網站導航
取向矽鋼絕緣塗層對鐵芯損耗的實驗研究結果分
作者：K8凯发 娱乐旗舰特鐵芯 發布時間：2019-03-30 15:01:21 瀏覽次數：1、取向矽鋼絕緣塗層結構分析
用場發射電子探針觀察取向矽鋼表麵的截麵結構並進行成分分析 ,結果如圖 1 和圖 2 所示. 由圖可見 ,鋼板基體以外塗層可以分成兩層 ,即表麵磷酸鹽張力塗層和與基體結合的矽酸鎂底層 ,兩層之間有較少量的過渡層 ,為張力塗層在矽酸鎂底層表麵的滲透層. 與矽鋼基體結合的矽酸鎂底層的厚度為017～110μm ,磷酸鹽張力塗層的厚度為 1μm 左右.從圖 2 中可以看出 ,Mg 成分的變化與矽酸鎂底層的厚度基本一致. 矽酸鎂底層在基體中有嵌入部分 ,在塗層的結合處 Fe 的成分界限非常明顯 ,沒有擴散層和滲透層 ,說明取向矽鋼表麵塗層結構與基體之間是通過矽酸鎂底層在基體中的嵌入方式結合的.
用場發射電子探針觀察取向矽鋼表麵的截麵結構並進行成分分析 ,結果如圖 1 和圖 2 所示. 由圖可見 ,鋼板基體以外塗層可以分成兩層 ,即表麵磷酸鹽張力塗層和與基體結合的矽酸鎂底層 ,兩層之間有較少量的過渡層 ,為張力塗層在矽酸鎂底層表麵的滲透層. 與矽鋼基體結合的矽酸鎂底層的厚度為017～110μm ,磷酸鹽張力塗層的厚度為 1μm 左右.從圖 2 中可以看出 ,Mg 成分的變化與矽酸鎂底層的厚度基本一致. 矽酸鎂底層在基體中有嵌入部分 ,在塗層的結合處 Fe 的成分界限非常明顯 ,沒有擴散層和滲透層 ,說明取向矽鋼表麵塗層結構與基體之間是通過矽酸鎂底層在基體中的嵌入方式結合的.
圖 3 和圖 4 為用透射電鏡對取向矽鋼表麵塗層的截麵進行觀察的結果. 圖 3 顯示結果與電子探針觀察的結果相同 ,表麵磷酸鹽張力塗層和靠近鋼基的矽酸鎂底層為致密層 ,中間為表麵磷酸鹽塗層與矽酸鎂底層的互擴散層. 圖 4 結果表明 ,靠近鋼基的 Mg2SiO4 底層明顯晶化 ,晶體之間結合比較致密 ,晶粒尺寸為 015～110μm ,與矽酸鎂底層的厚度非常接近 ,部分 Mg2SiO4 底層嵌入鋼基中 ,使塗層與鋼基結合牢固.
2、矽酸鎂塗層的表麵形貌和物相分析
直接在生產現場截取高溫退火後試樣 ,采用掃描電鏡觀察矽酸鎂底層的形貌 ,並采用 X 射線衍射儀分析其物相組成 ,結果如圖 5 和圖 6 所示. 從圖 5可以看出 ,矽酸鎂底層比較致密. 由圖 6 可見 ,矽酸鎂底層主要物相組成為 Mg2SiO4 、β- Mg2SiO4 和MgO ,主要是 SiO2 和 MgO 的反應物 ,沒有 Fe 及其化合物.
3、取向矽鋼塗層結構對鐵損的影響
取取向矽鋼試樣 ,采用熔融氫氧化鈉去掉表麵磷酸鹽塗層 , 10 %鹽酸酸洗後 ,在 3 % HF + 97 %H2O2 拋光液中進行拋光處理 ,並測量每個階段的鐵損 ,結果如表 2 所示. 從表 2 中可以看出 ,與帶磷酸鹽的成品樣相比 ,去掉該層後 ,鐵芯損耗大幅度增加 ,達 9 %左右 ,這主要是由於磷酸鹽塗層熱膨脹係數較小 ,可以對基體施加一個張力作用 ,張力可以細化磁疇 ,從而顯著降低鐵損. 去除磷酸鹽塗層後 ,鐵損升高 ,經酸洗和拋光後 ,鐵損又大幅度降低 ,酸洗拋光後消除了矽酸鎂底層嵌入基體的釘紮結構 ,該釘紮結構影響表麵磁化過程 ,對鐵芯損耗有較大影響.
