專(zhuān)利名稱(chēng)：磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的方法及裝置。屬于磁性材料制備、復(fù)合電鍍技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
硅鋼是電學(xué)、磁學(xué)領(lǐng)域中產(chǎn)量和用量最大的軟磁材料，廣泛應(yīng)用于電力、電子和軍事工業(yè)中的能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域，因此也是節(jié)能潛力巨大的重要金屬功能材料。從理論上很早就已知道，如果把硅鋼中的硅含量增高到6.5%，就可以使磁致伸縮趨近于零，磁性能最佳。但是當(dāng)硅含量超過(guò)4被％后，隨著硅含量的增加，材質(zhì)變脆，以致難以進(jìn)行軋制和沖壓加工。
目前，對(duì)Fe_6.5wt%Si的硅鋼薄帶的制備方法進(jìn)行了很多研究，提出了多種制備工藝，如粉末軋制法、CVD法等。粉末冶金法需要進(jìn)行粉體混合、壓制成型、燒結(jié)，多道次軋制、涂覆MgO粉絕緣層、二次燒結(jié)等步驟，工藝復(fù)雜，硅的均勻性及工藝的連續(xù)性差、致密度差、能耗高，且仍受到硅鋼脆性的限制。日本的NKK公司開(kāi)發(fā)的CVD法生產(chǎn)的薄帶硅鋼具備很好的磁性能，并已經(jīng)小規(guī)模進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)，但存在沉積溫度高、能耗大、硅鋼表面質(zhì)量差、需溫軋平整、鐵流失嚴(yán)重等缺點(diǎn)，同時(shí)SiCl4具有較強(qiáng)腐蝕性，遇水蒸氣即產(chǎn)生鹽酸酸霧，反應(yīng)產(chǎn)物FeCl2廢氣污染環(huán)境而無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。此外還有PCVD法、熔鹽電沉積法、激光熔敷噴涂法和電子束物理氣相沉積法等，但是上述方法在生產(chǎn)工藝的可控性、成本及環(huán)保等方面仍有待進(jìn)一步的改進(jìn)。因此，開(kāi)發(fā)廉價(jià)高效的高硅硅鋼制備方法仍然是亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的方法及裝備，利用靜磁場(chǎng)復(fù)合電鍍技術(shù)在低硅鋼片表面獲得高硅鍍層，然后經(jīng)過(guò)熱處理工藝來(lái)獲得具有優(yōu)異磁性能的6. 5wt%Si的高硅硅鋼薄帶，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)尺寸、低溫、連續(xù)操作，且可以制備出近終型的薄帶，因此大幅度降低制備成本。為達(dá)到上述目的，構(gòu)思是將粒徑范圍和特定硅含量的硅鐵合金顆粒加入鍍鐵電解液中，采用電工純鐵板作為陽(yáng)極，采用低硅的硅鋼薄帶作為陰極，利用復(fù)合鍍方法，在低娃娃鋼薄帶上鍍覆一層娃含量大于6. 5wt%Si的復(fù)合鍍層。但由于僅米用復(fù)合鍍的方法，無(wú)法提高復(fù)合鍍層中硅的含量達(dá)到10wt%以上，則最終經(jīng)熱處理就無(wú)法獲得整體含量為6. 5wtSi的高硅硅鋼帶。為此，本發(fā)明提出，在復(fù)合鍍過(guò)程中，施加一個(gè)恒定的外磁場(chǎng)(O. 001 20特斯拉(T))，考慮到硅鐵合金顆粒具有較強(qiáng)的磁性，而陰極材料也為鐵磁性材料，因此，可以利用磁場(chǎng)力來(lái)調(diào)控硅鐵顆粒吸附在陰極表面，進(jìn)而促進(jìn)其復(fù)合進(jìn)入鐵-硅鐵粉復(fù)合鍍層，從而可以顯著提高復(fù)合鍍層中的硅含量，為后續(xù)的熱處理提供充足的硅源，因此，最終熱處理的硅鋼片中硅含量將達(dá)到6. 5wt%的最佳值。