專利名稱：連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明旨在提供一種連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的制備方法和裝置，屬于磁性材料制備、復(fù) 合電鍍技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硅鋼因其具有優(yōu)良的軟磁性能而被廣泛的應(yīng)用于電力、電器、通訊及國防工業(yè)中，約占 磁性材料用量的90%~95%。硅鋼片的性能直接影響著國家電力能源的利用效率，因此，開發(fā) 高性能的硅鋼材料一直是冶金、材料工作者追求的目標。硅鋼的制造技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量也是衡 量一個國家特殊鋼生產(chǎn)和科技發(fā)展水平的重要標志之一。
高性能的硅鋼片需要滿足以下幾個要求-
(1) 初始導(dǎo)磁率和最大導(dǎo)磁率要高。這樣，在給定強度的磁場中就能得到更高的磁通密 度(磁感應(yīng)強度)，電機和變壓器的體積和重量才能減少。
(2) 鐵損小。這必須降低硅鋼片在交變磁場中的渦流損失和磁滯損失，前者約占 70% 80%。要降低渦流損失，則必須要求硅鋼片具有最大的電阻率；
(3) 磁致收縮常數(shù)小。這足降低變壓器噪音的根本。
已有的研究表明，提高硅鋼中的硅含量能滿足上述要求，特別是當(dāng)[wt。/。Si]^ 8y。時呈現(xiàn) 最佳的綜合性能，磁致伸縮率幾乎為零、最大導(dǎo)磁率達到峰值、電阻率達峰值導(dǎo)致渦流損耗 低、磁滯損失也最低等，因此成為硅鋼材料的最佳成分目標。但事實上，長期以來硅鋼的含硅 量限于4.5%以下，很難達到4.5%以上。其原因主要是來自加工工藝的限制。 一般條件下冷軋 成0. 3隱的硅鋼片也只能允許[wt。/。Si]-3。/。左右，硅含量再高，則由于這類鋼板材質(zhì)較脆而且硬, 在生產(chǎn)中特別是冷軋時，除了會發(fā)生裂紋、斷帶等缺陷外，還會造成軋制負荷過大等問題，不能 進行大規(guī)模生產(chǎn)。目前國外主要通過在普通低硅鋼板氣相沉積-表面滲硅的方法來制備硅 [wt%Si] =6~8%高硅鋼，然后再采用熱處理的辦法獲得高硅層，但由于氣相沉積需要高真空條 件，不但生產(chǎn)效率無法提高，成本也非常昂貴，因此，開發(fā)廉價高效的高硅硅鋼制備方法仍 然是亟待解決的關(guān)鍵問題。
本發(fā)明主要利用復(fù)合電鍍純鐵和納米硅粉的技術(shù)在硅鋼片表面獲得高硅鍍層，同時經(jīng)過 熱處理工藝來獲得硅含量達6-8%硅的高性能硅鋼。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種連續(xù)制備高硅硅鋼的方法及裝置。
為達到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是本發(fā)明利用在鍍鐵溶液中加入納米硅粉來制備高硅含量硅鋼帶的方法，其過程和步驟
1、 納米復(fù)合電鍍液的配制復(fù)合電鍍Fe-Si復(fù)合鍍層所使用的鍍液是在常溫氯化物鍍鐵 液中添加硅粉得到，納米硅粉的粒度范圍為1(Tl000nm，控制納米硅粉的用量為廣50 g/L—1， 電磁攪拌0. 1 10小時，超聲波振蕩0.廣l小時。電鍍液的組成如下氯化亞鐵350~400 g/L; 氯化鈉1CT20 g/L;氯化錳10 g/L;穩(wěn)定劑關(guān)0310 g/L;抗氧化劑0. 3 g/L;潤濕劑2滴/L， 并用NaCl溶液作為陽極活化劑，溶液pH值為2 3。
