[發明專利]一種顆粒間絕緣的高硅鋼鐵芯及其制備方法

有效

• 申請號: 201611214872.3
• 申請日: 2016-12-26
• 公開（公告）號: CN106783132B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 吳朝陽;李光強;樊希安;李杰;王萬林;甘章華
• 申請（專利權）人: 安徽工業大學;武漢科技大學
• 主分類號: H01F41/02
• 分類號: H01F41/02;H01F1/147;H01F1/24;C23C10/46;B22F1/02
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 蔣海軍;胡鋒鋒

本發明公開了一種顆粒間絕緣的高硅鋼鐵芯及其制備方法，屬于高硅鋼鐵芯技術領域。本發明將高硅鐵硅合金粉末和硅粉混合均勻，在惰性氣體保護下于500～1000℃熱處理0.5～5h；熱處理后的復合粉末在氧化氣氛下于300～600℃氧化處理1～5h，再加入無機氧化物粉末，在惰性氣體保護下，于750～1050℃條件下保溫0.5～4h；將表面絕緣包覆后的高硅鐵硅合金復合粉末置于放電等離子燒結爐中，以20～150℃/min的升溫速率從室溫升至900～1300℃，保溫5～20min，隨爐冷卻，出爐，脫模，即得顆粒間絕緣的高硅鋼鐵芯。本發明制備方法的工藝簡單，周期短，材料利用率高，成本低，且制備所得高硅鋼鐵芯的鐵損更低，機械強度更好、熱穩定性更高、使用壽命更長。

技術領域

本發明屬于高硅鋼鐵芯技術領域，更具體地說，涉及一種顆粒間絕緣的高硅鋼鐵芯及其制備方法。

背景技術

硅鋼是一類重要的軟磁材料，電力和電子工業在制造電機、變壓器、互感器、電抗器及其它電器儀表時都離不開它。研究表明，隨著硅鋼中硅含量的增加，其電阻率提高、渦流損耗降低，相對磁導率和磁感應強度提高，表現出優異的軟磁特性，從而可以滿足電磁轉換裝備高頻化的應用需求。

通常，硅鋼鐵芯的渦流損耗與硅鋼薄板厚度的平方成正比，所以要盡量減少硅鋼薄板的厚度，現有技術中通常是通過軋制的方法將硅鋼薄板的厚度控制在1mm以下，以達到降低渦流損耗的目的。但是，當硅鋼中硅含量超過4.5wt％時，易引起B2和DO₃等有序相的出現，致使其塑韌性急劇下降，延伸率近乎為零，這就導致其軋制、沖裁和成型異常困難，難以通過常規軋制方法將硅鋼薄板厚度控制在1mm以內，從而導致其渦流損耗較大，進而給高硅鋼產品的開發和大批量生產帶來了諸多困難，極大地限制了高硅鋼在工業上的規模化推廣應用。

因此，研究開發出既可以避開其脆性，又能滿足低損耗應用需求的高硅鋼非常必要，這也是當前高硅鋼研究的熱點與難點。目前，在世界范圍內只有日本JFE公司采用化學氣相沉積－擴散退火技術實現了高硅電工鋼薄板的規模化生產，但采用該方法生產高硅鋼薄板的成本相對較高，且污染性較大，從而影響其正常推廣應用。而高硅鋼薄板生產的其他技術，如以軋制技術為代表的熱軋－溫軋－冷軋工藝、以單輥甩帶和雙輥鑄軋為代表的近終成形技術、以粉末冶金為基礎的噴射成形－軋制方法以及粉末軋制技術等也或因成本較高、或因受環境制約、或因工藝成熟度不夠、或因材料利用率較低等問題而制約了其進一步應用。

如，中國專利申請號為201010297551.0的申請案公開了一種高硅鋼薄帶及其制備方法，該申請案通過真空冶煉降低高硅鋼中的夾雜物及有害氣體含量，保證鋼液的純凈度，然后對其進行鑄軋，澆鑄溫度1470℃～1510℃，鑄帶厚度1.5～2.0mm，出鑄輥后對鑄帶進行噴水冷卻，保溫，溫軋，最后經過再結晶退火獲得產品。該申請案是采用傳統軋制技術來制備高硅鋼薄帶的，在一定程度上可以獲得性能相對優異的高硅鋼產品，但采用該方法難以將高硅鋼產品的厚度控制在1mm以內，從而導致其渦流損耗仍較大，無法很好地滿足現有電磁轉換裝備高頻化的應用需求。

又如，申請號為201410354648.9的專利公開了一種晶間絕緣的高硅電工鋼鐵芯及其制備方法，該申請案操作如下：將鐵硅合金粉末、無水乙醇、硅烷偶聯劑和蒸餾水按質量比為1︰(6～10)︰(0.04～0.1)︰(0.2～0.5)依次加入反應容器內，攪拌；再向其中加入正硅酸乙酯或正硅酸甲酯，再加入氨水，繼續攪拌；洗滌，過濾，干燥；然后在600～800℃條件下保溫1～3h，隨爐冷卻，壓制成型；最后置入燒結爐內，在950～1350℃條件下燒結1～10h，隨爐冷卻，即得晶間絕緣的高硅電工鋼鐵芯。采用該申請案的方法在一定程度上能夠降低高硅電工鋼鐵芯的鐵損，且其工藝操作簡單、成本低。但通過該工藝引入的非磁性的SiO₂絕緣層的量較多，會降低飽和磁感應強度和磁導率等；另外包覆的絕緣層致密性難以調控，影響降低高硅鋼鐵芯的渦流損耗的效果。

綜上所述，在完善現有工藝技術的同時，開發新的高硅鋼的制備工藝對于高硅鋼的應用非常必要。

發明內容