摘 要

高硅硅钢片,是指6.5wtSi%的硅钢片,其软磁性能优异、在中高频率的铁损低、有低矫顽力和高磁导率，磁致伸缩接近于零,是低噪音变压器和低铁损电抗器的理想铁芯材料。然而，当硅钢片中的硅含量超过4％时，可加工性明显降低，使得通过热-冷轧工艺生产薄的6.5％硅钢板极为困难，就像在正常电磁钢板中可能的那样。多年来使用轧制，快速淬火和渗硅方法进行了各种实验以试图获得生产薄的6.5wt％的硅钢板。

本课题采用液相渗硅法，主要研究硅钢片在防氧化保护下、不同硅比例的渗硅源及不同渗硅温度等渗硅条件对渗硅量、渗硅速度及高硅硅钢片的结构的影响。首先将3.3wtSi%硅钢片基板热浸于Ag-Si熔体中，然后在气氛保护下在熔体中退火一定时间以制备硅含量在4.5wt%的高硅硅钢片。综合利用XRD、SEM、EDS等测试手段对硅钢片样品进行分析测试。

研究表明：在没有氧元素的干扰条件下，在1150℃下将硅钢片基板于Ag-Si熔体中热浸后，再在N₂气氛中退火25min，经过SEM、EDS和XRD测试分析后发现，硅钢片基板中的硅含量提高到4.5wt%。

关键词：高硅钢；软磁；热浸；退火；液相渗硅法；防氧化保护

Abstract

High silicon silicon steel sheet, refers to 6.76wtSi% silicon steel sheet, its excellent soft magnetic properties, low iron loss in the high frequency, low coercivity and high permeability, magnetostriction close to zero, is a low noise transformer And low iron loss reactor ideal core material. However, when the silicon content in the silicon steel sheet exceeds 4%, the workability is significantly reduced, making it difficult to produce thin 6.5% silicon steel sheets by the hot-cold rolling process, as is possible in normal electromagnetic steel sheets. Various experiments have been carried out over the years using rolling, rapid quenching and infiltration of silicon methods in an attempt to obtain a thin 6.5 wt% silicon steel sheet.

In this paper, the liquid silicon infiltration method is used to study the structure of silicon steel sheet under the protection of oxidation, the ratio of silicon to silicon, the silicon content and the structure of silicon carbide Impact. The 3.3 wtSi% silicon steel sheet substrate was first immersed in an Ag-Si melt and then annealed in the melt under atmosphere for a period of time to prepare a high silicon steel sheet. The samples of silicon steel sheet were analyzed and tested by XRD, SEM and EDS.

The results show that the silicon steel sheet substrate is immersed in Ag-Si melt at 1150 ℃ and then annealed in N2 atmosphere for 25 min under the condition of no interference with oxygen. After analysis by SEM, EDS and XRD, The silicon content in the silicon steel substrate was increased to 6.76 wt%.

Key words : high silicon steel; soft magnetic; hot dip; annealing; liquid phase permeation method;

