CN105537545A - 一种高硅钢微丝的制备方法 - Google Patents

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叶丰
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Abstract

本发明涉及金属材料制备技术领域，提供了一种高硅钢微丝的制备方法，包括：一、高硅钢母合金制备；二、将母合金切割成圆柱棒，放入坩埚，抽真空，充入氩气，感应加热熔化母合金，启动金属辊；三、将母合金熔体通过进给装置向上进给，熔体与金属辊辊体接触，旋转的辊轮直接从熔体中蘸取高硅钢母合金液态薄层，液态薄层被拉出熔潭，液态薄层在表面张力作用下圆化成高硅钢微丝，通过热量传递快速凝固。本发明的有益效果为：利用熔体抽拉快速冷却技术，克服了高硅钢难以加工成形的室温脆性，通过快速凝固得到近净成形的高硅钢微丝丝材，工艺简单，节能环保，晶粒尺寸小，有序度低，提高了高硅钢的室温塑性，拓展了高硅钢的应用范围，应用前景广阔。

Description

一种高硅钢微丝的制备方法
技术领域
本发明涉及金属材料制备技术领域，特别涉及一种高硅钢微丝的制备方法。
背景技术
硅钢是一种重要的软磁材料，是电力和电讯工业用以制造发电机、电动机、变压器、互感器、继电器以及其它电器仪表的重要磁性材料，约占磁性材料总量的90~95%。硅钢在作为磁性材料使用时必然产生能源损耗。对于硅钢，一个重要的磁性能指标就是铁损。有数据统计显示，由于铁损所造成的电量损失占各国全年发电总量的2.5~4.5%。提高硅钢磁性能的一个有效途径就是增加硅钢中的硅含量。
高硅钢一般指硅含量超过3.5%（重量比，下同）的硅钢。与普通硅钢（含硅量≤3.5%）相比，高硅钢特别是含硅量6.5%的高硅钢具有较高的电阻率和磁导率、较低的矫顽力、接近于零的磁致伸缩系数等特点，因而具有较低的铁损和磁致伸缩，对降低能耗、减小噪音具有重要意义。
与低硅钢相比，由于硅含量的增加，高硅钢硬度和脆性急剧升高，室温塑性非常低，几乎为零，难以采用常规的方法加工成形，从而阻碍了其广泛应用。因此人们采用特殊的制备方法，如化学气相沉积法和快速凝固法制备高硅钢薄带，避开其室温脆性。化学气象沉积法是通过在普通硅钢薄板上渗硅，然后进行均匀化处理，最终得到高硅钢。快速凝固法是指通过金属熔体的急速冷却或者通过抑制其非均匀形核，使合金在较大的过冷度条件下发生高生长率的凝固，可以获得传统的铸锭无法得到的成分、微观结构或相结构。利用单辊甩带的办法使熔体快速凝固，可以抑制高硅钢的有序化，获得极其细小的晶粒组织，塑韧性较好同时简化薄带的制造工艺，降低成本（中国发明专利，申请号201410276483.8）。
除了单辊甩带法可以实现快速凝固外，熔体抽拉法也可以实现熔体的快速凝固，同时熔体抽拉可制备得到微丝。目前尚未见利用熔体抽拉法制备高硅钢丝材的报道。
发明内容
本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种高硅钢微丝的制备方法，通过熔体抽拉的方法，直接将高硅钢合金液态金属液通过快速冷却直接制备成不同直径的微丝，可以有效降低铁芯铁损，节能效果显著。
本发明一种高硅钢微丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、高硅钢母合金制备；以工业纯铁、硅为原料进行制备；
步骤二、将所述高硅钢母合金切割成圆柱棒，将所述圆柱棒放入坩埚中，调整好坩埚和金属辊之间的距离，对熔体抽拉设备的腔体抽真空，达到设定的真空度后，关闭真空***并充入氩气，启动金属辊，用感应加热装置融化所述高硅钢母合金圆柱棒，熔化后进行保温；
步骤三、启动进给装置将高硅钢母合金熔体向上进给；当所述熔体与旋转的金属辊接触时，旋转的楔形辊轮直接从所述熔体中蘸取高硅钢母合金液态薄层，所述液态薄层被拉出熔潭，所述液态薄层在表面张力的作用下圆化成高硅钢微丝，并通过热量传递快速凝固，微丝直径为3~50μm。
进一步的，步骤一中所制备的高硅钢母合金中硅含量为3.5~7wt.%。
进一步的，步骤二中所述坩埚为石英坩埚或氮化硼坩埚。
进一步的，步骤二中所述金属辊转动的线速度为20~35m/min。
进一步的，步骤二中所述熔化后进行保温的温度为高硅钢母合金熔点以上50~150℃。
进一步的，步骤三中所述进给装置的进给速度为3~15mm/min。
进一步的，步骤二中所述金属辊的材质根据高硅钢微丝的直径相应确定。
本发明的有益效果为：利用熔体抽拉快速冷却的技术，克服了高硅钢难以加工成形的困难，通过快速凝固可以得到近净成形的高硅钢微丝丝材，工艺流程简单，节能环保，丝材晶粒尺寸小，有序度低，提高了高硅钢的室温塑性，拓展了高硅钢的应用范围，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1所示为本发明实施例制备的高硅钢微丝外观图。
