取向高硅钢的结构、织构与性能

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取向高硅钢(Fe-6.5wt.%Si)具有优异的综合磁性能(铁损低、磁导率高、磁致伸缩系数接近于零),主要用作高效率、低噪音、低铁损变压器的铁芯。但是,硅含量的增加使其加工性能变差,难以通过轧制工艺进行生产。目前,只有日本的化学气相沉积(CVD)法能够用于小规模生产,但是存在处理温度高、卤化物腐蚀板材和设备等缺点。与CVD法相比,固体粉末包埋法能够在温度和腐蚀性卤化物含量均较低的条件下实现渗硅,将其用于取向硅钢,就有可能在不改变织构的同时增加板材中的硅含量,从而获得取向高硅钢。据此本工作开展了取向硅钢的固体渗硅研究,包括:对取向硅钢进行固体渗硅和扩散退火,确定组织、物相、成分的演变及其影响因素;对典型样品进行磁性能和硬度测试,确定组织、物相、成分与性能的关系;对原始样品和渗硅+扩散退火样品进行织构分析,确定用固体渗硅+扩散退火制备取向高硅钢的可行性,主要结论如下:(1)在750~850℃进行固体渗硅,可以在取向硅钢上获得表面平整、内部致密、与基体结合良好的渗硅层;提高渗硅温度和时间均能增加渗硅层厚度,其中温度的影响更大;渗硅过程中,表面依次形成Fe3Si和FeSi相。(2)渗硅样品经过950~1050℃的扩散退火后,渗硅层与基体之间界面消失、组织更加均匀、Si沿深度趋于均匀分布,提高退火温度更有助于加快这种进程;经过950℃、1~2 h扩散退火后表面为Fe3Si相,随扩散温度和时间的增加表面物相转变为的α-Fe相。(3)经过渗硅和扩散退火后,样品在低频下铁损均高于原始取向硅钢,而高频下铁损则显著降低(达93.93%);磁感应强度略有降低。(4)显微硬度随硅含量的增加而升高,FeSi相的硬度高于Fe3Si相;随扩散退火温度和时间的增加,样品表面硬度下降,心部硬度升高,经过1050℃扩散退火后,硬度沿深度保持恒定。(5)取向硅钢经过渗硅和扩散退火后高斯(Goss)织构未改变,因此通过固体渗硅和扩散退火可以制备取向高硅钢。
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