根據(jù)上述發(fā)明構(gòu)思，一種磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的方法，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下a)硅鐵合金顆粒的制備將不同比例的純鐵粉和純硅粉混合均勻，混合粉中硅含量控制在7wt%Si 99%wt%Si范圍，然后在高真空高溫(1400 1600°C )下熔煉形成硅鐵合金，然后將得到的合金采用真空電弧霧化或者行星球磨的方法磨制成O. I 3 μ m的粉末。b)電解液的配制0. 01 10mol/L FeSO4, O. 01 10mol/L FeCl2, O. 01 10mol/LNH4Cl,還原鐵粉O. I 10g/L,濕潤(rùn)劑I 50滴/L，專(zhuān)用分散劑O. I 50g/L，然后用0. I IOmo 1/L的H2SO4調(diào)節(jié)pH值為0. 5 5，加入0. I 500g/L的硅鐵合金顆粒。c)磁場(chǎng)下電沉積施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 001 20T,采用0. 05 0. 5mm厚的純鐵薄帶或者低硅硅鋼薄片為陰極，寬度為10-2000mm，低硅鋼薄帶的硅含量為0. l-4wt%,以純鐵片或者低硅鋼板為陽(yáng)極，采用水浴加熱或者蒸汽加熱方式將電鍍液溫度控制在20 950C ;為保證電鍍液溫度和成分均勻，可以采用機(jī)械攪拌、超聲波攪拌或者采用酸液泵循環(huán)的方式攪拌電鍍液；將電極放入電解槽中，通入0. 5A 2000A/dm2直流電流進(jìn)行復(fù)合電鍍；
d)為保證得到連續(xù)的高硅復(fù)合鍍層，將低硅鋼薄帶陰極連續(xù)地通過(guò)上下陽(yáng)極間的間 隙，陰極走帶速度可以控制在0. 001-10m/s ;陰極和陽(yáng)極間距保持在0. 5-10cm ;通過(guò)控制陰極走帶速度、電流密度、電鍍液中硅鐵合金顆粒濃度、硅鐵合金顆粒中硅含量、磁場(chǎng)強(qiáng)度等多個(gè)因素來(lái)控制復(fù)合鍍層中的硅含量。為制備總體呈6. 5wt%Si的高硅鋼薄帶，復(fù)合鍍層中的硅含量可控制在7. 0-99wt%之間；復(fù)合鍍層的厚度為10-1000微米；陰極硅鋼帶采取放卷和收卷的方式，實(shí)現(xiàn)成卷高娃鋼薄帶的制備。e)均勻化擴(kuò)散退火將上述步驟得到的平均含硅量約為6. 5Wt%的鐵-硅鐵合金顆粒復(fù)合鍍層鋼帶，經(jīng)干燥烘干后放入帶惰性氣體(氬氣、氮?dú)饣蛘呋旌蠚怏w)，或?yàn)檫€原氣體(一氧化碳、氫氣、氨氣、甲烷)或者為惰性氣體與還原氣體混合氣保護(hù)的管狀電爐中進(jìn)行連續(xù)熱處理擴(kuò)散處理，得到平均硅含量為6. 5Wt%且分布均勻的取向或無(wú)取向硅鋼片。熱處理溫度控制在1000-1300°C，熱處理時(shí)間為1-10小時(shí)。上述陰極材料可以為純鐵薄帶，也可以為低硅鋼薄帶，采用砂紙打磨光潔，然后用酸洗和丙酮除脂后放入電鍍液。陽(yáng)極材料為純鐵板或者低硅鋼板。上述電鍍用電源可以為幅值恒定的直流電源，或?yàn)檎伎毡群皖l率可調(diào)的脈沖電源，或者是占空比、頻率和周期可反向的直流電源，為電鍍過(guò)程提供不同特性的電流。磁場(chǎng)發(fā)生器可以為電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)，也可以為永久磁鐵采用磁路設(shè)計(jì)得到的磁場(chǎng)，還可以是采用Bitter磁體或者超導(dǎo)磁體或者Bitter磁體和超導(dǎo)磁體混合磁體提供的磁場(chǎng)，提供的磁感應(yīng)強(qiáng)度為0. 001—20To一種磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的裝置，應(yīng)用于上述方法，包括恒定磁場(chǎng)發(fā)生器、水冷裝置、絕熱材料、加熱裝置、耐溫電鍍槽、電鍍液、前導(dǎo)向定滑輪、純鐵片上陽(yáng)極、電鍍槽蓋板、高硅鍍層硅鋼帶卷繞機(jī)構(gòu)、聚四氟乙烯底、機(jī)械攪拌槳、機(jī)械攪拌控制裝置、純鐵片下陽(yáng)極、熱電偶、低硅鋼帶陰極、后導(dǎo)向定滑輪、控溫儀、直流電源、陰極電夾輥和低硅鋼輸送機(jī)構(gòu)組成。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有顯而易見(jiàn)的突出實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步