不同拋光量下鐵損的變化情況如圖 7 所示. 從圖中可以看出 ,不同拋光量下 ,鐵損的變化不大 ,說明鐵損的改善主要來源於去掉矽酸鎂底層 ,該底層的結構對鐵芯損耗影響顯著.
取向矽鋼表麵絕緣塗層主要由兩部分組成:矽酸鎂底層和表麵磷酸鹽張力塗層. 矽酸鎂底層中的Si 來源於基體氧化產生的 SiO2 薄膜 ,Mg 來源於表麵塗敷的 MgO 塗層 ,在高溫退火處理過程中發生2MgO + SiO2 Mg2SiO4 的固相燒結反應. 矽酸鎂底層在基體上是嵌入結構 ,基體和矽酸鎂底層界限非常明顯 ,沒有擴散層和過渡層 ,說明基體與矽酸鎂底層的結合不是冶金結合 ,而是底層嵌入式機械結合 ,結合力來自於晶體在基體表麵致密排列程度、底層在基體中的嵌入程度 ,嵌入程度越高 ,越有利於塗層附著性能的改善. 但是 ,從鐵損的角度看 ,底層在基體的嵌入程度在磁化過程中會影響磁疇的疇壁移動 ,從而在一定程度上惡化鐵損. 因此 ,為了獲得良好的性能 ,矽酸鎂底層在基體的嵌入程度要少 ,同時要獲得良好的附著性 ,必須在表麵形成細小排列致密的矽酸鎂晶體. 表麵張力塗層與矽酸鎂底層的結合是滲透結合 ,是一種非晶態玻璃膜結構 ,通過張力作用在一定程度上改善取向矽鋼的磁性能.
取向矽鋼表麵絕緣塗層主要由兩部分組成:矽酸鎂底層和表麵磷酸鹽張力塗層. 矽酸鎂底層中的Si 來源於基體氧化產生的 SiO2 薄膜 ,Mg 來源於表麵塗敷的 MgO 塗層 ,在高溫退火處理過程中發生2MgO + SiO2 Mg2SiO4 的固相燒結反應. 矽酸鎂底層在基體上是嵌入結構 ,基體和矽酸鎂底層界限非常明顯 ,沒有擴散層和過渡層 ,說明基體與矽酸鎂底層的結合不是冶金結合 ,而是底層嵌入式機械結合 ,結合力來自於晶體在基體表麵致密排列程度、底層在基體中的嵌入程度 ,嵌入程度越高 ,越有利於塗層附著性能的改善. 但是 ,從鐵損的角度看 ,底層在基體的嵌入程度在磁化過程中會影響磁疇的疇壁移動 ,從而在一定程度上惡化鐵損. 因此 ,為了獲得良好的性能 ,矽酸鎂底層在基體的嵌入程度要少 ,同時要獲得良好的附著性 ,必須在表麵形成細小排列致密的矽酸鎂晶體. 表麵張力塗層與矽酸鎂底層的結合是滲透結合 ,是一種非晶態玻璃膜結構 ,通過張力作用在一定程度上改善取向矽鋼的磁性能.
實驗結論
(1) 取向矽鋼表麵絕緣塗層主要由矽酸鎂底層和表麵磷酸鹽張力塗層兩部分組成 ,每層的厚度約為 1μm. 矽酸鎂底層結晶完整 ,晶粒之間結合致密.矽酸鎂底層與基體結合主要是靠矽酸鎂的嵌入式結構實現. 磷酸鹽塗層與矽酸鎂底層之間有一定的互擴散層.
(2) 磷酸鹽塗層可以降低取向矽鋼鐵損達 9 %左右. 矽酸鎂底層的嵌入式結構提供絕緣塗層良好附著性的同時 ,也對取向矽鋼鐵芯損耗產生不利影響.