氣相沉積技術制備 6.5wt% Si 高硅鋼
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實驗研究得,隨著Si含量的增加,電工鋼的電阻率急劇增大,渦流損耗減小,鐵損降低。當Si含量達到6.5%(質量分數,下同)時,綜合磁性能達到最佳,最適合用來制造低損耗、低噪音的高速電機、變壓…
實驗研究得,隨著Si含量的增加,電工鋼的電阻率急劇增大,渦流損耗減小,鐵損降低。當Si含量達到6.5%(質量分數,下同)時,綜合磁性能達到最佳,最適合用來制造低損耗、低噪音的高速電機、變壓器和磁屏蔽等。然而,由于6.5%Si高硅鋼在室溫下極易形成有序結構、晶界氧化且易發生時效,其伸長率僅有0.2%,脆性極高,很難采用傳統軋制工藝進行生產,其生產和應用受到極大制約。為解決這一難題,人們通過大量試驗和嘗試,發明了許多新工藝和新方法。
1988年,日本JFE公司利用軋制工藝成功制備出厚0.1~0.5mm、最大寬度400mm無取向6.5%高硅鋼,并進行了工業化生產。除此之外,各類氣相沉積技術也被用來制備高硅鋼,如化學氣相沉積法(CVD)、物理氣相沉積法(PVD)和等離子體化學氣相沉積法(PCVD)等。其中,CVD技術在制備6.5%Si高硅鋼上是最為成功的,JFE公司采用CVD技術率先建立了世界上第一條6.5%Si高硅鋼連續生產線。氣相沉積技術經過幾十年的發展,目前在制備耐磨、耐熱、耐腐蝕硬質涂層及其它方面已取得巨大的成功。
化學氣相沉積(CVD)是一種化學氣相反應生長法。CVD法制備高硅鋼的工藝為:將用普通軋制法生產的3.0%Si硅鋼帶置于無氧氣氛中加熱到一定溫度,通入SiCl4氣體,在鋼帶表面發生化學反應:
SiC14+5Fe→Fe3Si+2FeCl2
反應生成的Fe3Si沉積在鋼板表面熱分解成活性Si原子,將其置于惰性氣氛對鋼帶進行平整軋制以消除Si沉積后的不平度,再對其進行高溫保溫,表面富硅層中的Si原子向內部中心擴散,鋼帶中的Si含量達到6.5%。
物理氣相沉積(PVD)是一種物理氣相反應生長法,分為真空蒸發鍍、離子鍍、濺射鍍。相對于CVD法,PVD過程發生在真空條件下,其沉積層純度高、無有害氣體排出,屬于無污染技術。
等離子體化學氣相沉積法(PCVD)技術是作為CVD和PVD技術補充而發展起來的,此技術沉積溫度低于600℃,拓寬了基體材料的適用范圍,而且繞鍍性能好、涂層均勻。其制備高硅鋼的基本原理是滲Si源氣體在一定氣壓和高壓電場的作用下,產生輝光放電,被解離成含有Si4+的等離子體沉積在基體表面形成FeSi化合物,再經過高溫擴散退火,使平均Si含量達到6.5%。
高硅鋼優異的電磁性能在工業化生產中有著廣泛的應用,進一步優化氣相沉積法的工藝參數等,使高硅鋼的生產和應用盡早、盡快走向工業化和商業化,必將產生巨大的經濟效益和社會效益。
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