(I)在施加恒定磁場(chǎng)的條件下進(jìn)行電鍍，利用磁場(chǎng)力對(duì)磁化顆粒的吸引從而提高鍍層的娃含量。(2)由于電沉積過(guò)程是在磁場(chǎng)的條件下進(jìn)行，由于磁晶各向異性和感生各向異性的作用，通過(guò)調(diào)節(jié)電流密度、磁場(chǎng)強(qiáng)度等參數(shù)可以使組織取向，提高磁性能。
(3)整個(gè)制備過(guò)程不存在壓力加工或其性變形過(guò)程，可以從根本上避免任何由于Fe-6. 5wt% Si的低塑性而導(dǎo)致的加工困難。(4)硅鐵合金顆粒的沉積速度和擴(kuò)散速度可以通過(guò)調(diào)節(jié)沉積的電流密度、磁場(chǎng)強(qiáng)度和機(jī)械攪拌速度，避免硅鋼薄帶表面硅含量過(guò)高。(5)在進(jìn)行熱處理的時(shí)候，由于采用O. l-3um的微細(xì)硅鐵合金顆粒，不但粒徑細(xì)小，與鐵鍍層基體具有較大的接觸面積，有利于硅元素的擴(kuò)散均勻，且由于硅鐵合金顆粒已經(jīng)合金化，因此具有與常規(guī)的復(fù)合鍍硅顆粒具有更低的擴(kuò)散阻力，可以得到更為均勻的Fe-6. 5wt%Si娃鋼薄帶。(6)采用低溫(20_90°C)復(fù)合鍍的方式，可以大大節(jié)約能源；生產(chǎn)工藝穩(wěn)定可控。(7)對(duì)基體的原結(jié)構(gòu)影響小。(8)該方法可以進(jìn)行大規(guī)模連續(xù)操作，有望制備出寬幅、長(zhǎng)尺寸的高硅硅鋼帶，并 大大降低生產(chǎn)成本。(9)使用的藥劑廉價(jià)，易獲得，且消耗少。


圖I為本發(fā)明方法中所用的專(zhuān)用裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例結(jié)合附圖敘述于后。實(shí)施例一
I.磁場(chǎng)下連續(xù)制備高娃鋼薄帶的方法，其特征在于將O. I 3 μ m粒徑和較高娃濃度的硅鐵合金粉一硅含量在7. O 99wt%Si (23)，加入具有專(zhuān)用分散劑的復(fù)合鍍鐵電解液中，以硅含量為O. I 4%Si的低硅鋼薄帶(17)作為陰極、純鐵片或低硅硅鋼帶作為陽(yáng)極(8，15)，當(dāng)?shù)凸韫桎摫нB續(xù)通過(guò)雙陽(yáng)極中間時(shí)，開(kāi)啟電鍍電源(20)，同時(shí)利用外加磁場(chǎng)對(duì)低硅鋼薄帶陰極的磁化作用，在低硅鋼薄帶陰極表面形成很強(qiáng)的磁場(chǎng)梯度和磁場(chǎng)力，將復(fù)合鍍鐵電解液中的微細(xì)硅鐵合金顆粒吸附在低硅鋼薄帶陰極表面，進(jìn)而通過(guò)復(fù)合鍍過(guò)程獲得高硅的鐵-硅鐵合金鍍層，該復(fù)合鍍層為后續(xù)制備整體硅含量達(dá)6. 5wt%的高硅鋼提供充足的硅源；獲得的復(fù)合鍍層和低硅鋼薄帶本體經(jīng)過(guò)后續(xù)的連續(xù)熱處理擴(kuò)散，最終制備出硅含量達(dá)6. 5wt%的近終型高性能高硅鋼薄帶。具體操作步驟為
