本发明专利技术旨在提供一种连续制备高硅钢薄带的方法和装置。本方法采用复合电镀方法,在镀铁溶液中加入0.1～3μm的硅铁合金粉末,以低硅钢带作为电解阴极,在复合电解液中被镀上7.0wt%～99wt％Si的厚复合镀层,经热处理后得到均匀的6.5wt%Si的高硅钢薄带，可以实现连续制备。本装置是在传统的复合电镀装置基础上,通过施加磁场强度为0.001～20T的恒定磁场,通过磁场使作为阴极的低硅钢薄带磁化，并在表面形成很强的梯度场，利用磁场力将镀液中的硅铁合金颗粒吸附在低硅钢带阴极表面，进而通过复合镀铁过程获得高硅镀层,然后经后续的气氛保护热处理，就可以制备出硅含量达6.5wt%的高性能高硅钢薄带。本发明专利技术操作简单,低温增硅操作，成本低廉，并且可以连续制备高硅钢带材。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种磁场下连续制备高硅钢薄带的方法及装置。属于磁性材料制备、复合电镀
技术介绍
硅钢是电学、磁学领域中产量和用量最大的软磁材料，广泛应用于电力、电子和军事工业中的能量转换领域，因此也是节能潜力巨大的重要金属功能材料。从理论上很早就已知道，如果把硅钢中的硅含量增高到6.5%，就可以使磁致伸缩趋近于零，磁性能最佳。但是当硅含量超过4被％后，随着硅含量的增加，材质变脆，以致难以进行轧制和冲压加工。 目前，对Fe_6.5wt%Si的硅钢薄带的制备方法进行了很多研究，提出了多种制备工艺，如粉末轧制法、CVD法等。粉末冶金法需要进行粉体混合、压制成型、烧结，多道次轧制、涂覆MgO粉绝缘层、二次烧结等步骤，工艺复杂，硅的均匀性及工艺的连续性差、致密度差、能耗高，且仍受到硅钢脆性的限制。日本的NKK公司开发的CVD法生产的薄带硅钢具备很好的磁性能，并已经小规模进行工业化生产，但存在沉积温度高、能耗大、硅钢表面质量差、需温轧平整、铁流失严重等缺点，同时SiCl4具有较强腐蚀性，遇水蒸气即产生盐酸酸雾，反应产物FeCl2废气污染环境而无法进行大规模生产。此外还有PCVD法、熔盐电沉积法、激光熔敷喷涂法和电子束物理气相沉积法等，但是上述方法在生产工艺的可控性、成本及环保等方面仍有待进一步的改进。因此，开发廉价高效的高硅硅钢制备方法仍然是亟待解决的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种磁场下连续制备高硅钢薄带的方法及装备，利用静磁场复合电镀技术在低硅钢片表面获得高硅镀层，然后经过热处理工艺来获得具有优异磁性能的6. 5wt%Si的高硅硅钢薄带，实现长尺寸、低温、连续操作，且可以制备出近终型的薄带，因此大幅度降低制备成本。为达到上述目的，构思是将粒径范围和特定硅含量的硅铁合金颗粒加入镀铁电解液中，采用电工纯铁板作为阳极，采用低硅的硅钢薄带作为阴极，利用复合镀方法，在低娃娃钢薄带上镀覆一层娃含量大于6. 5wt%Si的复合镀层。但由于仅米用复合镀的方法，无法提高复合镀层中硅的含量达到10wt%以上，则最终经热处理就无法获得整体含量为6. 5wtSi的高硅硅钢带。为此，本专利技术提出，在复合镀过程中，施加一个恒定的外磁场(O. 001 20特斯拉(T))，考虑到硅铁合金颗粒具有较强的磁性，而阴极材料也为铁磁性材料，因此，可以利用磁场力来调控硅铁颗粒吸附在阴极表面，进而促进其复合进入铁-硅铁粉复合镀层，从而可以显著提高复合镀层中的硅含量，为后续的热处理提供充足的硅源，因此，最终热处理的硅钢片中硅含量将达到6. 5wt%的最佳值。根据上述专利技术构思，一种磁场下连续制备高硅钢薄带的方法，本专利技术采用的技术方案如下a)硅铁合金颗粒的制备将不同比例的纯铁粉和纯硅粉混合均匀，混合粉中硅含量控制在7wt%Si 99%wt%Si范围，然后在高真空高温(1400 1600°C )下熔炼形成硅铁合金，然后将得到的合金采用真空电弧雾化或者行星球磨的方法磨制成O. I 3 μ m的粉末。b)电解液的配制0. 