2、 納米復(fù)合電鍍工藝配備將納米硅粉顆粒加入合金電鍍液中；將分散好的復(fù)合鍍液倒 入電解池中進行電鍍，陽極材料為純鐵板，陰極材料為0. 1-0.3mni厚的低硅(3wt%Si)硅鋼 片，采用酸性洗滌劑對低硅硅鋼片表面進行預(yù)處理，以獲得清潔的陰極表面。預(yù)處理后，還 必須用去離子水清洗，然后烘干。陰極插入電鍍槽前進行1 5分鐘的活化處理。
3、 納米復(fù)合電鍍操作為在低硅硅鋼帶雙層表面上同時獲得高硅鍍層，采用低硅硅鋼帶 作為陰極，而正對陰極的前后表面設(shè)置純鐵陽極，浸沒在含有納米硅粉的懸浮液中，保持陰 極和陽極距離為10-20mni，使低硅硅鋼帶連續(xù)通過兩個純鐵陽極的中間，在低硅硅鋼帶引出 端設(shè)置導(dǎo)電軋輥，然后將低硅硅鋼帶和陽極與電沉積電源連接，通入合適的電流密度的電解 電流，低硅硅鋼帶也以一定的速度連續(xù)通過電解液中，則由于復(fù)合電鍍的作用，納米硅粉將 復(fù)合進入低硅硅鋼帶的表面鍍層中，且控制電鍍的各工藝參數(shù)，就可以在低硅硅鋼帶的前后 表面上鍍覆含納米硅大約為[wty。Si]-6^y。的高硅鍍層，然后將上述硅鋼帶進行熱處理，即可 獲得商硅表面鍍層的硅鋼帶，由于交流磁場的磁性轉(zhuǎn)換主要集中在硅鋼表層的高硅區(qū)域，因 此上述鍍覆有高硅鍍層的硅鋼鋼帶即具有最佳的電磁性能。
根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的制備方法，其特征在于采用納米復(fù)合電鍍方法，在鍍鐵溶 液中加入納米硅粉，以連續(xù)移動的低硅鋼帶作為電解陰極，在納米復(fù)合電解液中被連續(xù)鍍上 6-8wt%Si的10-1000Mm厚鍍層，實現(xiàn)連續(xù)制備出高硅硅鋼薄帶。
上述方法的具體操作步驟如下
(1) 配制納米復(fù)合電鍍液；
(2) 納米復(fù)合電鍍工藝配備；
(3) 納米復(fù)合電鍍操作。
上述步驟(1)配制納米復(fù)合電鍍液的方法是
①配制鍍鐵溶液，其組成為氯化亞鐵35CT400 g/L;氯化鈉1(T2(J g/L;氯化錳10±lg/L; 穩(wěn)定劑H3NO310士lg/L;抗氧化劑0.3土0.5g/L;潤濕劑2滴/L，用NaCl溶液作為陽極活化劑，溶液pH值為2 3 ;
② 配制納米復(fù)合電鍍液將納米硅粉顆粒加入配制好的鍍鐵溶液中，控制納米硅粉的用
量為1~50 g/L，地磁攪拌0. 1 10小時，超聲波振蕩0.廣10小時。
上述步驟(2)納米復(fù)合電鍍工藝制備為
①將配制好的納米復(fù)合電鍍液倒入電解池中； ②以純鐵板為陽極材料；
③ 以0.1 0. 3mm厚度的0.1-5wt%Si低硅硅鋼帶作為移動的陰極材料，并作一下處理 采用酸性洗滌劑對低硅硅鋼片進行預(yù)處理，以獲得清潔的陰極表面，預(yù)處理后，還須用 去離子水清洗烘干，在插入電鍍槽前進行廣5分鐘的活化處理。
上述步驟(3)納米復(fù)合電鍍操作方法
保持陽極和陰極的距離為1(T20imi，采用自動穩(wěn)流穩(wěn)壓直流電源，使陰極電流密度為 廣10A/dm2，控制溫度在2(T8(TC范圍，控制陰極移動速度，并經(jīng)EDS檢測，使鍍層的硅含量 可以控制在[wty。Si]-6 8，鍍層厚度在l(TlOOOMm范圍。
一種連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的制備裝置，應(yīng)用于根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備高硅硅 鋼薄帶的方法，包括耐酸電解槽5、設(shè)置于電解槽外圍的加熱元件13和控溫?zé)犭娕?、通過 導(dǎo)線連接的一個溫度控制儀21和一個保溫套18、與陰極9和陽極7及17連接的電源20，其 特征在于
1、 兩個陽極呈平行固定排列，兩個陽極7和17通過陽極支架6固定于電解槽中，通過 陽極接頭接至電源20的陽極；