a)硅鐵合金顆粒的制備將不同比例的純鐵粉和純硅粉混合均勻，混合粉中硅含量控制在7wt%Si 99%wt%Si范圍，然后在高真空高溫(1400 1600°C )下熔煉形成硅鐵合金，然后將得到的合金采用真空電弧霧化或者行星球磨的方法磨制成O. I 3 μ m的粉末。b)電解液的配制0. 01 10mol/L FeSO4, O. 01 10mol/L FeCl2, O. 01 10mol/LNH4Cl,還原鐵粉O. I 10g/L,濕潤(rùn)劑I 50滴/L，專(zhuān)用分散劑O. I 50g/L，然后用0. I IOmo 1/L的H2SO4調(diào)節(jié)pH值為0. 5 5，加入0. I 500g/L的硅鐵合金顆粒。c)磁場(chǎng)下電沉積施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0. 001 20T,采用0. 05 0. 5mm厚的純鐵薄帶或者低硅鋼薄片為陰極，寬度為10-2000mm，低硅硅鋼的硅含量為0. l-4wt%,以純鐵片或者低硅鋼板為陽(yáng)極，采用水浴加熱或者蒸汽加熱方式將電鍍液溫度控制在20 95°C ;為保證電鍍液溫度和成分均勻，可以采用機(jī)械攪拌、超聲波攪拌或者采用酸液泵循環(huán)的方式攪拌電鍍液；將電極放入電解槽中，通入O. 5A 2000A/dm2直流電流進(jìn)行復(fù)合電鍍；
d)為保證得到連續(xù)的高硅復(fù)合鍍層，將低硅鋼薄帶陰極連續(xù)地通過(guò)上下陽(yáng)極間的間隙，陰極走帶速度可以控制在O. 001-10m/s ;陰極和陽(yáng)極間距保持在O. 5-10cm ;通過(guò)控制陰極走帶速度、電流密度、電鍍液中硅鐵合金顆粒濃度、硅鐵合金顆粒中硅含量、磁場(chǎng)強(qiáng)度等多個(gè)因素來(lái)控制復(fù)合鍍層中的硅含量。為制備總體呈6. 5wt%Si的高硅鋼薄帶，復(fù)合鍍層中的硅含量可控制在7. 0-99wt%之間；復(fù)合鍍層的厚度為10-1000微米；陰極硅鋼帶采取放卷和收卷的方式，實(shí)現(xiàn)成卷高娃鋼薄帶的制備。e)均勻化擴(kuò)散退火將上述步驟得到的平均含硅量約為6. 5Wt%的鐵-硅鐵合金顆粒復(fù)合鍍層鋼帶，經(jīng)干燥烘干后放入帶惰性氣體(氬氣、氮?dú)饣蛘呋旌蠚怏w)或還原氣體(一氧化碳、氫氣、氨氣、甲烷)或者惰性氣體與還原氣體混合氣保護(hù)的管狀電爐中進(jìn)行連續(xù) 熱處理擴(kuò)散處理，得到平均硅含量為6. 5wt%且分布均勻的取向或無(wú)取向硅鋼片。熱處理溫度控制在1000-1300°C，熱處理時(shí)間為1-10小時(shí)。實(shí)施例二
本實(shí)施例與實(shí)施例一基本相同，特征之處如下
1.采用的恒定磁場(chǎng)發(fā)生器(I)的磁場(chǎng)發(fā)生方式為永久磁鐵,或電磁鐵,或?yàn)锽itter磁鐵、或超導(dǎo)磁體，或者混合磁體產(chǎn)生，磁感應(yīng)強(qiáng)度為O. 001-20特斯拉(T)；
2.所述低硅鋼帶陰極(17)厚度為O.05-0. 5mm，寬度為10-2000mm。3.所述電鍍液(6)的攪拌方式為機(jī)械攪拌，或超聲波攪拌，或者是采用酸液泵循環(huán)的方式進(jìn)行攪拌，使電鍍液(6)的成分和溫度和成分均勻化。4.所述復(fù)合鍍過(guò)程為連續(xù)進(jìn)行，低硅鋼帶陰極(17)的走帶速度控制在O. Ol-IOm/s ;陰極和陽(yáng)極間距保持在O. 5-10cm。5.所述復(fù)合鍍鐵層(24)的厚度為10-1000 μ m。6.所述復(fù)合電鍍時(shí)采用的電流密度為O. 5A 2000A/dm2。7.復(fù)合電鍍時(shí)所用直流電源(20)可以為幅值恒定的直流電源，或?yàn)檎伎毡群皖l率可調(diào)的脈沖電源，或?yàn)槭钦伎毡取㈩l率和周期可反向的直流電源。8.所述的磁場(chǎng)下連續(xù)制備6. 5wt%Si高娃鋼薄帶的方法,其特征在于所述后續(xù)的連續(xù)熱處理擴(kuò)散為獲得的平均含硅量約為6. 5Wt%的鐵-硅鐵合金顆粒復(fù)合鍍層鋼帶，經(jīng)干燥烘干后放入帶惰性氣體一氬氣、氮?dú)饣蛘呋旌蠚怏w，或者還原氣體一一氧化碳、氫氣、氨氣、甲烷或者惰性氣體或者還原氣體混合氣保護(hù)的臥式管狀電爐中進(jìn)行連續(xù)熱處理擴(kuò)散處理，最終得到平均硅含量為6. 5Wt%且分布均勻的高性能高硅鋼薄帶；熱處理溫度控制在1000-1300°C，熱處理時(shí)間為1-10小時(shí)。實(shí)施例三