图2所示为本发明实施例制备的高硅钢微丝显微外观图。
图3所示为本发明实施例制备的直径为58μm高硅钢微丝拉伸曲线图。
具体实施方式
下文将结合具体附图详细描述本发明具体实施例。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。
本发明实施例一种高硅钢微丝的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、高硅钢母合金制备；以工业纯铁、硅为原料进行制备；
步骤二、将所述高硅钢母合金切割成圆柱棒，将所述圆柱棒放入坩埚中，调整好坩埚和金属辊之间的距离，对熔体抽拉设备的腔体抽真空，达到设定的真空度后，关闭真空***并充入氩气，启动金属辊，用感应加热装置融化所述高硅钢母合金圆柱棒，熔化后进行保温；
步骤三、启动进给装置将高硅钢母合金熔体向上进给；当所述熔体与旋转的金属辊接触时，旋转的楔形辊轮直接从所述熔体中蘸取高硅钢母合金液态薄层，所述液态薄层被拉出熔潭，所述液态薄层在表面张力的作用下圆化成高硅钢微丝，并通过热量传递快速凝固，微丝直径为3~50μm。
优选的，步骤一中所制备的高硅钢母合金中硅含量为3.5~7wt.%。
优选的，步骤二中所述坩埚可以选用石英坩埚或氮化硼坩埚，同时可根据高硅钢的活性选用其它材质的坩埚。
优选的，步骤二中所述金属辊转动的线速度为20~35m/min。
优选的，步骤二中所述熔化后进行保温的温度为高硅钢母合金熔点以上50~150℃。
优选的，步骤三中所述进给装置的进给速度为3~15mm/min。
优选的，步骤二中所述金属辊的材质根据高硅钢微丝的直径相应确定；金属辊的材质不同将改变金属辊与高硅钢熔体的浸润性，从而改变蘸取金属液的深度，获得不同直径微丝。
实施例1
（1）配料：以工业纯铁、金属硅为原料，按硅含量3.5%进行配料；
（2）准备：将高硅钢母合金切割成直径10mm，长度50mm的圆柱棒，将硅钢圆棒放入石英坩埚中，调整好坩埚和铜辊之间的距离，距离为2mm，对熔体抽拉设备的腔体抽真空，达到要求真空度后，关闭真空***并充入氩气，启动铜辊，并用感应加热装置融化母合金；
（3）制丝：母料熔化后，使其温度高出熔点50℃，保温5min后启动进给装置，将熔化的高硅钢母料以3mm/min的速度向上进给，当熔池与高速旋转的铜辊接触后，高速旋转的楔形辊轮直接从熔体中蘸取液态薄层，铜辊转速为35m/min，在辊轮作用下一定厚度的熔体薄层被拉出熔潭，随后通过表面张力的作用圆化成高硅钢丝，并通过热量传递快速凝固，丝材直径为3μm。
实施例二
（1）配料：以工业纯铁、金属硅为原料，按硅含量6.5%进行配料；
（2）准备：将高硅钢母合金切割成直径10mm，长度50mm的圆柱棒，将硅钢圆棒放入石英坩埚中，调整好坩埚和铜辊之间的距离，距离为2mm，对熔体抽拉设备的腔体抽真空，达到要求真空度后，关闭真空***并充入氩气，启动铜辊，并用感应加热装置融化母合金；
（3）制丝：母料熔化后，使其温度高出熔点100℃，保温5min后启动进给装置，将熔化的高硅钢母料以6mm/min的速度向上进给，当熔池与高速旋转的铜辊接触后，高速旋转的楔形辊轮直接从熔体中蘸取液态薄层，铜辊转速为25m/min，在辊轮作用下一定厚度的熔体薄层被拉出熔潭，随后通过表面张力的作用圆化成高硅钢丝，并通过热量传递快速凝固，丝材直径为58μm，其外观形貌如图1、图2所示，拉伸曲线如图3所示。
实施例三
（1）配料：以工业纯铁、金属硅为原料，按硅含量7%进行配料；
（2）准备：将高硅钢母合金切割成直径10mm，长度50mm的圆柱棒，将硅钢圆棒放入石英坩埚中，调整好坩埚和铜辊之间的距离，距离为2mm，对熔体抽拉设备的腔体抽真空，达到要求真空度后，关闭真空***并充入氩气，启动铜辊，并用感应加热装置融化母合金；
（3）制丝：母料熔化后，使其温度高出熔点150℃，保温5min后启动进给装置，将熔化的高硅钢母料15mm/min的速度向上进给，当熔池与高速旋转的铜辊接触后，高速旋转的楔形辊轮直接从熔体中蘸取液态薄层，铜辊转速为20m/min，在辊轮作用下一定厚度的熔体薄层被拉出熔潭，随后通过表面张力的作用圆化成高硅钢丝，并通过热量传递快速凝固，丝材直径为50微米。
本发明的有益效果为：利用熔体抽拉快速冷却的技术，克服了高硅钢难以加工成形的困难，通过快速凝固可以得到近净成形的高硅钢微丝丝材，工艺流程简单，节能环保，丝材晶粒尺寸小，有序度低，提高了高硅钢的室温塑性，拓展了高硅钢的应用范围，具有广阔的应用前景。
本文虽然已经给出了本发明的几个实施例，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明精神的情况下，可以对本文的实施例进行改变。上述实施例只是示例性的，不应以本文的实施例作为本发明权利范围的限定。