2、 作為陰極9的低硅硅鋼薄帶從所述兩個陽極間距的中心穿過，其一端經(jīng)過一個陰極 夾輥2后系連于一個巻繞機構(gòu)1上，另一端經(jīng)過一個導(dǎo)向輥15后系連于一個輸送機構(gòu) 19上，所述陰極9通過所述陰極夾輥2連接電源20的陰極；
3、 在所述電解槽5內(nèi)設(shè)有一個攪拌裝置12和14。 上述作為陰極的鋼帶的硅含量O. l~5wt%Si的硅鋼帶或純鐵帶。
上述攪拌裝置是一個設(shè)置于電解槽5下方的磁力攪拌機12，在電解槽5的內(nèi)底部配置一 個磁力攪拌子14，或者具有攪拌性質(zhì)的一個機械攪拌機，其攪拌頭插入電解槽5中，或者攪 拌裝置是一個惰性氣體攪拌裝置，其吹氣頭向電解槽5內(nèi)吹惰性氣體進行攪拌。
上述電源為自動穩(wěn)流穩(wěn)壓直流電源，也可以是脈沖頻率在0. 0卜10000Hz的自動穩(wěn)流穩(wěn)壓 穩(wěn)頻的脈沖電源。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著優(yōu)點本方法采用納米復(fù)合電鍍方法，連續(xù)移動的低硅硅鋼帶作為電解陰極，在納米復(fù)合電解 液中被連續(xù)鍍上6-8wt%Si的10-1000Mffl厚鍍層，再經(jīng)過熱處理工藝即可獲得6-8wt%Si的高 性能硅鋼。本裝置是在傳統(tǒng)的電鍍裝置基礎(chǔ)上，設(shè)置巻繞機構(gòu)和輸送機構(gòu)，使低硅鋼薄帶作 為連續(xù)移動的陰極，并在電解槽上配備攪拌裝置。本裝置可用于制備6-8wt%Si的硅鋼帶， 也可制備0.1-5wt%Si的低硅硅鋼帶。本發(fā)明操作簡單，能連續(xù)操作亦可制備大尺寸的高硅 硅鋼材料。


圖1為連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)將本發(fā)明的優(yōu)選實施例結(jié)合附圖敘述于后。
本發(fā)明連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的方法采用納米復(fù)合電鍍方法，在鍍鐵溶液中加入納米 硅粉，硅粉粒徑為10-1000nm，以連續(xù)移動的低硅鋼帶作為電解陰極，在納米復(fù)合電解液中 被連續(xù)鍍上6-8wt%Si的10-1000Mm厚鍍層，實現(xiàn)連續(xù)制備出高硅硅鋼薄帶。 具體操作步驟如下
(1) 配制納米復(fù)合電鍍液；
(2) 納米復(fù)合電鍍工藝配備；
(3) 納米復(fù)合電鍍操作。
本連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的裝置，包括一個耐酸電解槽5、設(shè)置于電解槽外圍的加熱元 件13和控溫?zé)犭娕?、通過導(dǎo)線連接的一個溫度控制儀21和一個保溫套18、與陰極9和陽 極7及17連接的電源20，其特征在于
(1) 兩個陽極呈平行固定排列，兩個陽極7和17通過陽極支架6固定于電解槽中，通 過陽極接頭接至電源20的陽極；
(2) 作為陰極9的低硅硅鋼薄帶從所述兩個陽極間距的中心穿過，其一端經(jīng)過一個陰 極夾輾2后系連于一個巻繞機構(gòu)1上，另一端經(jīng)過一個導(dǎo)向輾15后系連與一個輸 送機構(gòu)19上，所述陰極9通過所述陰極夾輾2連接電源20的陰極；
(3) 在所述電解槽5內(nèi)設(shè)有一個攪拌裝置12。