01 10mol/L FeSO4, O. 01 10mol/L FeCl2, O. 01 10mol/LNH4Cl,还原铁粉O. I 10g/L,湿润剂I 50滴/L，专用分散剂O. I 50g/L，然后用0. I IOmo 1/L的H2SO4调节pH值为0. 5 5，加入0. I 500g/L的硅铁合金颗粒。c)磁场下电沉积施加的磁场强度为0. 001 20T,采用0. 05 0. 5mm厚的纯铁薄带或者低硅硅钢薄片为阴极，宽度为10-2000mm，低硅钢薄带的硅含量为0. l-4wt%,以纯铁片或者低硅钢板为阳极，采用水浴加热或者蒸汽加热方式将电镀液温度控制在20 950C ;为保证电镀液温度和成分均匀，可以采用机械搅拌、超声波搅拌或者采用酸液泵循环的方式搅拌电镀液；将电极放入电解槽中，通入0. 5A 2000A/dm2直流电流进行复合电镀； d)为保证得到连续的高硅复合镀层，将低硅钢薄带阴极连续地通过上下阳极间的间 隙，阴极走带速度可以控制在0. 001-10m/s ;阴极和阳极间距保持在0. 5-10cm ;通过控制阴极走带速度、电流密度、电镀液中硅铁合金颗粒浓度、硅铁合金颗粒中硅含量、磁场强度等多个因素来控制复合镀层中的硅含量。为制备总体呈6. 5wt%Si的高硅钢薄带，复合镀层中的硅含量可控制在7. 0-99wt%之间；复合镀层的厚度为10-1000微米；阴极硅钢带采取放卷和收卷的方式，实现成卷高娃钢薄带的制备。e)均匀化扩散退火将上述步骤得到的平均含硅量约为6. 5Wt%的铁-硅铁合金颗粒复合镀层钢带，经干燥烘干后放入带惰性气体(氩气、氮气或者混合气体)，或为还原气体(一氧化碳、氢气、氨气、甲烷)或者为惰性气体与还原气体混合气保护的管状电炉中进行连续热处理扩散处理，得到平均硅含量为6. 5Wt%且分布均匀的取向或无取向硅钢片。热处理温度控制在1000-1300°C，热处理时间为1-10小时。上述阴极材料可以为纯铁薄带，也可以为低硅钢薄带，采用砂纸打磨光洁，然后用酸洗和丙酮除脂后放入电镀液。阳极材料为纯铁板或者低硅钢板。上述电镀用电源可以为幅值恒定的直流电源，或为占空比和频率可调的脉冲电源，或者是占空比、频率和周期可反向的直流电源，为电镀过程提供不同特性的电流。磁场发生器可以为电磁铁产生的磁场，也可以为永久磁铁采用磁路设计得到的磁场，还可以是采用Bitter磁体或者超导磁体或者Bitter磁体和超导磁体混合磁体提供的磁场，提供的磁感应强度为0. 001—20To一种磁场下连续制备高硅钢薄带的装置，应用于上述方法，包括恒定磁场发生器、水冷装置、绝热材料、加热装置、耐温电镀槽、电镀液、前导向定滑轮、纯铁片上阳极、电镀槽盖板、高硅镀层硅钢带卷绕机构、聚四氟乙烯底、机械搅拌桨、机械搅拌控制装置、纯铁片下阳极、热电偶、低硅钢带阴极、后导向定滑轮、控温仪、直流电源、阴极电夹辊和低硅钢输送机构组成。与现有技术相比较，具有显而易见的突出实质性特点和显著进步 (I)在施加恒定磁场的条件下进行电镀，利用磁场力对磁化颗粒的吸引从而提高镀层的娃含量。(2)由于电沉积过程是在磁场的条件下进行，由于磁晶各向异性和感生各向异性的作用，通过调节电流密度、磁场强度等参数可以使组织取向，提高磁性能。(3)整个制备过程不存在压力加工或其性变形过程，可以从根本上避免任何由于Fe-6. 5wt% Si的低塑性而导致的加工困难。(4)硅铁合金颗粒的沉积速度和扩散速度可以通过调节沉积的电流密度、磁场强度和机械搅拌速度，避免硅钢薄带表面硅含量过高。(5)在进行热处理的时候，由于采用O. l-3um的微细硅铁合金颗粒，不但粒径细小，与铁镀层基体具有较大的接触面积，有利于硅元素的扩散均匀，且由于硅铁合金颗粒已经合金化，因此具有与常规的复合镀硅颗粒具有更低的扩散阻力，可以得到更为均匀的Fe-6. 5wt%Si娃钢薄带。(6)采用低温(20_90°C)复合镀的方式，可以大大节约能源；生产工艺稳定可控。(7)对基体的原结构影响小。(8)该方法可以进行大规模连续操作，有望制备出宽幅、长尺寸的高硅硅钢带，并 大大降低生产成本。(9本文档来自技高网...
