取向硅钢8

第３２卷第５期２０ｌＯ年９月上海金属ＳＨＡＮＧＨＡｌＭＥＴＡＬＳＶ０１．３２。Ｎｏ．５Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ。２０１０４３超声波作用对取向硅钢磁性能影响的研究李莉娟曹琪蒋翔刘立华翟启杰（上海大学上海市现代冶金及材料制备重点实验室，上海２０００７２）【摘要】设计了一种使用超声波对取向硅钢进行无损处理的装置，并用来对取向硅钢进行了不同时间的处理。实验结果发现，超声波处理会在一定程度上降低取向硅钢的铁损值，且不会对其表面涂层造成破坏，也不会产生任何塑性变形。【关键词】超声波取向硅钢铁损ＥＦＦＥＣＴＯＦＵＬＴＲＡＳＯＮＩＣＯＮＭＡＧＮＥＴＩＣＰＲｏＰＥＲＴＩＥＳｏＦＧＲＡＩＮｏＲＩＥＮＴＥＤＳＩＬＩＣｏＮＳＴＥＥＬＵＬｉｊｕ粕ＣａｏＱｉＪｉａｎｇＸｉａｎｇＵｕＵｈｕａＺｈａｉＱｉｊｉｅＵｎｉＶｅｒｓｉｔｙ）（Ｓｈ舳ｇｌｌａｉＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｏｄｅｍＭｅｔａｌｌｕｒｇｙ＆ＭａｔｅｒｉａｌｓＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＡｎｌｌｌｔｒａ￥ｏｎｉｃｄｅ“ｃｅｗｈｉｃｈｔｒｅａｔ【Ａｂｓｔｒａｃｔ】ｄｅｓｉ印ｅｄ．ｎｅｗｏｎ’ｔｃａＩｌｔＩＩｅｓｉｌｉｃｏｎｇｔｅｅｌｗｉｔｈｏｕｔ卸ｙｄｅｓｔｒＩｌｃｔｉｏｎｗ鹊ｇｒａｊｎｏｒｉｅｎｔｅｄｓｉｌｉｃｏｎｓｔｅｅｌｗ鹊恤ａｔｅｄｆｏｒｄｉ娲ｒｅｎｔｔｉｍｅｕｔｉｌｉｚｉｎｇ“ｓｄｅｖｉｃｅ．，１１ｌｅｒｅ一龇ｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔＩｌａｔｔｌｌｅｕｌｔｒａ∞ｎｉｃｔ１．ｅａｔｍｅｎｔｃ叫ｌｄｒｅｄｕｃｅｔｌｌｅｉｒｏｎｌｏｓｓｏｆｇｒａｉｎｏｒｉｅｎｔｅｄｓｉｌｉｃｏｎｓｔｅｅｌ，ｂｕｔｒｅｓｕｌｔｉｎａｎｙｃｏａｔｉｎｇｄｅｓｌｂｍｃｔｉｏｎａｎｄｐｌａｓｔｉｃｄｅｆ．ｏｎｎａｔｉｏｎ．【ｌ【ｅｙｗｏｒｄｓ】ｕｌｈ∞ｏｎｉｃ，Ｇｒａｉｎｏｒｉｅｎｔｅｄｓｉｌｉｃｏｎｓｔｅｅｌ，ＩｒｏｎＩｏｓｓ硅钢是电力、电子工业中不可缺少的重要软磁合金，也是一种重要的节能金属功能材料。其中主要应用于变压器行业的取向硅钢被称作是全球钢铁业的“塔尖产品”，更有“特钢艺术品”的美称。硅钢以铁芯损耗（铁损）和磁感应强度（磁热型的磁畴细化技术，其Ｏ．２３Ｉ姗和０．２７ｍｍ的产品以ＪＧｓＤ的名称商品化¨ｏ；在欧洲和美国的专利中，也报道了通过局部热变形或局部形成沟槽的磁畴细化方法。而在我国，细化磁畴技术的研究尚处于起步阶段，仅清华大学Ｈ１、东北大学ＨＪ、大连理工大学∞３等少数的几个科研单位有过相关的报道。上述细化方法的本质都是在硅钢上引入局部的应力一应变区，并且这些改变在处理之后能够部分地保留在硅钢内部，引起硅钢本身能量的升高，从而使硅钢处于一个亚稳定状态，这样硅钢有通过改变自身磁畴结构来降低系统总能量的趋势，因此磁畴发生细化。