一种高磁性高硅电工钢及其制备方法与流程

本发明属于高硅电工钢技术领域。具体涉及一种高磁性高硅电工钢及其制备方法。

背景技术：

高性能硅钢片必须具备高初始磁导率、高最大磁导率、铁损小和磁致伸缩系数小等特点，以实现电机和变压器的小型化、高效化和低噪音。已有的研究表明，提高硅钢中的硅含量能满足上述要求，特别是当硅含量在6.5％时呈现最佳的综合性能，磁致伸缩率几乎为零，同时具有高导磁率和高电阻率，而高电阻率将导致涡流损耗大大降低。但是由于硅含量超过3.0wt％，硅钢薄带的脆性突增，延伸率大大降低，生产难度增大，导致长期以来硅钢的含硅量限于4.0wt％以下，很难达到4.0wt％以上。

为生产高硅电工钢，人们发明了很多方法，虽各有优点，但亦存在如下缺陷：轧制法和快速凝固法操作复杂、成本较高、设备要求较高，难以进行大规模工业生产；气相沉积法则易腐蚀设备和污染环境大，违背了可持续发展的原则。而电镀法在工业上拥有广泛的应用，扩散退火也是成熟的工艺，为此采用复合电镀法，在低硅钢带上镀覆Fe-Si复合镀层，再经过热处理扩散制备高硅电工钢的设想近年来受到研究者的广泛关注，提出了不同的方法以及工艺装置，如“电刷复合镀法制备高硅硅钢薄带的方法及硅钢带连续制备装置”(CN 103320842 B)和“磁场下连续制备高硅钢薄带的方法及装置”(CN 102925937 B)。然而不佳的复合电镀工艺不能满足生产高性能高硅钢的要求，如在硅钢表面生成的镀层中硅含量不高，扩散退火后，整体硅含量提高不够，难以实现6.5wt％高硅钢的生产(潘应君等.铁与硅粉及硅铁粉复合电镀工艺的研究[J].电镀与精饰.2004.26(6):13-15)，又如复合电镀工艺获得的镀层与基体结合不好，易起皮，表面质量差，镀层表面粗糙(周鹏伟等.垂直稳恒磁场下Fe-纳米Si颗粒复合电沉积[J].北京科技大学学报.2012.36(6)：787-794)，这使得扩散退火后叠片系数低，影响产品质量。

技术实现要素：

本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的是提供一种磁性能优异和质量高的高磁性高硅电工钢及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：将冷轧硅钢板浸泡在复合电镀液中，复合电镀液的温度为5～45℃，采用双脉冲电源对所述冷轧硅钢板进行复合电镀，复合电镀时间为10～30分钟，再用蒸馏水和无水乙醇进行清洗，得到含富硅电镀层硅钢板；然后在所述含富硅电镀层硅钢板表面均匀覆盖一层硅粉，硅粉层的厚度为30～50μm，最后置入热处理炉中，在还原性气氛和900～1100℃条件下保温3～6小时，制得高磁性高硅电工钢。

所述双脉冲电源是：正脉冲电流密度为8～12A/dm²，负脉冲电流密度为0.8～1.2A/dm²，正占空比为40～80％，负占空比为8～12％。

所述复合电镀液的化学成分是：氯化亚铁为150～650g/L，碘化钾为1～4g/L，氯化钠为20g/L，硼酸为2g/L，四水氯化锰为1～20g/L，硅粉为5～100g/L，复合电镀液的pH值为0.5～2.5。

复合电镀液的pH值为0.5～2.5是指，在复合电镀过程中，每2～3min测量一次复合电镀液pH值，用浓度为37.5wt％的浓盐酸将复合电镀液的pH值调整至0.5～2.5。

所述硅粉的粒度为0.5～5μm，Si含量≥99.9wt％。

所述还原性气氛中N₂含量为50～80Vol％，H₂含量为20～50Vol％；N₂纯度≥99.5％，H₂纯度99.5～99.8％。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

1、本发明采用双脉冲电源进行复合电镀，使镀层中硅颗粒分布均匀，与基体结合紧密，同时镀层表面无裂纹、无孔洞，表面粗糙度低，复合电镀镀层质量高。

2、本发明对含富硅电镀层硅钢板表面涂覆纯硅粉，使镀层与退火气氛隔绝，有效降低复合电镀镀层中的硅与还原性气氛中的氢气发生反应，促进镀层中的硅向基体中扩散，使硅含量均匀，磁性能更优异。

本发明所制备的高磁性高硅电工钢经检测：铁损P_10/50为0.50～0.58/W·Kg^-1，铁损P_10/400为1.95～1.99/W·Kg^-1，铁损P_2/1000为3.01～3.30/W·Kg^-1；磁感B₈为1.73～1.78T；Si含量为5.0～7.5wt％。

因此，本发明具有磁性能优异和质量高的特点。

附图说明

图1是本发明制备的一种高磁性高硅电工钢的表面形貌图；

图2是图1所示高磁性高硅电工钢的表面硅元素分布图；

图3是本发明制备的另一种高磁性高硅电工钢的表面形貌图；

图4是图3所示高磁性高硅电工钢的表面硅元素分布图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述，并非对其保护范围的限制。

本具体实施方式中：

所述复合电镀液的化学成分是：氯化亚铁为150～650g/L，碘化钾为1～4g/L，氯化钠为20～g/L，硼酸为2～g/L，四水氯化锰为1～20g/L，硅粉为5～100g/L，复合电镀液的pH值为0.5～2.5。

