[發明專利]一種梯度高硅鋼的制備工藝

在審

• 申請號: 201811448538.3
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109280891A
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 鐘慶東
• 申請（專利權）人: 湖南上臨新材料科技有限公司
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/35;C23C14/16;C23C14/58;C22C33/04;C22C38/02
• 代理公司: 岳陽市大正專利事務所 43103
• 代理人: 皮維華

本發明公開了一種梯度高硅鋼的制備工藝，將錳、鈮、釩等微量合金元素、純度金屬硅和純鐵按比例放入高頻真空感應加熱爐中，抽真空澆鑄成FeSi合金錠，然后加工成陰極靶材，備用；將上述陰極靶材放置于鍍膜室，氬氣作為濺射氣體進行陰極離子鍍；使表層硅含量達到6.5wt%左右；再退火、涂層，并進行磁性能檢測。本發明通過利用改進硅鋼成分和多弧離子鍍膜制備技術來制備梯度高硅鋼薄板，通過陰極電弧放電在靶材表面附近產生的等離子體，改善反應離子鍍膜質量。使得表層硅含量6.5%，內部呈梯度分布，按一定的梯度逐一遞減，電阻率高，磁導率高，磁通集中在表面，渦流也集中在表面，損耗小，內部硅含量低于6.5%，總的損耗低的6.5%硅鋼。

技術領域

本發明涉及一種6.5wt%Si高硅鋼，特別是涉及一種6.5wt%Si梯度高硅鋼的制備工藝技術，屬于材料加工領域。

背景技術

硅鋼是電力、電子和軍事工業不可或缺的重要軟磁合金，主要用作各種電機、發電機和變壓器的鐵芯。提高硅鋼中硅的含量可提高硅鋼性能，尤其當 Si 含量為 6.5wt%時，性能可達到最佳狀態，但隨硅含量的增高，硅鋼的脆性也隨之增大，對其加工性能產生不利影響，在軋制過程中易出現裂紋。所以利用軋制工藝制備高硅鋼的發展相對緩慢，因此需要新的制備工藝來替代傳統軋制工藝的制備技術。高硅鋼由于其含有較高的Si，且由于其共價鍵本質，使其固溶明顯，造成硬度偏高，合金變得沒有韌性，非常易碎，機械加工和熱加工性能惡化的極為差勁。此外，金屬間化合物還存在著明顯的環境脆性，所以在高硅鋼的加工過程中要改善其低溫塑性，降低金屬間化合物的環境脆性，提高材料的塑性。本發明是通過利用改進硅鋼成分和多弧離子鍍膜制備技術來制備梯度高硅鋼薄板，通過陰極電弧放電在靶材表面附近產生的等離子體，改善反應離子鍍膜質量。使得表層硅含量6.5%，內部呈梯度分布，按一定的梯度逐一遞減，電阻率高，磁導率高，磁通集中在表面，渦流也集中在表面，損耗小，內部硅含量低于 6.5%，總的損耗低的 6.5%硅鋼。

發明內容

本發明涉及一種梯度高硅鋼的制備工藝技術，通過改進硅鋼原材料的成分，加入Mn、Nb、V等微量合金元素來實現改變硅鋼的強度，韌性，同時采用多弧離子鍍技術制備高硅梯度鋼，使得硅含量從外到內呈現梯度分布。由于加入了Mn、Nb、V這一類的微合金元素，一方面形成細小碳化物粒子通過析出強化提高強度，另一方面固溶Nb抑制退火時的再結晶，阻礙晶粒的長大，從而硅鋼的強度、韌性和塑性得以提高。同時采用4G陰極電弧和磁控濺射，在強磁場的作用下，陰極電弧放電在靶材表面附近產生的等離子體，會被推向鍍膜區域，大大增強了真空室內的等離子體密度，改善了反應離子鍍膜的環境和條件；從而能顯著改善反應離子鍍膜質量，磁控濺射粒子能量高，膜結合力更好，有利于制得硅含量分布成梯度的高硅鋼，拓展高硅鋼在該領域的應用。

本發明采用如下技術方案：一種梯度高硅鋼的制備工藝，其特征在于包括如下步驟：

a. 原料準備：3.5wt%的99.95%純度金屬硅，93.5~94wt%的99.5%純鐵，2.5~3 wt%的微量合金元素，其中微量合金元素為錳、鈮、釩等微量合金元素；

b. 冶煉：50kg高頻真空感應加熱爐，將微量合金元素，99.95%純度金屬硅和純鐵按照比例放入50Kg高頻真空感應加熱爐中，抽真空后開始加熱，澆鑄成FeSi合金錠，然后加工成陰極靶材，備用；

c. 多弧離子鍍膜技術：采用LZD1300電弧離子鍍膜設備，4G陰極電弧和磁控濺射。基體材料為上述陰極靶材，將上述陰極靶材放置于體積分數10%的HCL溶液中進行除銹，再置于無水乙醇中超聲清洗10min，吹干，放入鍍膜室；抽真空后，通入99.99%氬氣作為濺射氣體進行陰極離子鍍，在強磁場下，陰極電弧放電在靶材表面附近產生的等離子體，會被推向鍍膜區域，大大增強了真空室內的等離子體密度，改善了反應離子鍍膜的環境和條件；從而能顯著改善反應離子鍍膜質量；磁控濺鍍過程中Ar壓力維持在5Pa左右，磁控濺射沉積時間為1.5~2h，使表層硅含量達到6.5wt%左右；

d. 退火：在550℃，真空環境下退火0.5~2h。