厚度为0.1?0.35mm的薄板；
[0008]b、对薄板进行酸洗，以去除表面油污和氧化膜；
[0009]c、在450?550°C的温度范围内、在固体渗硅剂中对冷乳薄板进行20?30分钟的保温；
[0010]d、在750?820°C的温度范围内、在固体渗硅剂中对经过保温的薄板进行10?30分钟的固体渗硅；
[0011]e、在400±50°C的温度对薄板进行1?3%压下量的乳制；
[0012]f、在非氧化气氛下，对渗硅薄板进行850?1100°C、30?480分钟的扩散退火；
[0013]g、在氮气保护下，将经过扩散退火的薄板快速冷却至室温，涂覆MgO涂层。
[0014]所述的由低硅钢制备高硅钢的方法，固体渗硅剂由硅粉和氯化铵组成，其中硅粉的纯度彡95wt%。
[0015]所述的由低硅钢制备高硅钢的方法，步骤c保温处理使用的固体渗硅剂由硅粉+1.0?3.0wt%氯化钱组成。
[0016]所述的由低硅钢制备高硅钢的方法，步骤d固体渗硅处理使用的固体渗硅剂由硅粉+0.5?L 0wt%氯化钱组成。
[0017]所述的由低硅钢制备高硅钢的方法，固体渗硅剂使用前在室温下通入氩气，以排除粉末颗粒间隙中的空气，之后再加热到所述的步骤c保温温度或步骤d固体渗硅温度。
[0018]所述的由低硅钢制备高硅钢的方法，步骤f非氧化气氛为氮气、氩气和氮气+氢气中的一种。
[0019]所述的由低娃钢制备高娃钢的方法，步骤c保温、步骤d固体渗娃、步骤e乳制、步骤f扩散退火之间，对薄板进行氮气或氩气保护。
[0020]所述的由低硅钢制备高硅钢的方法，经过扩散退火的薄板冷却时，用氮气喷射薄板表面。
[0021]本发明在国家高技术研究发展计划项目(2012AA03A505)资助下完成，其优点和有益效果主要体现如下:
[0022]1、利用位错易于外部原子扩散的特点，在回复初期的较低的温度下在渗硅剂中保温，使部分硅原子沿位错等缺陷扩散，再利用回复过程中的位错运动将其带至板材的心部，从而通过保温处理增加板材整体的硅含量，而硅含量的增加又反过来阻碍位错的运动，延迟回复和再结晶的过程，这样在有助于硅-铁平衡扩散的更高温度的后续渗硅中，因先期硅增加而保留下来的位错可继续发挥对扩散的促进作用，有助于获得致密的渗硅层(对于高硅钢磁性能十分关键)从而使得由低硅钢制备高硅钢成为可能。
[0023]2、本发明既可以制备板材通体均为6.5wt% Si左右的高硅钢，又可以制备表层为6.5wt% S1、心部为低硅的薄板，这种三明治结构的表层具有良好的磁性能，从而抑制中高频下因集肤效应导致的涡流损耗，而心部又具有良好的韧性，使得板材的磁性能与力学性能达到最佳。
[0024]3、与CVD法相比，渗硅时间接近，而温度由1250°C降低至?820°C，腐蚀性卤化物的含量由?35V.% (SiCl4)下降至0.5?1.0wt% (氯化铵)，从而解决前述CVD法存在的问题(包括能耗大、钢板表面晶界和设备腐蚀严重、因钢板腐蚀而增加的后续温乳操作复杂、铁流失大和FeCl2环境污染等)。
[0025]4、与其它固体渗硅法相比，本发明的渗硅时间显著减少；渗硅剂中无氧化物组分，避免了易氧化的渗硅层内形成孔洞；渗硅剂中作为催化剂的、具有腐蚀性的氯化铵的含量显著减少，有助于延长设备的寿命，最大限度地降低薄板的腐蚀和环境污染；采用常规的工业设备、以低成本即可实现。
【附图说明】
[0026]图1为薄板经过渗硅后横截面扫描电镜照片。
[0027]图2为薄板经过渗硅后表面的X射线衍射谱。其中，横坐标为衍射角2Θ(度)，纵坐标为强度(a.u.)。
[0028]图3为薄板经过扩散退火后表面的X射线衍射谱。其中，横坐标为衍射角2Θ (度)，纵坐标为强度(a.u.)。
【具体实施方式】
[0029]在具体实施过程中，本发明由低硅钢制备高硅钢的方法步骤如下:
[0030]a、以表面光洁的低娃钢热乳板(本发明中低娃钢的含娃量为0.5?1.0wt%，厚度为2.2mm)为基材，进行多道次冷乳，获得厚度为0.1?0.35mm的薄板；
[0031]b、对薄板进行酸洗，以去除表面油污和氧化膜；
[0032]c、在450?550°C的温度范围内、在固体渗硅剂中对冷乳薄板进行20?30分钟的保温，使硅原子沿位错等缺陷扩散，以阻碍薄板的回复和再结晶过程；
[0033]d、在750?820°C的温度范围内、在固体渗硅剂中对经过保温的薄板进行10?30分钟的固体渗娃；
[0034]e、在400±50°C的温度对薄板进行1?3%压下量的乳制，以消除渗硅层中可能存在的孔洞，并改善板型；
[0035]f、在非氧化气氛下，对渗硅的薄板进行850?1100°C、保温30?480分钟(优选为1?5小时)的扩散退火，使娃沿着薄板深度方向扩散，达到表面娃含量为6.5wt%左右；
[0036]g、在氮气保护下，将经过扩散退火的薄板快速冷却(冷却速度彡1000°C /小时)至室温，涂覆MgO涂层(厚度为2?4 μ m)。
[0037]其中，固体渗硅剂由硅粉和氯化铵组成，其中硅粉的纯度多95wt%，氯化铵作为催化剂。保温处理使用的固体渗硅剂由硅粉+1.0?3.0?七％氯化铵(氯化铵占固体渗硅剂的1.0?3.0wt%，其余为硅粉)组成，固体渗硅处理使用的固体渗硅剂由硅粉+0.5?
1.0wt%氯化钱组成(氯化钱占固体渗娃剂的0.5?1.0wt%,其余为娃粉)，固体渗娃剂在使用前需在室温下通入氩气，以排除粉末颗粒间隙中的空气，之后再加热到所述的保温温度和固体渗娃温度。非氧化气氛为氮气、氩气和氮气+氢气(氮气与氢气的体积比为4:1)中的一种。在步骤c保温、步骤d固体渗硅、步骤e乳制、步骤f扩散退火之间，对薄板进行氮气或氩气保护。经过扩散退火的薄板冷却时，用氮气喷射薄板表面。
[0038]下面通过实施例和附图对本发明进一步详细阐述。
[0039]实施例1
[0040]以2.2mm厚度的0.5wt%硅钢热乳板为基材，采用常规的同步乳机进行3道次的冷乳，压下量为84%，得到0.35mm厚度的薄板。通过酸洗去污除锈。将由硅粉+3.0被％氯化铵组成的渗硅剂在室温下通入氩气10分钟，加热至550°C后放入薄板，保温30分钟。将由硅粉+0.5wt%氯化铵组成的渗硅剂在室温下通入氩气10分钟，加热至8