參見(jiàn)圖1，本磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的裝置，應(yīng)用于上述方法，包括恒定磁場(chǎng)發(fā)生器(I)、水冷裝置(2)、絕熱材料(3)、加熱裝置(4)、耐溫電鍍槽(5)、電鍍液(6 )、前導(dǎo)向定滑輪(7 )、純鐵片上陽(yáng)極(8 )、電鍍槽蓋板(9 )、高硅鍍層硅鋼帶卷繞機(jī)構(gòu)
(10)、聚四氟乙烯底(12)、機(jī)械攪拌槳(13)、機(jī)械攪拌控制裝置(14)、純鐵片下陽(yáng)極(15)、熱電偶(16)、低硅鋼帶陰極(17)、后導(dǎo)向定滑輪(18)、控溫儀(19)、直流電源(20)、陰極電夾輥(21)、低硅鋼輸送機(jī)構(gòu)(22)組成。所述耐溫電鍍槽(5)置于聚四氟乙烯底板(12)上，而外圍從內(nèi)到外依次為加熱裝置(4)、絕熱材料層(3)、水冷裝置(2)和恒定磁場(chǎng)發(fā)生器(I);所述耐溫電鍍槽(5)內(nèi)盛貯電鍍液(6)，內(nèi)底設(shè)置有對(duì)外連續(xù)機(jī)械攪拌控制裝置(14)的機(jī)械攪拌槳(13)，浸泡于電鍍液(6)內(nèi)有所述的純鐵片下陽(yáng)極板(15)和純鐵片陽(yáng)極板(8)分別連接直流電源(20)，所述低硅鋼帶陰極(17)處在所述兩純鐵片上下陽(yáng)極(8，15)之間，低硅鋼帶繞過(guò)兩側(cè)的兩個(gè)前后導(dǎo)向滑輪(7，18)而前端繞在高硅鍍層硅鋼帶卷繞機(jī)構(gòu)(10)上，后端通過(guò)陰極電夾輥(21)繞在低硅鋼帶輸送機(jī)構(gòu)(22 )上。實(shí)施例四
本實(shí)施例的方法主要是通過(guò)磁場(chǎng)下復(fù)合電鍍專(zhuān)用裝置實(shí)現(xiàn)的。本實(shí)施例中磁場(chǎng)下復(fù)合電鍍所用的專(zhuān)用裝置是由恒定磁場(chǎng)發(fā)生器(I)、水冷裝置(2)、絕熱材料(3)、加熱裝置(4)、耐溫電鍍槽(5 )、電鍍液(6 )、前導(dǎo)向定滑輪(7 )、純鐵片上陽(yáng)極(8 )、電鍍槽蓋板(9 )、高硅鍍層硅鋼帶卷繞機(jī)構(gòu)(10)、聚四氟乙烯底(12)、機(jī)械攪拌槳(13)、機(jī)械攪拌控制裝置(14)、純鐵片下陽(yáng)極(15)、熱電偶(16)、低硅鋼帶陰極(17)、后導(dǎo)向定滑輪(18)、控溫儀(19)、直流電源(20 )、陰極電夾輥(21)、低硅鋼輸送機(jī)構(gòu)(22 )組成。 本實(shí)施例的具體運(yùn)作過(guò)程如下所述
在盛有峰值粒徑為2 μ m、含硅量為50被％的硅鐵合金顆粒(23)的電鍍液(6)置入容量為50L的耐溫電鍍槽(5)中，電鍍液的成分為0. 90mol/L FeSO4, O. 15mol/L FeCl2,O. 43mol/LNH4Cl,還原鐵粉lg/L,濕潤(rùn)劑2滴/L，分散劑O. 5g/L，然后用O. 9mol/L的H2SO4調(diào)節(jié)PH值為I. 5，加入20g/L的硅鐵合金顆粒。耐溫電鍍槽(5)內(nèi)設(shè)有一對(duì)純鐵片上陽(yáng)極(8)和純鐵片下陽(yáng)極(15)，耐溫電解槽(5 )四周設(shè)置有加熱元件(4 )和保溫材料(3 )，外設(shè)水冷裝置(2 )以防止熱量影響外圍的恒定磁場(chǎng)發(fā)生器(I);電鍍液(6 )的溫度有加熱元件(4)和控溫儀(19 )以及熱電偶(16 )來(lái)監(jiān)控。為保證電鍍液(6)的溫度均勻，采用機(jī)械攪拌槳(13)和機(jī)械攪拌控制裝置(14)來(lái)攪拌電解液。采用厚度為O. 2mm、寬度為500mm、含硅量為3wt%的低硅硅鋼帶作為硅鋼帶陰極