复合电镀液的pH值为0.5～2.5是指，在复合电镀过程中，每2～3min测量一次复合电镀液pH值，用浓度为37.5wt％的浓盐酸将复合电镀液的pH值调整至0.5～2.5。

所述硅粉的粒度为0.5～5μm，Si含量≥99.9wt％。

所述还原性气氛中N₂含量为50～80Vol％，H₂含量为20～50Vol％；N₂纯度≥99.5％，H₂纯度99.5～99.8％。

实施例中不再赘述。

实施例1

一种高磁性高硅电工钢及其制备方法。将冷轧硅钢板浸泡在复合电镀液中，复合电镀液的温度为15～35℃，采用双脉冲电源对所述冷轧硅钢板进行复合电镀，复合电镀时间为10～15分钟，再用蒸馏水和无水乙醇进行清洗，得到含富硅电镀层硅钢板；然后在所述含富硅电镀层硅钢板表面均匀覆盖一层硅粉，硅粉层的厚度为30～40μm，最后置入热处理炉中，在还原性气氛和900～1000℃条件下保温5～6小时，制得高磁性高硅电工钢。

所述双脉冲电源是：正脉冲电流密度为8～10A/dm²，负脉冲电流密度为0.8～1.0A/dm²，正占空比为40～60％，负占空比为8～10％。

本实施例所制备的高磁性高硅电工钢经检测：铁损P_10/50为0.5～0.53/W·Kg^-1，铁损P_10/400为1.95～1.97/W·Kg^-1，铁损P_2/1000为3.01～3.10/W·Kg^-1；磁感B₈为1.73～1.75T；Si含量为5.5～7.0wt％。

实施例2

一种高磁性高硅电工钢及其制备方法。将冷轧硅钢板浸泡在复合电镀液中，复合电镀液的温度为5～25℃，采用双脉冲电源对所述冷轧硅钢板进行复合电镀，复合电镀时间为20～30分钟，再用蒸馏水和无水乙醇进行清洗，得到含富硅电镀层硅钢板；然后在所述含富硅电镀层硅钢板表面均匀覆盖一层硅粉，硅粉层的厚度为35～45μm，最后置入热处理炉中，在还原性气氛和950～1050℃条件下保温4～5小时，制得高磁性高硅电工钢。

所述双脉冲电源是：正脉冲电流密度为9～11A/dm²，负脉冲电流密度为0.9～1.1A/dm²，正占空比为50～70％，负占空比为9～11％。

本实施例所制备的高磁性高硅电工钢经检测：铁损P_10/50为0.52～0.56/W·Kg^-1，铁损P_10/400为1.96～1.98/W·Kg^-1，铁损P_2/1000为3.05～3.15/W·Kg^-1；磁感B₈为1.74～1.76T；Si含量为5.0～6.5wt％。

实施例3

一种高磁性高硅电工钢及其制备方法。将冷轧硅钢板浸泡在复合电镀液中，复合电镀液的温度为25～45℃，采用双脉冲电源对所述冷轧硅钢板进行复合电镀，复合电镀时间为15～25分钟，再用蒸馏水和无水乙醇进行清洗，得到含富硅电镀层硅钢板；然后在所述含富硅电镀层硅钢板表面均匀覆盖一层硅粉，硅粉层的厚度为40～50μm，最后置入热处理炉中，在还原性气氛和1000～1100℃条件下保温3～4小时，制得高磁性高硅电工钢。

所述双脉冲电源是：正脉冲电流密度为10～12A/dm²，负脉冲电流密度为1.0～1.2A/dm²，正占空比为60～80％，负占空比为10～12％。

本实施例所制备的高磁性高硅电工钢经检测：铁损P_10/50为0.54～0.58/W·Kg^-1，铁损P_10/400为1.97～1.99/W·Kg^-1，铁损P_2/1000为3.10～3.30/W·Kg^-1；磁感B₈为1.75～1.78T；Si含量为6.5～7.5wt％。

本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：

1、本具体实施方式采用双脉冲电源进行复合电镀，使镀层中硅颗粒分布均匀，与基体结合紧密，同时镀层表面无裂纹、无孔洞，表面粗糙度低，复合电镀镀层质量高。

2、本具体实施方式对含富硅电镀层硅钢板表面涂覆纯硅粉，使镀层与退火气氛隔绝，有效降低复合电镀镀层中的硅与还原性气氛中的氢气发生反应，促进镀层中的硅向基体中扩散，使硅含量均匀，磁性能更优异。

图1是实施例1制备的一种高磁性高硅电工钢的表面形貌图；图2是图1所示高磁性高硅电工钢的表面硅元素分布图；图3是实施例2制备的一种高磁性高硅电工钢的表面形貌图；图4是图3所示高磁性高硅电工钢的表面硅元素分布图。从图1和图3可以看出所制备的高磁性高硅电工钢的表面无裂纹、无孔洞和无厚度起伏；从图2和图4可以看出，所制备的高磁性高硅电工钢的表面的硅元素分布均匀。

本具体实施方式所制备的高磁性高硅电工钢经检测：铁损P_10/50为0.50～0.58/W·Kg^-1，铁损P_10/400为1.95～1.99/W·Kg^-1，铁损P_2/1000为3.01～3.30/W·Kg^-1；磁感B₈为1.73～1.78T；Si含量为5.0～7.5wt％。

因此，本具体实施方式具有磁性能优异和质量高的特点。