表面纳米化对电工纯铁和硅钢渗硅行为影响研究

发布时间：2018-01-02 14:01

本文关键词：表面纳米化对电工纯铁和硅钢渗硅行为影响研究　出处：《太原理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：电工纯铁(Electromagnetic pure iron,EPI)和硅钢具有高磁导率、低磁致伸缩和低铁损等优异的软磁性能,随着Si含量的增加,其磁致伸缩系数和铁损值降低。但由于Si含量增加导致的塑性差、脆性大等影响,性能优异的高硅钢薄板难以用传统轧制技术生产。Fe3Si作为一种高硬度、良好耐蚀性和低电导率的铁磁性合金,可成为取代非铁磁隔离剂的硅钢涂层。目前渗硅方法主要有化学气相沉积法、固体渗硅法、熔盐电化学还原法和熔盐非电解法,前三者存在反应温度高、能耗大、表面质量差、工艺复杂等问题,所以本文选择更加简易低温的熔盐非电解法,此方法无需电解所需的复杂装置,无需保护气体,可以在低温650~900℃进行有效渗硅。表面机械研磨处理(Surface Mechanical Attrition Treatment,SMAT)是金属表面纳米化(Surface Nanocrystallization,SNC)的方法之一,即表面组织因为强烈塑性变形(SPD)使晶粒逐步细化至纳米量级,得到纳米—微米—亚微米梯度结构,这种结构可以很好的促进后续渗硅处理,这是由于SMAT材料表面高密度的高能晶界可以为化合物形成提供更高的热力学驱动力,加快Fe-Si化学反应;表层中大量纳米晶界可以为Fe-Si原子提供短程通道,增强扩散动力学。本文选取EPI和硅钢两种软磁材料进行SMAT和渗硅处理,主要探究强烈塑性变形诱导表面纳米结构及变形层对渗硅行为的促进作用,通过讨论渗层的形成、组成及厚度变化,利用反应热力学和扩散动力学分析其SMAT后渗硅行为的变化,讨论不同渗硅时间、温度等参数对其表面形貌、相组成和渗层质量的影响,从而得到以下结果:1、SMAT处理后表层晶粒尺寸约为21nm,变形层厚度为30~100μm。试样表面粗糙度增加,在一定范围内,表面粗糙度有利于促进渗硅初期的表面扩散使得渗层厚度增加,并且增强渗层与基体结合力。2、渗硅后表面得到单相Fe3Si,根据反应扩散速率常数k值,得到SMAT对渗硅行为的促进作用;同样SMAT可降低反应扩散激活能从而促进Fe-Si互扩散反应进行。通过分析SMAT时间与渗硅时间对渗层的影响,发现温度是渗层厚度的决定因素;SMAT会因为温度升高对渗硅的促进作用降低甚至消失。3、SMAT处理促进渗硅行为的机制为:(1)变形层可以为扩散提供短程通道,相比于粗晶体扩散温度更低,可以实现快速扩散,提高渗硅层厚度;(2)变形层由于SMAT储存的能量可以为扩散提供足够的驱动力,降低扩散激活能,促进渗硅的进行。4、从宏观扩散速率、扩散激活能和微观空位形成能、迁移能方面分析得到基体中Si含量的增加更有利于促进后续渗硅行为。5、SMAT后由于表面纳米晶和变形层形成其硬度距表面深度增大而逐渐减小至基体硬度,并随着SMAT时间增加,硬度变化距离增加。6、由于SMAT使得试样表面出现的微裂纹、孔隙等缺陷严重影响材料耐蚀性,使其随SMAT时间增加而不断降低。渗硅处理后形成的Fe3Si层可以有效提高基体的耐蚀性能,渗硅时间增加可以减少渗层表面孔隙,大幅度提高材料耐蚀性;7、渗硅试样矫顽力、磁滞损耗变化不大,随着渗硅时间增加,温度升高,饱和磁化强度显著提高。
[Abstract]:In this paper , the influence of high magnetic deformation ( SPD ) on the surface morphology , phase composition and infiltration quality of Fe - Si alloy has been studied by means of reaction thermodynamics and diffusion kinetics . The results show that : ( 1 ) the deformation layer can provide enough driving force for diffusion , reduce diffusion activation energy and improve the thickness of siliconizing layer .

【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TG174.4

【参考文献】