(17)、由陰極電夾輥(21)通入電流，低硅鋼帶陰極(17)經(jīng)過(guò)純鐵片上陽(yáng)極(8)和純鐵片下陽(yáng)極(15)的中間區(qū)域，由浸沒(méi)在電鍍液(6)中的前導(dǎo)向定滑輪(7)和后導(dǎo)向定滑輪(18)導(dǎo)向，并穿出電鍍液(6)抵達(dá)高硅硅鋼帶卷繞機(jī)構(gòu)(10)，將陰極電夾輥(21)和直流電源(20)的負(fù)極連接，將純鐵片上陽(yáng)極(8)和純鐵片下陽(yáng)極(15)與直流電源(20)的正極相連接；采用溫度控制儀(19)和加熱元件(4)以及熱電偶(16)將電鍍液(6)加熱到60°C并保溫，同時(shí)打開(kāi)機(jī)械攪拌槳(13)及機(jī)械攪拌控制裝置(14)，控制攪拌速度為150轉(zhuǎn)/分鐘，然后開(kāi)啟復(fù)合電鍍用直流電源(20)，調(diào)整直流電流密度為ΙΟΑ/dm2 ;恒定磁場(chǎng)發(fā)生器(I)的磁場(chǎng)由電磁鐵提供，磁感應(yīng)強(qiáng)度保持為O. 5T。磁力線(xiàn)(11)的方向?yàn)榇怪毕蛏?。啟?dòng)高硅鋼帶卷繞機(jī)構(gòu)(10)，保持走帶速度為O.05m/s。由于電鍍液(6)中含有峰值粒徑為2μπι硅鐵合金顆粒(23)，利用復(fù)合電鍍效應(yīng)和磁場(chǎng)對(duì)低硅鋼帶陰極(17)的磁化效應(yīng)，將硅鐵合金顆粒(23)吸附在低硅鋼帶陰極(17)的上下表面，并與鐵復(fù)合電沉積，獲得高硅的復(fù)合鍍鐵層(24)，經(jīng)EDS (能譜分析)測(cè)定，該復(fù)合鍍鐵層硅含量為13. 6wt%,復(fù)合鍍鐵層(24)的厚度為50微米(上下鍍層均為50微米)，該復(fù)合鍍鐵層(24)與低硅鋼帶陰極
(17)經(jīng)后續(xù)的熱處理，最終的硅含量達(dá)到6. 5wt%，這一成分達(dá)到了高性能高硅鋼薄帶的成分目標(biāo)。
權(quán)利要求
1.磁場(chǎng)下連續(xù)制備高娃鋼薄帶的方法，其特征在于將O.I 3 μ m粒徑和較高娃濃度的硅鐵合金粉——硅含量在7. O 99wt%Si (23)，加入含有專(zhuān)用分散劑的復(fù)合鍍鐵電解液中，以硅含量為O. I 4%Si的低硅鋼薄帶(17)作為陰極、純鐵片或低硅鋼帶作為陽(yáng)極(8，15)，當(dāng)?shù)凸桎摫нB續(xù)通過(guò)雙陽(yáng)極中間時(shí)，開(kāi)啟電鍍電源(20)，同時(shí)利用外加磁場(chǎng)對(duì)低硅鋼薄帶陰極的磁化作用，在低硅鋼薄帶陰極表面形成很強(qiáng)的磁場(chǎng)梯度和磁場(chǎng)力，將復(fù)合鍍鐵電解液中的微細(xì)硅鐵合金顆粒吸附在低硅鋼薄帶陰極表面，進(jìn)而通過(guò)復(fù)合鍍過(guò)程獲得高硅的鐵一硅鐵合金鍍層，該復(fù)合鍍層為后續(xù)制備整體硅含量達(dá)6. 5wt%的高硅鋼提供充足的硅源；獲得的復(fù)合鍍層和低硅鋼薄帶本體經(jīng)過(guò)后續(xù)的連續(xù)熱處理擴(kuò)散，最終制備出硅含量達(dá)6. 5wt%的近終型高性能高硅鋼薄帶；具體操作步驟為 a)硅鐵合金顆粒的制備將不同比例的純鐵粉和純硅粉混合均勻，混合粉中硅含量控制在7wt%Si 99%wt%Si范圍，然后在高真空高溫(1400 1600°C )下熔煉形成硅鐵合金，然后將得到的合金采用真空電弧霧化或者行星球磨的方法磨制成O. I 3 μ m的粉末； b)電解液的配制0.01 10mol/L FeSO4, O. 01 10mol/L FeCl2, O. 01 IOmol/LNH4Cl,還原鐵粉O. I 10g/L，濕潤(rùn)劑I 50滴/L，專(zhuān)用分散劑0. I 50g/L，然后用0.I IOmoI/L的H2SO4調(diào)節(jié)pH值為0. 5 5，加入0. I 500g/L的硅鐵合金顆粒； c)磁場(chǎng)下電沉積施加的磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.001 20T,采用0. 05 0. 