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目前,降低能源损耗、节约能源是全世界都十分关注的课题。据统计,电工钢铁芯损耗所造成的电量损失约为全国全年发电量的5%。降低电工钢的铁损,既能够节省大量电能,同时还可以简化复杂的冷却装置,并且能够大幅度延长电机与变压器的使用寿命。所以,各个电工钢生产厂家总是想方设法降低电工钢的铁损,并且将铁损作为衡量产品品质好坏的最重要指标。电工钢又被称为硅钢,是现代工业中不可或缺的重要软磁合金。其最重要的软磁性能指标铁损与硅钢中Si的含量密切相关。随Si含量增加,Fe-Si合金电阻率ρ增大,铁损降低,表现出优异的软磁性能;当硅钢中Si含量增加到6.5%(质量分数,下同)时,其铁损显著降低,为目前商用硅钢(含Si量低于3%)的一半左右,并且磁致伸缩系数近似为零,所以Fe-6.5%Si高硅钢是最为理想的软磁铁芯材料。但是,因Si含量超过4%时,Fe-Si合金硬度与脆性急剧增加,加工性能变得极差,难以采用传统轧制方法制备成薄板,严重限制了其在工业领域的应用。Al元素对硅钢软磁性能所起的作用与Si相似,但Al对硅钢加工性能的影响不像Si那样显著。所以本文设计采用PVD法在Fe-3%Si薄板表面沉积Al膜并通过高温真空扩散处理,制成Fe-6.5%(Si+Al)软磁合金,然后研究其软磁性能和机械性能。本文研究了磁控溅射气压、功率参数对Al膜沉积速率的影响,确定出制备Al膜的工艺参数:溅射气压0.45 Pa,溅射功率密度6.05 W/cm~2,此时Al膜沉积速率达到130nm/min;通过对该工艺条件下所制备Al膜的形貌与结构分析,表明Al膜生长致密均匀,呈多晶态。研究了高温真空扩散工艺参数(扩散温度、扩散时间)对Al在Fe-3%Si硅钢基体中扩散深度与均匀性的影响规律,确定出最佳的扩散工艺参数为扩散温度1200℃,扩散时间2.5 h。此时,Al元素均匀分布在Fe-3%Si硅钢基体中。在研究中发现Al渗入能使Fe-3%Si硅钢中的Si元素发生上坡扩散。对Fe-3%Si硅钢基体进行循环高温真空退火处理,发现高温真空退火处理也能够提升合金软磁性能,使其涡流损耗与磁滞损耗均有所降低。研究了扩散退火工艺过程对硅钢磁性能的影响,通过对Fe-3%Si硅钢进行随炉高温真空退火处理,发现对Fe-3%Si硅钢基片的磁性能有一定积极作用,随着退火高温次数的增加,其涡流损耗与磁滞损耗都相应的降低,最终使总的铁损有所下降研究了Al渗入对Fe-3%Si硅钢的晶体结构、硬度、电阻率、软磁性能的影响,发现随着Al含量的增加其晶格常数、硬度、电阻率均近似于线性增大。当(Si+Al)含量达6.5%时,其硬度为350 HV,低于Fe-6.5%Si高硅钢的395 HV,弯折试验表明Fe-6.5%(Si+Al)软磁合金具有更好的韧性;Fe-6.5%(Si+Al)软磁合金电阻率为78μΩ·cm,略低于Fe-6.5%高硅钢的82μΩ·cm。Al渗入使合金涡流损耗显著降低,磁滞损耗略有增加,饱和磁感应强度降低。相比于Fe-3%Si初始基体,渗Al制成Fe-6.5%(Si+Al)软磁合金高频铁损值降低了约12.5%。