CN1434144A - 具有塑性变形能力的Fe-6.5wt%Si复合块体材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备Fe-6.5wt%Si块体材料的方法。具有塑性变形能力的Fe-6.5wt%Si复合块体材料的制备方法,其特征是按下述步骤实现:1)将所制备的Si-Fe复合粉进行SPS烧结,获得厚1.5~2mm的块体材料,烧结条件为:烧结温度500℃~600℃,保温1-5分钟,升温速率150℃/分钟,烧结压力30~60MPa,真空≤6Pa;2)对所烧结的块体材料进行反复压延,获得厚度为0.3mm左右的片材。这种块体材料具有塑性变形能力,可在室温下进行轧制;本发明的特点在于克服高硅硅钢传统制备方法的加工脆性。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备Fe-6.5wt%Si块体材料的方法,具体地讲涉及一种用放电等离子烧结(SPS)制备具有塑性变形能力的Fe-6.5wt%Si块体材料的方法。
背景技术
含硅6.5wt%的特种硅钢片是一类性能优异的软磁合金,与传统硅钢片(含~3wt%Si)相比,它具有高磁导率、高饱和磁感应强度、低磁致伸缩和低铁损等更优异的软磁性能及高频特性,因此更适合应用于发电机、变压器及各种电机、电器等,特别是其低铁损和接近于零的磁致伸缩系数,对降低变压器的噪声和实现电机、电器的超小型化和超大型化、减少能耗都极为有利。但是,随Si含量的增加,硅钢片的质地变脆,其加工性能很差,难以用传统方法轧制成型,严重制约了6.5wt%Si钢片的生产和应用。为此,近年来陆续产生了一些新的6.5wt%Si钢片的制备方法,如CVD连续渗硅、快淬工艺等。其中,CVD工艺发展的最为成熟,日本的钢管公司(NKK)已经成功地运用此技术实现了小规模的工业化生产。但是,目前世界上仅NKK公司一家利用CVD连续渗硅工艺生产6.5wt%Si钢片,规模和产量都无法满足国际软磁市场的需要,而且带材仍很脆,其剪裁尚需激光切割工艺,加上这种制备工艺过程复杂,能耗、成本高,作业环境恶劣(有高温氯气产生),不能满足“投入-产出比”即经济效益的要求和环保需求。快淬工艺可获得100~200mm宽,100~400μm厚的薄带。但由于产品的宽度和厚度都十分有限,形状精度难以控制,因此工业化大规模生产比较困难,形成不了规模经济效益。
研究者在对硅钢脆性形成机理的研究基础上,提出利用粉末冶金方法制备高硅硅钢片,解决其加工过程中的脆性问题的新思路。具体地说,即首先制备具有塑性变形能力的Si-Fe包覆型复合粉,再进行轧制,最后高温扩散处理,将Si均匀分布在基体中。
为了能够将所制备的复合粉轧制成高密度的片材,需要提高粉末间的粘结性,采用烧结技术是解决问题的方法之一。但所制备的Si包覆Fe的复合粉属热力学非平衡态,传统烧结技术将破坏这种非平衡态,因此研究者采用SPS进行快速烧结。查新检索表明:有研究者用SPS烧结Fe、Si混合粉末,烧结后的块体不能进行轧制,用SPS烧结Si-Fe包覆型复合粉的研究还没有专利或研究报道。
发明内容
本发明的目的是:制备出具有塑性变形能力的Fe-6.5wt%Si块体材料,这种块体材料具有塑性变形能力,可在室温下进行轧制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:具有塑性变形能力的Fe-6.5wt%Si复合块体材料的制备方法,在获得的具有塑性变形能力的Si-Fe复合粉的基础上,对其进行放电等离子烧结。其目的为(1)使复合粉之间获得一定的自粘结性;(2)控制Si扩散,保持复合粉原始的塑性变形能力。
本发明的具体实现过程详述如下:
1)将所制备的Si-Fe复合粉进行SPS烧结,获得厚1.5~2mm的块体材料,烧结条件为:烧结温度500℃~600℃,保温1-5分钟,升温速率150℃/分钟,烧结压力30~60Mpa,真空≤6Pa;
2)对所烧结的块体材料进行反复压延,获得厚度为0.3mm左右的片材。
本发明是在制备Si-Fe包覆型复合粉的基础上,对复合粉进行SPS低温处理,将其烧结成多孔块体。本发明的特点在于克服高硅硅钢传统制备方法的加工脆性。这种块体材料具有塑性变形能力,可在室温下进行轧制。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图
图2是Si-Fe复合粉在600℃、SPS烧结后的微观结构图
图3是本发明表明晶粒已被拉长微观分析图
具体实施方式
硅-铁均匀包覆型复合粉的制备方法,按下述步骤进行:(1)利用高能粉碎设备将微米级Si粉粉碎成纳米级Si粉;(2)将重量百分比为6-7的纳米级Si粉与重量百分比为93-94的微米级Fe粉进行混合球磨,获得Si-Fe均匀包覆型复合粉。
如图1所示,具有塑性变形能力的Fe-6.5wt%Si复合块体材料的制备方法,按下述步骤实现:1)将所制备的Si-Fe复合粉进行SPS烧结,获得厚1.5~2mm的块体材料,烧结条件为:烧结温度500℃~600℃,保温1-5分钟,升温速率150℃/分钟,烧结压力30~60Mpa,真空≤6Pa;2)对所烧结的块体材料进行反复压延,获得厚度为0.3mm左右的片材。
实例1:
10克已制备的Fe-6.5wt%Si包覆型复合粉置于30×20的矩形模具中,利用放电等离子烧结(SPS-1050)设备进行烧结。烧结温度为600℃,烧结压力60Mpa,真空6Pa,保温1分钟。烧结后的样品厚度为1.5mm。电子探针微观分析表明:颗粒间已具有良好的结合,同时Si仍保持在粉末表面,并未显著扩散进α-Fe颗粒内,如图2所示。对该样品在室温进行轧制,经多次反复压延获得厚度为0.3mm左右的Fe-6.5wt%Si薄片。对轧制的片材的微观分析发现:颗粒被拉长,显示出Fe颗粒的塑性变形性(如图3所示)。
实例2:
15克已制备的Fe-6.5wt%Si包覆型复合粉置于30×30的矩形模具中,利用放电等离子烧结(SPS-1050)设备进行烧结。烧结温度为500℃,烧结压力60MPa,真空6Pa,保温5分钟。烧结后的样品厚度为1.6mm。对该样品在室温进行轧制,经多次反复压延获得厚度为0.3mm左右的Fe-6.5wt%Si薄片。
Claims (1)
1、具有塑性变形能力的Fe-6.5wt%Si复合块体材料的制备方法,其特征是按下述步骤实现:1)将所制备的Si-Fe复合粉进行SPS烧结,获得厚1.5~2mm的块体材料,烧结条件为:烧结温度500℃~600℃,保温1-5分钟,升温速率150℃/分钟,烧结压力30~60Mpa,真空≤6Pa;2)对所烧结的块体材料进行反复压延,获得厚度为0.3mm左右的片材。
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