5mm厚的純鐵薄帶或者低硅硅鋼薄片為陰極，寬度為10-2000mm，低硅鋼薄帶的硅含量為0. l-4wt%,以純鐵片或者低硅鋼板為陽(yáng)極，采用水浴加熱或者蒸汽加熱方式將電鍍液溫度控制在20 95°C ;為保證電鍍液溫度和成分均勻，可以采用機(jī)械攪拌、超聲波攪拌或者采用酸液泵循環(huán)的方式攪拌電鍍液；將電極放入電解槽中，通入0. 5A 2000A/dm2直流電流進(jìn)行復(fù)合電鍍； d)為保證得到連續(xù)的高硅復(fù)合鍍層，將低硅鋼薄帶陰極連續(xù)地通過(guò)上下陽(yáng)極間的間隙，陰極走帶速度可以控制在0. 001-10m/s ;陰極和陽(yáng)極間距保持在0. 5-10cm ;通過(guò)控制陰極走帶速度、電流密度、電鍍液中硅鐵合金顆粒濃度、硅鐵合金顆粒中硅含量、磁場(chǎng)強(qiáng)度等多個(gè)因素來(lái)控制復(fù)合鍍層中的硅含量；為制備總體呈6. 5wt%Si的高硅鋼薄帶，復(fù)合鍍層中的硅含量可控制在7. 0-99wt%之間；復(fù)合鍍層的厚度為10-1000微米；陰極硅鋼帶采取放卷和收卷的方式，實(shí)現(xiàn)成卷高娃鋼薄帶的制備； e)均勻化擴(kuò)散退火將上述步驟得到的平均含硅量約為6.5Wt%的鐵-硅鐵合金顆粒復(fù)合鍍層鋼帶，經(jīng)干燥烘干后放入帶惰性氣體(氬氣、氮?dú)饣蛘呋旌蠚怏w)或?yàn)檫€原氣體(一氧化碳、氫氣、氨氣、甲烷)或者為惰性氣體與還原氣體混合氣保護(hù)的管狀電爐中進(jìn)行連續(xù)熱處理擴(kuò)散處理，得到平均硅含量為6. 5wt%且分布均勻的取向或無(wú)取向硅鋼片；熱處理溫度控制在1000-1300°C，熱處理時(shí)間為1-10小時(shí)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的方法，其特征在于采用的恒定磁場(chǎng)發(fā)生器(I)的磁場(chǎng)發(fā)生方式為永久磁鐵,或電磁鐵,或?yàn)锽itter磁鐵、或超導(dǎo)磁體，或者混合磁體產(chǎn)生，磁感應(yīng)強(qiáng)度為0. 001-20特斯拉(T)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的方法，其特征在于所述低硅鋼帶陰極(17)厚度為0. 05-0. 5mm，寬度為10-2000mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的方法，其特征在于采用水浴加熱或者蒸汽加熱方式將電鍍液(6)的溫度控制在20 95°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的方法，其特征在于所述電鍍液(6)的攪拌方式為機(jī)械攪拌，或超聲波攪拌，或者是采用酸液泵循環(huán)的方式進(jìn)行攪拌，使電鍍液(6)的成分和溫度和成分均勻化。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的方法，其特征在于所述復(fù)合鍍過(guò)程為連續(xù)進(jìn)行，低硅鋼帶陰極(17)的走帶速度控制在O. 01-10m/s ;陰極和陽(yáng)極間距保持在 O.5-lOcm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的方法，其特征在于所述復(fù)合鍍鐵層(24)的厚度為10-1000 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的方法，其特征在于所述復(fù)合電鍍時(shí)采用的電流密度為O. 5A 2000A/dm2。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的方法，其特征在于復(fù)合電鍍時(shí)所用直流電源(20)可以為幅值恒定的直流電源，或?yàn)檎伎毡群皖l率可調(diào)的脈沖電源，或者是占空比、頻率和周期可反向的直流電源。