當(dāng)復(fù)合電鍍過程開啟一定時間后，高硅硅鋼帶巻繞機構(gòu)1啟動，以一定的速度逐步提升， 由于復(fù)合電鍍液16中含有10-1000納米的硅顆粒11，由于復(fù)合電鍍效應(yīng)，則在后續(xù)的低硅 硅鋼帶9的前后表面將復(fù)合鍍覆有大約30-50微米厚的含硅6-8wt。/。的硅鋼鍍層10。該硅鋼鍍 層10經(jīng)過后續(xù)的熱處理，即可用于變壓器、電器元件中達到最佳的導(dǎo)磁效果。在本實施例中，陽極7和17由純鐵板材質(zhì)，陰極9由3wt%Si的硅鋼帶制成，厚度為 0.2-0.3mm，采用磁力攪拌器對復(fù)合電鍍液進行攪拌，使電解液濃度和溫度均勻，有利于復(fù)合 電鍍過程的進行。
本發(fā)明實施例使用的復(fù)合電鍍液16組成為氯化亞鐵35(T400 g/L;氯化鈉l(T20g/L; 氯化錳IO g/L;穩(wěn)定劑仏,310 g/L;抗氧化劑0.3 g/L;潤濕劑2滴/L，并用NaCl溶液作 為陽極活化劑，溶液PH值控制在2-3。電鍍用直流電源20為自動穩(wěn)流穩(wěn)壓電源，陰極電流 密度為l 10A/dm2;控溫裝置21可以將復(fù)合電鍍液16的溫度控制在20 8(TC范圍。
本實施例復(fù)合電沉積裝置制備的高硅鍍層，經(jīng)EDS檢測，鍍層的硅含量可以控制在 [vrt%Si]=6 8，鍍層厚度在IO—IOOO咖范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)。
本發(fā)明由于采用采用納米硅-鐵復(fù)合電沉積方法，可以在低硅硅鋼上鍍覆高硅鐵鍍層，形成高 硅硅鋼結(jié)構(gòu)，可以連續(xù)鍍覆，操作簡單，從而避免其他方法制備高硅硅鋼技術(shù)的不足，為變 壓器、電器等領(lǐng)域的節(jié)能降耗提供優(yōu)質(zhì)的軟磁材料。
權(quán)利要求
1、一種連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的方法，其特征在于采用納米復(fù)合電鍍方法，在鍍鐵溶液中加入納米硅粉，以連續(xù)移動的低硅鋼帶作為電解陰極，在納米復(fù)合電解液中被連續(xù)鍍上6-8wt％Si的10-1000μm厚鍍層，實現(xiàn)連續(xù)制備出高硅硅鋼薄帶。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的方法，其特征在于具體操作步驟如下-(1) 配制納米復(fù)合電鍍液；(2) 納米復(fù)合電鍍工藝配備；(3) ^s:她鵬乍。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的方法，其特征在于所述步驟(1)配制納 米復(fù)合電鍍液的方法是① 配制鍍鐵溶液，其組成為氯化亞鐵350~400 g/L;氯化鈉1(T20 g/L;氯化錳10±lg/L; 穩(wěn)定劑H3NOJ0土lg/L;抗氧化劑0.3土0.5g/L;潤濕劑2滴/L，用NaCl溶液作為陽極活 化劑，溶液PH值為2、；② 配制納米復(fù)合電鍍液將納米硅粉顆粒加入配制好的鍍鐵溶液中，控制納米硅粉的用量 為1 50g/L，納米硅粉平均粒徑為10-1000nm，電磁或機械攪拌或吹氣攪拌0.廣10小時， 超聲波振蕩0. 1 10小時。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的方法，其特征在于所述歩驟(2) 納米復(fù)合電鍍工藝制備為① 將配制好的納米復(fù)合電鍍液倒入電解池中② 以純鐵板為陽極材料；③ 以0.廣0.3mm厚度的0. l_5wt%Si低硅硅鋼帶作為移動的陰極材料，并作以下處理 采用酸性洗滌劑對低硅硅鋼片進行預(yù)處理，以獲得清潔的陰極表面，預(yù)處理后，還須用去 離子水清洗，然后烘干，在插入電鈹槽前進行廣5分鐘的活化處理。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的方法，其特征在于所述步驟(3)納米復(fù)合 電鍍操作方法保持陽極和陰極的距離為10 20mm,采用自動穩(wěn)流穩(wěn)壓直流電源，使陰極 電流密度為廣10A/dm2，控制溫度在2(T8(TC范圍，控制陰極移動速度，并經(jīng)EDS檢測， 使鍍層的硅含量可以控制在[wty。Si]二6 8X，鍍層厚度在1(Tl000咖范圍。