【技术保护点】
磁场下连续制备高硅钢薄带的方法,？其特征在于将0.1～3μm粒径和较高硅浓度的硅铁合金粉——硅含量在7.0～99wt%Si(23),加入含有专用分散剂的复合镀铁电解液中，以硅含量为0.1～4%Si的低硅钢薄带（17）作为阴极、纯铁片或低硅钢带作为阳极（8,15），当低硅钢薄带连续通过双阳极中间时，开启电镀电源（20），同时利用外加磁场对低硅钢薄带阴极的磁化作用，在低硅钢薄带阴极表面形成很强的磁场梯度和磁场力，将复合镀铁电解液中的微细硅铁合金颗粒吸附在低硅钢薄带阴极表面，进而通过复合镀过程获得高硅的铁—硅铁合金镀层，该复合镀层为后续制备整体硅含量达6.5wt%的高硅钢提供充足的硅源；获得的复合镀层和低硅钢薄带本体经过后续的连续热处理扩散，最终制备出硅含量达6.5wt%的近终型高性能高硅钢薄带；具体操作步骤为：a)硅铁合金颗粒的制备：将不同比例的纯铁粉和纯硅粉混合均匀，混合粉中硅含量控制在7wt%Si～99%wt%Si范围，然后在高真空高温（1400～1600℃）下熔炼形成硅铁合金，然后将得到的合金采用真空电弧雾化或者行星球磨的方法磨制成0.1～3μm的粉末；b)电解液的配制：0.01～10mol/L？FeSO4,？0.01～10mol/L？FeCl2,？0.01～10mol/LNH4Cl,？还原铁粉0.1～10g/L,湿润剂1～50滴/L，专用分散剂0.1～50g/L，然后用0.1～10mol/L的H2SO4调节pH值为0.5～5，加入0.1～500g/L的硅铁合金颗粒；c)磁场下电沉积：施加的磁场强度为0.001～20T,采用0.05～0.5mm厚的纯铁薄带或者低硅硅钢薄片为阴极，宽度为10？2000mm，低硅钢薄带的硅含量为0.1？4wt%，以纯铁片或者低硅钢板为阳极，采用水浴加热或者蒸汽加热方式将电镀液温度控制在20～95℃；为保证电镀液温度和成分均匀，可以采用机械搅拌、超声波搅拌或者采用酸液泵循环的方式搅拌电镀液；将电极放入电解槽中，通入0.5A～2000A/dm2直流电流进行复合电镀；d)为保证得到连续的高硅复合镀层，将低硅钢薄带阴极连续地通过上下阳极间的间隙，阴极走带速度可以控制在0.001？10m/s；阴极和阳极间距保持在0.5？10cm；通过控制阴极走带速度、电流密度、电镀液中硅铁合金颗粒浓度、硅铁合金颗粒中硅含量、磁场强度等多个因素来控制复合镀层中的硅含量；为制备总体呈6.5wt%Si的高硅钢薄带，复合镀层中的硅含量可控制在7.0？99wt%之间；复合镀层的厚度为10？1000微米；阴极硅钢带采取放卷和收卷的方式，实现成卷高硅钢薄带的制备；e)均匀化扩散退火：将上述步骤得到的平均含硅量约为6.5Wt％的铁？硅铁合金颗粒复合镀层钢带，经干燥烘干后放入带惰性气体（氩气、氮气或者混合气体）或为还原气体（一氧化碳、氢气、氨气、甲烷）或者为惰性气体与还原气体混合气保护的管状电炉中进行连续热处理扩散处理,得到平均硅含量为6.5wt％且分布均匀的取向或无取向硅钢片；热处理温度控制在1000？1300℃，热处理时间为1？10小时。...