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的方法，其特征在于所述后續(xù)的連續(xù)熱處理擴(kuò)散為獲得的平均含硅量約為6. 5wt%的鐵-硅鐵合金顆粒復(fù)合鍍層鋼帶，經(jīng)干燥烘干后放入帶惰性氣體一氬氣、氮?dú)饣蛘呋旌蠚怏w，或者還原氣體一一氧化碳、氫氣、氨氣、甲烷或者惰性氣體或者還原氣體混合氣保護(hù)的臥式管狀電爐中進(jìn)行連續(xù)熱處理擴(kuò)散處理，最終得到平均硅含量為6. 5wt%且分布均勻的高性能高硅鋼薄帶；熱處理溫度控制在1000-1300°C，熱處理時(shí)間為1-10小時(shí)。
11.一種磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的裝置，應(yīng)用于根據(jù)權(quán)利要求I所屬的磁場(chǎng)下連續(xù)制備高硅鋼薄帶的方法，包括恒定磁場(chǎng)發(fā)生器(I)、水冷裝置(2)、絕熱材料(3)、加熱裝置(4)、耐溫電鍍槽(5)、電鍍液(6)、前導(dǎo)向定滑輪(7)、純鐵片上陽(yáng)極(8)、電鍍槽蓋板(9)、高硅鍍層硅鋼帶卷繞機(jī)構(gòu)(10)、聚四氟乙烯底(12)、機(jī)械攪拌槳(13)、機(jī)械攪拌控制裝置(14)、純鐵片下陽(yáng)極(15)、熱電偶(16)、低硅鋼帶陰極(17)、后導(dǎo)向定滑輪(18)、控溫儀(19)、直流電源(20)、陰極電夾輥(21)、低硅鋼輸送機(jī)構(gòu)(22)組成，其特征在于所述耐溫電鍍槽(5)置于聚四氟乙烯底板(12)上，而外圍從內(nèi)到外依次為加熱裝置(4)、絕熱材料層(3)、水冷裝置(2)和恒定磁場(chǎng)發(fā)生器(I);所述耐溫電鍍槽(5)內(nèi)盛貯電鍍液(6)，內(nèi)底設(shè)置有對(duì)外連續(xù)機(jī)械攪拌控制裝置(14)的機(jī)械攪拌槳(13)，浸泡于電鍍液(6)內(nèi)有所述的純鐵片下陽(yáng)極板(15)和純鐵片陽(yáng)極板(8)分別連接直流電源(20)，所述低硅鋼帶陰極(17)處在所述兩純鐵片上下陽(yáng)極(8，15)之間，低硅鋼帶繞過(guò)兩側(cè)的兩個(gè)前后導(dǎo)向滑輪(7，18)而前端繞在高硅鍍層硅鋼帶卷繞機(jī)構(gòu)(10)上，后端通過(guò)陰極電夾輥(21)繞在低硅鋼帶輸送機(jī)構(gòu)(22)上。
全文摘要
本發(fā)明旨在提供一種連續(xù)制備高硅鋼薄帶的方法和裝置。本方法采用復(fù)合電鍍方法,在鍍鐵溶液中加入0.1～3μm的硅鐵合金粉末,以低硅鋼帶作為電解陰極,在復(fù)合電解液中被鍍上7.0wt%～99wt％Si的厚復(fù)合鍍層,經(jīng)熱處理后得到均勻的6.5wt%Si的高硅鋼薄帶，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)制備。本裝置是在傳統(tǒng)的復(fù)合電鍍裝置基礎(chǔ)上,通過(guò)施加磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.001～20T的恒定磁場(chǎng),通過(guò)磁場(chǎng)使作為陰極的低硅鋼薄帶磁化，并在表面形成很強(qiáng)的梯度場(chǎng)，利用磁場(chǎng)力將鍍液中的硅鐵合金顆粒吸附在低硅鋼帶陰極表面，進(jìn)而通過(guò)復(fù)合鍍鐵過(guò)程獲得高硅鍍層,然后經(jīng)后續(xù)的氣氛保護(hù)熱處理，就可以制備出硅含量達(dá)6.5wt%的高性能高硅鋼薄帶。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單,低溫增硅操作，成本低廉，并且可以連續(xù)制備高硅鋼帶材。
文檔編號(hào)C25D15/00GK102925937SQ20121032747
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者鐘云波, 龍瓊, 周鵬偉, 孫宗乾, 鄭天翔 申請(qǐng)人:上海大學(xué)