Claims (7)

1.一种高硅钢微丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、高硅钢母合金制备；以工业纯铁、硅为原料进行制备；
步骤二、将所述高硅钢母合金切割成圆柱棒，将所述圆柱棒放入坩埚中，调整好坩埚和金属辊之间的距离，对熔体抽拉设备的腔体抽真空，达到设定的真空度后，关闭真空***并充入氩气，启动金属辊，用感应加热装置融化所述高硅钢母合金圆柱棒，熔化后进行保温；
步骤三、启动进给装置将高硅钢母合金熔体向上进给；当所述熔体与旋转的金属辊接触时，旋转的楔形辊轮直接从所述熔体中蘸取高硅钢母合金液态薄层，所述液态薄层被拉出熔潭，所述液态薄层在表面张力的作用下圆化成高硅钢微丝，并通过热量传递快速凝固，微丝直径为3~50μm。
2.如权利要求1所述的高硅钢微丝的制备方法，其特征在于，步骤一中所制备的高硅钢母合金中硅含量为3.5~7wt.%。
3.如权利要求1所述的高硅钢微丝的制备方法，其特征在于，步骤二中所述坩埚为石英坩埚或氮化硼坩埚。
4.如权利要求1所述的高硅钢微丝的制备方法，其特征在于，步骤二中所述金属辊转动的线速度为20~35m/min。
5.如权利要求1所述的高硅钢微丝的制备方法，其特征在于，步骤二中所述熔化后进行保温的温度为高硅钢母合金熔点以上50~150℃。
6.如权利要求1所述的高硅钢微丝的制备方法，其特征在于，步骤三中所述进给装置的进给速度为3~15mm/min。
7.如权利要求1-6任一项所述的高硅钢微丝的制备方法，其特征在于，步骤二中所述金属辊的材质根据高硅钢微丝的直径相应确定。
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