[发明专利]一种高硅钢磁性超薄带的连续生产工艺及装置

说明书

本发明提出了一种高硅钢磁性超薄带的连续生产工艺及装置。以导电金属带为基材，在溶解有铁离子和纳米硅粉的水溶液中，以导电金属带为阴极，纯铁为阳极，通过铁离子和纳米硅粉在导电金属带表面的共沉积，制造Fe/纳米Si复合材料磁性薄膜；对制造的Fe/纳米Si复合材料磁性薄膜进行低温去应力热处理后，将Fe/纳米Si复合材料磁性薄膜与导电金属带剥离，制备出Fe/纳米Si复合材料磁性超薄带。所制造高硅钢磁性超薄带的结构是硅含量4.5‑8wt％的固溶体，或者是在硅含量4.5‑8wt％的铁硅固溶体中均匀弥散分布大量Si纳米颗粒的复合材料磁性超薄带；所制造Fe/纳米Si复合材料磁性超薄带具有更高的力学性能。

技术领域

本发明属于磁性材料领域，特别涉及一种高硅钢磁性超薄带的连续生产工艺及装置。

背景技术

硅钢具有优良的软磁性能，被广泛应用于电力、电气、通讯及国防等领域。硅钢通常以硅钢片的形式加以使用。高性能硅钢片需满足：1)初始导磁率和最大导磁率高，以保证在给定强度的磁场中能得到更高的磁通密度(磁感应强度)，可减少电机和变压器的体积；2)铁损小，以降低其在交变磁场中的涡流损耗和磁滞损耗。为此，要求硅钢片具有最大的电阻率和最小的厚度；3)磁致伸缩系数低，以降低使用过程中产生的噪声。

研究表明，硅含量为6-8wt％的硅钢片的综合性能最佳。其磁致伸缩系数几乎为零，最大磁导率和电阻率达到峰值，涡流损耗和磁滞损耗也最低。提高硅含量并降低硅钢片的厚度，制造高硅钢磁性超薄带，是制造高性能硅钢的重要途经。目前，普遍采用冶金及随后轧制的方法制造晶态硅钢磁性超薄带。由于硅含量超过4.5％的硅钢质脆且硬，在将硅钢坯料轧制成超薄带的过程中，需要反复多次加热以消除加工硬化，质硬且脆的硅钢在轧制过程中极易产生裂纹、断带等缺陷，造成生产过程高能耗，成品率低，且制造硅钢超薄带的厚度很难低于50μm，硅钢超薄带的硅含量在4.5％左右。近年，着眼于制造高性能的非晶纳米晶硅钢超薄带，熔体急冷法被用于制造非晶纳米晶硅钢超薄带。熔融态硅钢喷射到高速旋转的金属辊轮表面，以高达10⁶K/s的冷却速度冷凝后，抛离金属辊轮表面形成超薄带。这种熔体急冷法制造的非晶纳米晶硅钢超薄带的硅含量也在4.5％左右，超薄带的厚度在20-60μm，宽度小于100mm。因熔体急冷法无法制造出大幅宽非晶纳米晶硅钢超薄带，因而无法成为一种工程结构材料制造方法。高端应用和新兴领域高效、节能和小型化的发展趋势，对非晶和纳米晶磁性材料及器件提出了更高要求。非晶纳米晶硅钢超薄带的发展趋势是制造超宽超厚非晶带材和超宽超薄纳米晶带材，实现材料的高性能、使用的高效率和生产过程的节能、降耗和低排放。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提出了一种高硅钢磁性超薄带的连续生产工艺及装置。本发明采用电化学材料制造技术，以导电金属带为基材，在溶解有铁离子和纳米硅粉的水溶液中，以导电金属带为阴极，纯铁为阳极，通过铁离子和纳米硅粉在导电金属带表面的共沉积，以此在导电金属带表面制造出Fe/纳米Si复合材料磁性薄膜；对导电金属带表面制造的Fe/纳米Si复合材料磁性薄膜12进行低温去应力热处理后，将Fe/纳米Si复合材料磁性薄膜12与导电金属带4剥离，制备出Fe/纳米Si复合材料磁性超薄带14；将Fe/纳米Si复合材料磁性超薄带14进行高温扩散热处理，制造高硅钢磁性超薄带的硅含量可高达20wt％，高硅钢磁性超薄带的厚度在8-100μm的范围。所制造高硅钢磁性超薄带的结构是硅含量4.5-8wt％的铁硅固溶体，或者是在硅含量4.5-8wt％的铁硅固溶体中均匀弥散分布大量Si纳米颗粒的复合材料磁性超薄带；所制造Fe/纳米Si复合材料磁性超薄带具有更高的力学性能。