而超声波正是以引入局部应力一应变的方式来作用的，所以有望通过这种手段来改变硅钢内部的能量，进而实现磁畴的细化，最终达到降低其铁损的目的。目前，利用超声波作为细化磁畴手段的相关研究尚未见有感）作为产品磁性保证值，因此如何更好地改善取向硅钢的磁性能（包括铁损与磁感），使其具有更高的磁导率、更低的磁致伸缩和铁芯损耗早已成为当前世界的热门课题之一。在硅钢生产技术上，细化磁畴已经成为继控制织构、减薄钢带的第三大技术手段。已有研究表明，通过细化磁畴可以大幅度降低取向硅钢的铁损。目前，细化磁畴的主要方法有激光细化磁畴、机械压痕细化磁畴、离子束细化磁畴等等。日本新日铁公司采用激光照射技术使Ｈｉ—Ｂ钢铁损降低１５％左右¨以３；日本ＪＦＥ公司开发了一种耐基金项目：十一五国家科技支撑计划（２００６ＢＡＥ０３Ａ１４）；国家自然科学基金（５０８０４０２８）；上海高校选拔培养优秀青年教师科研专项基金（８ｈｕ奶００２）作者简介：李莉娟，博士，主要从事外场作用下的材料加工方面的理论与实验研究，Ｅｍａｉｌ：ｎｅｕｕｊ＠１６３．咖万方数据上海金属第３２卷文献报道。因此，本文首先设计了一种超声波处理取向硅钢的实验装置，然后利用该装置对高磁感取向硅钢进行了不同时间的处理，最后考察超声波处理对其磁性能的影响，并对其影响机理进行了初步探讨。１实验装置及方法图ｌ是超声波处理取向硅钢的实验装置示意图。该装置主要由超声波设备、电机驱动的样品台、工作台以及一个有机玻璃容器组成。其中样品台的运动速率连续可调。实验时，将硅钢样品置于样品台上，在硅钢片上再覆以花样板，板的形状选用栅格型花样板，以此来模拟机械刻痕细化磁畴方法的机理。然后将样品台放置于水溶液中，水溶液中放置了一定数量和尺寸（可以选择）的硬质颗粒，这样，在启动超声波设备时，超声波在搅动溶液的过程中必然会带动硬质颗粒运动，硬质颗粒就会以很大的速度打在硅钢样品的暴露处，从而产生一个很大的作用力。同时，样品台通过一个电机带动沿水平方向运动，运动速率连续可调。通过改变超声波的功率、硬质颗粒的种类、数量及尺寸以及样品台的运动速率来实现不同条件对取向硅钢成品的处理。图ｌ实验装置示意图１一超声波设备工具头（变幅杆）；２一样品台；３一花样板；４一悬浮有硬质颗粒的溶液；５一工作台；６一有机玻璃容器本文所用试样取自工业生产的高磁感取向硅钢成品，尺寸为：３００咖×３０ｌｍ×０．３伽ｎ，实验前用弱碱水溶液将试样表面油污洗净后，再用丙酮或酒精对试样表面清洗之后吹干，对其初始磁性能进行检测。所选取的硬质颗粒为Ｗ１０的碳化硼颗粒，超声波功率为ｌ２００ｗ。样品台的移动速率为１×１０“Ｈ∥ｓ。样品分别处理１５ＩＩｌｉｎ、２５ＩＩｌｉｎ和３５ｍｉｎ后取出对其磁性能进行检测。实验万方数据时要求超声波设备的工具头紧贴液面，以产生最大的空化作用。２实验结果及分析观察处理后的样品发现，试样表面涂层良好，且未发生任何塑性变形。表ｌ列出了样品在未处理前及分别处理１５ｍｉｎ、２５ｍｉｎ和３５ｍｉｎ后其磁性能的检测结果。图２、图３分别是样品铁损值和磁感值随处理时间增加的变化规律图。表１样品铁损值测试结果图２铁损值与处理时间的关系罨裔镬图３磁感值与处理时间的关系从表１和图２可以看出，随着超声波处理时间的增长，样品的铁损值先不断减小，减小至２５ＩＩｌｉｎ时达到最小值，为１．