目 录

摘 要 I

Abstract Ⅱ

目录 Ⅲ

第1章 绪论 1

1.1课题研究的背景 1

1.2课题研究的目的与意义 1

1.3国内外研究现状及前景 1

1.3.1国内研究现状 1

1.3.1.1化学气相沉积法（CVD） 2

1.3.1.2物理气相沉积法（PVD） 2

1.3.2高硅钢的应用前景 3

1.3.2.1 在高速电机上的应用 3

1.3.2.2 在变压器上的应用 3

1.4本课题的主要研究方法 4

第2章 渗硅法制备高硅硅钢片热力学理论计算和分析 5

2.1 Miedema模型简介 5

2.2 Fe-Si合金体系热力学分析 5

2.2.1 Fe-Si二元固溶体的热力学形成能计算 6

2.2.2 Fe-Si二元金属间化合物形成能计算 11

2.3 Ag-Si合金体系热力学计算 15

2.4 热力学计算综合分析 21

第3章 渗硅法制备高硅硅钢片实验过程记录 25

3.1 实验仪器 25

3.2 实验材料 25

3.2.1低硅硅钢片 25

3.2.2渗硅源的制备 29

3.3 立式管式炉实验过程计录 31

1. 样品的测试及数据分析 33

4.1硅钢片在0.3wtSi%的Ag-Si渗硅源中的渗硅 33

4.2硅钢片在1.0wtSi%的Ag-Si渗硅源中的渗硅 35

4.3硅钢片在1.9wtSi%的Ag-Si渗硅源中的渗硅 36

4.4硅钢片在2.5wtSi%的Ag-Si渗硅源中的渗硅 39

4.5硅钢片在3.0wtSi%的Ag-Si渗硅源中的渗硅 41

4.6 6.5wtSi%高硅硅钢片的制备尝试 43

4.7渗硅实验综合分析 47

4.7.1温度对液相渗硅法制备高硅钢的影响 47

4.7.2防氧化保护对液相渗硅法制备高硅钢的影响 48

4.7.3渗硅源中的硅浓度对液相渗硅法制备高硅钢的影响 49

第5章 渗硅法制备高硅硅钢片实验结论 50

参考文献 51

致谢 53

第1章 绪论

1.1课题研究的背景

高硅硅钢片是现阶段下热门的研究性金属材料，有着非常好的软磁性能。高硅钢也指在硅含量超过4wt%的一类钢材，特别是在硅含量达到6.5wt%左右的高硅钢，其具有良好的磁导率、低的矫顽力、高的饱和磁感应强度和几乎接近于零的磁致伸缩系数等性能^[1]。对于这类硅含量在6.5wt%左右的高硅硅钢片，因为具有非常优异的磁学性能从而使得其成为电工行业常用的制造变压器、发电机、电动机、继电器以及其他电器设备的重要材料。但是，有研究表明，当硅钢片中的硅含量超过4wt%时，其硬度会随着硅钢片中硅含量的增加而显著的增长，但是其延展性会明显的下降，导致其不易加工，因此在工业很难生产薄的高硅硅钢片^[2]。

1.2课题研究的目的与意义

本课题的研究目的就是要找到制备6.5wtSi%的高硅硅钢片的新方法，希望可以避免工业生产上高硅硅钢片不能轧制的难题，突破传统制备方法的不足，为实现高硅硅钢片的大规模生产开辟一条新的途径。在科技科研飞速发展的今天，高硅硅钢片的制备方法虽然有了很大意义上的突破，但是传统的方法的制备仍占据主流的地位，新的方法在很多的方面很难得到突破。本课题主要为介绍一种合成高硅硅钢片的方法：利用渗硅法来将低硅硅钢片中的含硅量提高^[3]。其中的原理主要是要通过在硅在高温下的扩散运动，通过配置的硅的试样与硅钢片的直接接触，通过扩散使得硅试样中的硅向低硅硅钢片中移动，从而达到提高硅含量的目的，并且制备得到高硅硅钢片。渗硅法制备高硅硅钢片的想法很好，但是其中还有很多的问题没有得到解决，所以需要在实验之中验证一些现象和制备的方法^[4]。

1.3国内外研究现状及前景

1.3.1国内研究现状

从上个世纪开始，就已经有成熟的高硅钢的一系列的制备方法。但是，随着时代的进步和21世纪的新的发展主题环保和节能的出现，上个世纪的很多种制备方法以及越来越不适合我们发展的需要，因此科学家一直都在追寻一种新的环保和节能型的制备方法体系。

国内外的许多的科技工作者致力于新的研究方法制备高硅钢，并且在一些方法上已经取得了成功，如：制备方法中常见的物理气相沉积法（PVD）和化学气相沉积法（CVD）^[5]，同时还有粉末压延法、粉末轧制法、热浸镀硅法、特殊轧制法等^[6]。这些方法虽然在一些传统的领域已经取得了一定的成功，并且已经实现了小规模的商业生产，但是仍然存在有非常大的问题如能耗大、工艺繁杂、成本高和污染环境等等。下面着重介绍化学气相沉积法（CVD）和物理气相沉积法（PVD）两种传统的制备方法在高硅硅钢片制备上的一些应用做简单的介绍^[7]。

1.3.1.1化学气相沉积法（CVD）