6、 一種連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的裝置，應(yīng)用于根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶 的方法，包括耐酸電解槽(5)、設(shè)置于電解槽外圍的加熱元件(13)和控溫?zé)犭娕?4)、通過 導(dǎo)線連接的一個溫度控制儀(21)和一個保溫套(18)、與陰極(9)和陽極(7、 17)連接的電源 (20)，其特征在于(1) 兩個陽極呈平行固定排列，兩個陽極(7、 17)通過陽極支架(6)固定于電解槽中， 通過陽極接頭接至電源(20)的陽極；(2) 作為陰極(9)的低硅硅鋼薄帶從所述兩個陽極間距的中心穿過，其一端經(jīng)過一個陰 極夾輥(2)后系連于一個巻繞機構(gòu)(1)上，另一端經(jīng)過一個導(dǎo)向輾(15)后系連與一 個輸送機構(gòu)(19)上，所述陰極(9)通過所述陰極夾輥(2)連接電源(20)的陰極；(3) 在所述電解槽(5)內(nèi)設(shè)有一個攪拌裝置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的裝置，其特征在于所述作為陰極9的鋼帶 的硅含量為0. l 5wt%Si的硅鋼帶或純鐵帶。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的裝置，其特征在于所述攪拌裝置是一種設(shè) 置于電解槽5下方的磁力攪拌機12，在電解槽5的內(nèi)底部配置一個磁力攪拌子14,或者 具有攪拌性質(zhì)的一個機械攪拌機，其攪拌頭插入電解槽5中，或者攪拌裝置是一個惰性氣體攪拌裝置，其吹氣頭向電解槽5內(nèi)吹惰性氣體進行攪拌。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的裝置，其特征在于所述電源20為自動穩(wěn)流穩(wěn)壓直流電源，也可以是脈沖頻率在0. Ol-lOOOOHz的自動穩(wěn)流穩(wěn)壓穩(wěn)頻的脈沖電源。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供一種連續(xù)制備高硅硅鋼薄帶的方法和裝置。本方法是采用納米復(fù)合電鍍方法，在鍍鐵溶液中加入10-1000nm硅粉，以連續(xù)移動的低硅鋼帶作為電解陰極，在納米復(fù)合電解液中被連續(xù)鍍上6-8wt％Si的10-1000μm厚復(fù)合鍍層，實現(xiàn)連續(xù)制備出高硅硅鋼薄帶。本裝置是在傳統(tǒng)的電鍍裝置基礎(chǔ)上，設(shè)置卷繞機構(gòu)和輸送機構(gòu)，使低硅硅鋼薄帶作為連續(xù)移動的陰極，往電解液中加入納米硅粉以實現(xiàn)鐵和硅的共沉積，并在電解槽上配備攪拌裝置，經(jīng)由本發(fā)明的復(fù)合電鍍過程，可在低硅鋼帶鍍覆上6-8wt％Si的高硅硅鋼鍍層，經(jīng)過熱處理即可得到最佳磁性能的高硅硅鋼材料。本發(fā)明操作簡單，能連續(xù)操作并且可以制備大尺寸的高硅硅鋼材料。
文檔編號C25D15/00GK101560687SQ20091005202
公開日2009年10月21日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者張永順, 超 汪, 鐘云波 申請人:上海大學(xué)