【技术特征摘要】
1.磁场下连续制备高娃钢薄带的方法，其特征在于将O.I 3 μ m粒径和较高娃浓度的硅铁合金粉——硅含量在7. O 99wt%Si (23)，加入含有专用分散剂的复合镀铁电解液中，以硅含量为O. I 4%Si的低硅钢薄带(17)作为阴极、纯铁片或低硅钢带作为阳极(8，15)，当低硅钢薄带连续通过双阳极中间时，开启电镀电源(20)，同时利用外加磁场对低硅钢薄带阴极的磁化作用，在低硅钢薄带阴极表面形成很强的磁场梯度和磁场力，将复合镀铁电解液中的微细硅铁合金颗粒吸附在低硅钢薄带阴极表面，进而通过复合镀过程获得高硅的铁一硅铁合金镀层，该复合镀层为后续制备整体硅含量达6. 5wt%的高硅钢提供充足的硅源；获得的复合镀层和低硅钢薄带本体经过后续的连续热处理扩散，最终制备出硅含量达6. 5wt%的近终型高性能高硅钢薄带；具体操作步骤为 a)硅铁合金颗粒的制备将不同比例的纯铁粉和纯硅粉混合均匀，混合粉中硅含量控制在7wt%Si 99%wt%Si范围，然后在高真空高温(1400 1600°C )下熔炼形成硅铁合金，然后将得到的合金采用真空电弧雾化或者行星球磨的方法磨制成O. I 3 μ m的粉末； b)电解液的配制0.01 10mol/L FeSO4, O. 01 10mol/L FeCl2, O. 01 IOmol/LNH4Cl,还原铁粉O. I 10g/L，湿润剂I 50滴/L，专用分散剂0. I 50g/L，然后用0.I IOmoI/L的H2SO4调节pH值为0. 5 5，加入0. I 500g/L的硅铁合金颗粒； c)磁场下电沉积施加的磁场强度为0.001 20T,采用0. 05 0. 5mm厚的纯铁薄带或者低硅硅钢薄片为阴极，宽度为10-2000mm，低硅钢薄带的硅含量为0. l-4wt%,以纯铁片或者低硅钢板为阳极，采用水浴加热或者蒸汽加热方式将电镀液温度控制在20 95°C ;为保证电镀液温度和成分均匀，可以采用机械搅拌、超声波搅拌或者采用酸液泵循环的方式搅拌电镀液；将电极放入电解槽中，通入0. 5A 2000A/dm2直流电流进行复合电镀； d)为保证得到连续的高硅复合镀层，将低硅钢薄带阴极连续地通过上下阳极间的间隙，阴极走带速度可以控制在0. 001-10m/s ;阴极和阳极间距保持在0. 5-10cm ;通过控制阴极走带速度、电流密度、电镀液中硅铁合金颗粒浓度、硅铁合金颗粒中硅含量、磁场强度等多个因素来控制复合镀层中的硅含量；为制备总体呈6. 5wt%Si的高硅钢薄带，复合镀层中的硅含量可控制在7. 0-99wt%之间；复合镀层的厚度为10-1000微米；阴极硅钢带采取放卷和收卷的方式，实现成卷高娃钢薄带的制备； e)均匀化扩散退火将上述步骤得到的平均含硅量约为6.5Wt%的铁-硅铁合金颗粒复合镀层钢带，经干燥烘干后放入带惰性气体(氩气、氮气或者混合气体)或为还原气体(一氧化碳、氢气、氨气、甲烷)或者为惰性气体与还原气体混合气保护的管状电炉中进行连续热处理扩散处理，得到平均硅含量为6. 5wt%且分布均匀的取向或无取向硅钢片；热处理温度控制在1000-1300°C，热处理时间为1-10小时。2.根据权利要求I所述的磁场下连续制备高硅钢薄带的方法，其特征在于采用的恒定磁场发生器(I)的磁场发生方式为永久磁铁...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟云波，龙琼，周鹏伟，孙宗乾，郑天翔，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：
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