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      取向硅鋼產(chǎn)品表面質(zhì)量檢測(cè)對(duì)比分析

      2021-11-24 05:05:23秦曉鵬
      商品與質(zhì)量 2021年24期
      關(guān)鍵詞:硅鋼絕緣性硅酸

      秦曉鵬

      唐山燕山鋼鐵有限公司 河北唐山 064400

      取向硅鋼是機(jī)電行業(yè)和能源行業(yè)的主要功能材料之一。在取向硅鋼的生產(chǎn)過(guò)程中,往往需要進(jìn)行脫碳退火和高溫退火等步驟。脫碳退火會(huì)在鋼帶表面生成一層二氧化硅。為了防止高溫退火過(guò)程中鋼板粘結(jié),在高溫退火前需要在鋼板表面涂敷氧化鎂(Mgo),在退火過(guò)程中Mgo與鋼板基體表層的二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鎂底層(2Mgo+SiO2→Mg2SiO4),然后在其外表面涂敷磷酸鹽絕緣涂層[1]。

      1 試驗(yàn)材料與方法

      采用JSM-840型掃描電鏡對(duì)取向硅鋼的脫碳板、高溫退火板、成品板進(jìn)行觀察。試樣尺寸為20mm×20mm,將其截面制成金相試樣,拋光后進(jìn)行截面涂層結(jié)構(gòu)及成分分析。

      制取60mm×300mm的試樣,采用HXCDZ-1層間電阻測(cè)量?jī)x進(jìn)行層間電阻測(cè)試。采用MPG-100D型磁性測(cè)量?jī)x測(cè)試鋼板磁性,試樣尺寸為30mm×300mm,采用方圈法測(cè)磁。將制取30mm×300mm試樣,按照GB/T2522-2007標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行附著性測(cè)試。

      2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

      2.1 取向硅鋼底層的結(jié)構(gòu)

      用FIB切割試樣并制成透射試樣,并分析取向硅鋼底層的構(gòu)造以及成分;取向硅鋼涂層主要分為表面絕緣涂層、硅酸鎂玻璃層(包含嵌入基體的釘扎層)、表面細(xì)晶層和基體,其中表面絕緣涂層厚度約為2-3μm;硅酸鎂玻璃層厚度約為1μm,可以觀察到明顯的類似晶粒的結(jié)構(gòu);細(xì)晶層約為1-2μm,釘扎主要位于細(xì)晶層,部分位于基體。其中絕緣涂層和硅酸鎂底層都是獨(dú)立存在的,沒(méi)有生成明顯的過(guò)渡產(chǎn)物[2]。

      2.2 試樣截面微觀形貌和成分分布分析

      將附著性差異較大的2件試樣鑲嵌磨制后,(a)為附著性較好試樣的截面,(b)為附著性較差試樣的截面。對(duì)比可以發(fā)現(xiàn):附著性好的試樣釘扎的數(shù)目較多,釘扎的顆粒比較大,而且釘扎與底層的間隔較小,較多的釘扎為半島狀釘扎,這種形狀的釘扎就像釘子一樣釘在基體中,這樣底層與基體的連接更緊密,更不易脫落。附著性差的釘扎比較細(xì)小,而且數(shù)目明顯少于附著性較好的試樣,釘扎比較分散的分布在鐵基體內(nèi),觀察可以發(fā)現(xiàn),在磨制試樣的過(guò)程中試樣已經(jīng)出現(xiàn)了脫落的現(xiàn)象。

      為了進(jìn)一步分析底層細(xì)微結(jié)構(gòu)的差別,將2件試樣經(jīng)FIB切割后,在較高的倍數(shù)下觀察幾件試樣的截面形貌圖,(a)為附著性好的試樣,(b)為附著性差的試樣。從2件試樣的截面形貌圖對(duì)比可以看出,附著性好的試樣存在表面裂紋,裂紋貫穿了整個(gè)絕緣涂層涂層,但沒(méi)有發(fā)展進(jìn)入硅酸鎂玻璃層;附著性好的試樣的釘扎數(shù)量確實(shí)多于附著性差的試樣;另外,附著性差的硅酸鎂層不致密,有較多大大小小的疏松孔洞;同時(shí)還可以發(fā)現(xiàn),附著性差的試樣硅酸鎂底層不完整[3]。

      2.3 取向硅鋼底層對(duì)性能的影響分析

      分別觀察5種具有相同板厚(0.27cm)的取向硅鋼刻痕產(chǎn)品,比較底層結(jié)構(gòu)對(duì)其性能的影響,取向硅鋼的底層結(jié)構(gòu)由表面連續(xù)層和嵌入近表面離散氧化物(釘扎)組成。將表面連續(xù)層和嵌入近表面離散氧化物的厚度統(tǒng)稱為底層厚度,其中離散氧化物的厚度稱為釘扎深度。5號(hào)取向硅鋼的附著性最差(E級(jí))、層間電阻最低(76.4Ω·cm2/片)、鐵損最高、磁感最低,說(shuō)明取向硅鋼底層質(zhì)量差,會(huì)同時(shí)影響其絕緣性能和磁性能,導(dǎo)致其絕緣性能和磁性能變差。

      底層厚度增加有利于涂層的附著性,在釘扎深度為3.1μm,連續(xù)層厚度為3.0μm時(shí),取向硅鋼底層的致密性、均勻性也直接影響了其附著性。底層越致密均勻,附著性越好。磷酸鹽涂層的作用一方面是提供張力,另一方面是提高取向硅鋼表面絕緣性能。從表1中發(fā)現(xiàn),磷酸鹽涂層厚度與取向硅鋼的層間電阻并沒(méi)有線性關(guān)系,說(shuō)明取向硅鋼的絕緣性能須綜合考慮底層與表面的磷酸鹽涂層。若底層和絕緣涂層均較薄,鋼板的絕緣性能則較低,其底層厚度與磷酸鹽涂層厚度之和為7.2μm,為5個(gè)試樣中厚度最薄的,因此其層間電阻最低。在相同底層厚度下,提高磷酸鹽涂層的厚度有利于提高鋼板的層間電阻。

      3 結(jié)語(yǔ)

      (1)取向硅鋼底層的釘扎、硅酸鎂涂層、磷酸鹽涂層共同作用影響著取向硅鋼的絕緣性能、附著性和磁性。取向硅鋼底層質(zhì)量差,會(huì)導(dǎo)致其絕緣性能和磁性能差。

      (2)硅酸鎂涂層越致密均勻,取向硅鋼的附著性越優(yōu)良,同時(shí)底層厚度增加有利于取向硅鋼的附著性。取向硅鋼底層的釘扎對(duì)其鐵損影響較大,其厚度對(duì)鐵損的影響存在臨界值,過(guò)薄會(huì)影響基體內(nèi)部的抑制劑作用,二次再結(jié)晶難形成高斯織構(gòu),導(dǎo)致鐵損高;過(guò)厚會(huì)阻礙磁疇移動(dòng),增加鐵損。建議釘扎厚度為3μm,取向硅鋼的鐵損較低且附著性好。

      (3)鋼板的底層厚度與磷酸鹽涂層厚度同時(shí)影響著取向硅鋼的絕緣性能,在相同的底層厚度下,提高磷酸鹽涂層的厚度有利于提高鋼板的層間電阻。

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