１Ｗ／ｋｇ，之后铁损值又增加，但始终低于未处理前的数值。较之未进行超声波处理前的铁损值１．１２８Ｗ／ｋｇ，处理２５ＩＩＩｉｎ时铁损值下降０．０２８Ｗ／ｋｇ（降幅２．５％），明显低于未处理前值。第５期李莉娟等：超声波作用对取向硅钢磁性能影响的研究４５从表１和图３可以看出，随着超声波处理时将会进一步加快溶液中硬质颗粒的运动速度。间的增加，样品的磁感值不断降低。但其最小值３结论１８７９．７９ｍＴ较之未处理前的值１８９９．１３ＩｎＴ仅（１）设计了一种超声波处理取向硅钢的简易下降１９．３４ｍＴ，这说明磁感值仅略有下降。装置，利用它处理取向硅钢不会对样品表面涂层当溶液中导入功率超声后，会在溶液中形成大造成破坏，且不会发生任何塑性变形。量的空化气泡，空化泡在超过一定阈值的声压下发（２）实验发现，超声波处理会对取向硅钢的生崩溃并产生冲击波，而这一切均是在极短的时间磁性能，特别是铁损值产生较大的影响。处理时里以很高的频率发生的。空化泡崩溃后又会变成间从１５１１１ｉｎ、２５ｌｌｌｉｎ增加到３５Ｉｌｌｉｎ，铁损值先下降大大小小的气泡，其中大的气泡继续作为核心，促后上升，但始终低于未处理样品的铁损值。其最使空化泡不断产生、崩溃，从而不断地产生冲击波。佳处理时间为２５ｍｉｎ，处理后铁损值为１．１Ｗ／而且在空化过程中，溶液中会存在局部性的极高压ｋｇ，较之未处理前的铁损值降幅达２．５％。力，这便形成了以气泡为中心向外传播的强烈冲击参考文献波。计算表明，当气泡闭合后在液体中产生的冲击波强度近２∞ＭＰａ，这是核爆炸的有效杀伤范［１］ｍｄ∞Ｍｄ咖ｏｋａ，０８删Ｈｏｎｊｏ．Ｃｕｒｒｅｎｔ８ｔ鱼ｎ腊如ｄｍｔＩ峨ｐｒ０５－围ｏ¨。这样的冲击波足以把溶液中悬浮的硬质颗ｐｅ出ｆｏｒｅｌｅ咖ｃａｌｓｔｅｅｌＢ［Ｊ］．ｓｏｆｔ粕ｄＨａｒｄＭａｇｎ撕ｃＭａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈ粒带动起来，并和栅格板上裸露的硅钢片部分发生Ａｐｐｂｃ撕咖，２０００，（２）：ｌ一６．［２］张译中．国外晶粒取向硅钢技术的进展［Ｊ］．上海金属，强烈撞击，从而产生刻痕的效果，并达到切割晶粒２００２，２４（３）：３ｌ一３８．细化磁畴，最终降低铁损的目的。［３］Ｙａ啪【ｄａ，ｓｈｉｇｅｋｉ．日本ＪＦＥ公司开发的电工钢板［Ｊ］．ＪＦＥ技此外，超声波还有声流效应，它在溶液中传播术公报，２００４，（２）：ｌＯ—１２．时会产生有限振幅衰减而使液体内从声源处开始［４】顾毓沁，李劲东，过增元，等．降低硅钢片铁损的激光处理方法形成一定的声压梯度，导致液体的流动，在高能超及装置：中国，９３１０２１１７．Ｏ［Ｐ］．１９９３—０９—２２．［５］杨玉玲，孙凤久，张瑞峰，等．激光局部氮化改善取向硅钢磁声的情况下，当声压幅超过一定值时，液体中可以畴结构的分布［Ｊ］．东北大学学报，２００２，２３（２）：１８９一１９１．产生一个流体的喷射。此喷流直接离开超声变幅［６］方建成，王续跃，柯朝曦，等．激光处理硅钢片温度场数值分杆，即工具头的端面并在整个流体中形成环流，这析［Ｊ］．电加工，１９９７，（１）：１５一１８．便是声流。声流是环流与紊流的结合，由于其环流［７］冯若．超声手册［Ｍ］．南京：南京大学出版社，１９９９：８９．特性，使得溶液能够上下翻动，起到搅拌的作用，这收修改稿日期：２０１０—０４—０６竺塑ｌ！！ｌ！！ｌ！！ｌ！！ｌ！！ｌ！！ｌ！！ｌ！！ｌ坚ｌ！！ｌ！！ｌ！！ｌ！！ｌ！！ｌ！！ｌ！！ｌ壁ｌ！！ｌ坚ｌ！！ｌ！！ｌ！！ｌ鲤￡！！ｌ鲤ｌ！！￡！！ｌ！！ｌ！！ｌ！！￡！！ｌ！！ｌ！！￡！！ｌ！！ｌ！！ｌ鲢曼！！ｌ！！ｌ！！ｌ！！ｌ！！ｌ！（上接第４２页）５９０一５９５．参考文献［７］张新明，罗智辉．双级时效对１４２０铝锂合金超塑性的影响【１］ＭｏｈａｍｅｄＡＭＡ，Ｓ舢ｕｅｌＧＨ．Ｉｎｎｕｅｎｃｅ０ｆＴｉｎＡｄｄ硒ｏｎ∞ｔｌｌｅ［Ｊ］．材料热理学报，２００７，２８（４）：５５—５８．Ｍｉｃ瑚帅Ｉｃｔｕ弛锄ｄＭｅｃｈ矾ｉｃａｌＭ，ＨｏｎｏＫ．Ｐｒｅ—ｐｒｅｃｉｐ胁ｅｃｌｕ婀Ｂ蛐ｄ畔ｉｐｉⅢ伽Ｐｒｏｐｅ而∞ｏｆＡｌ－ｓｉ・Ｃｕ—Ｍｇ蛐ｄ［８］ＭⅢ即ｍＡｌ－Ｍｇ・Ｓｉｃ８８ｔｉ｜ＩｇＡｕｏｙ８［Ｊ］．Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ∞ｄ叫ｄ面ａｌｓ岫ｎｐｐｍｅ８嘲ｉｎ灿－Ｍｇ－ｓｉａｕｏｙｓ［Ｊ］．Ａｃｔａ删丽ａｌｉａ，１９９９．４７ａｃｔｉⅫＡ。２００８。＾３９：４９０一５０Ｉ．（５）：１５３７一１５４８．［９］王宗和，周光永．根据工艺和材料用途控制６０６３铝合金的［２］许珞萍，邵光杰，李麟，等．汽车轻量化用金属材料及其发展成分［Ｊ］．轻合金加工技术。２０００，２８（１２）：３ｌ一３２．动态［Ｊ］．上海金属，２００２，２４（３）：１—６．［１０］蔡军辉，邵光杰．＾ｊ—Ｍｇ—ｓｉ合金时效工艺的研究［Ｊ］．上海［３］李志辉，熊柏青．７８０４铝合金双级时效的微观组织与性能金属，２００８，３０（４）：１６一１９．［Ｊ］．稀有金属材料与工程，２００８，３７（３）：５２ｌ一５２４．［１１］ｓａ胁Ｔ，Ｈｉｍｓａｗａｓ，Ｈｉｒｏ眙Ｋ，ｄａ１．Ｒｏｌ∞０ｆｍｉｃｒ啪Ⅱｏｙｉｎｇｅｌ—［４］袁志山，陆政．高强Ａｌ—ｃｕ山．ｘ铝锂合金２Ａ９７三级时效工ｅｍ即ｔＢ彻ｔｌ｝ｅｃｌｕｓｔｅｒｆｏ灯越ｄｏｎｉｎｔｌｌｅｊｎｉｔｉａｌ８ｔａｇｅ０ｆＰｈａ盼ｄｅ．艺及性能研究［Ｊ］．航空材料学报，２００６，２６（３）：７９—８２．ｃｏｍｐ∞ｉ面ｎｏｆｍ－ｂａ８ｅｄａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｅａｌ锄ｄＭａｌｅｒｉａｌｓ［５］田福泉，崔建忠．双级时效对７０５０铝合金组织和性能的影Ｔｒａ∞ａｃｔｉｏｍＡ，２００３，３４（１２）：２７４３—２７５５．响［Ｊ】．中国有色金属学报，２００６，１６（６）：９５９一９６３．［１２】金曼，邵光杰．ｃｕ对６０８２＾Ｊ－Ｍｇ－ｓｉ合金时效初期析出相的［６］范云强，陈志国．分级时效对Ａｌ・ｃｕ－ｕ—Ｍｇ．Ｍｎ－ｚｒ合金微观影响［Ｊ］．中国有色金属学报，２００９，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