分析硅钢热轧硅钢表面纳米化与合金化设计

摘要：Fe3Si是一种具有高硬度,良好的防腐蚀性和低电导率的铁磁性合金。同样也可作为理想的未来可取代非铁磁隔离剂的硅钢基片涂层。通过低硅钢制造高硅硅钢板常利用的策略是的CVD法。该种策略反应温度高,且工艺复杂。而本论文拟通过在低硅钢表面形成纳米晶后进行合金化的策略,尝试通过简单的工艺在较低温度下制得Fe3Si合金。不转变金属基体的化学成分同时也不转变其外观形状的表面纳米化工艺,可以制备一层表面到基体连续过渡的纳米—微米晶层,可以提升材料整体的服役性能及化学性能,被认为是未来金属材料改性的进展方向,具有非常广阔的运用前景。本课题采取快速多重旋转碾压(FMRR)装置,对热轧无取向硅钢进行表面处理致使其产生纳米化表层,探讨实现无取向硅钢表面纳米化后的物理化学性能及其后合金化的特点。运用金相显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等设备探讨样品的显微结构变化。利用显微硬度仪对处理后样品进行显微硬度测试。结果表明：经过快速多重旋转碾压后,无取向硅钢热轧板表层晶粒尺寸为纳米量级,尺寸可达10nm,沿深度方向,晶粒尺寸呈梯度分布,逐渐增大至原始晶粒大小；表层显微硬度显著提升,达373.1HV,相比于基体硬度212.7HV,提升了75%,随着与表面层距离的增加,显微硬度随之降低,与显微结构的变化相吻合。比较了纳米化前后样品室温下的拉伸性能、磁学性能与腐蚀性能。在拉伸变形时,纳米晶组织体现出高屈服强度—很好的对应着Hall-Petch联系,但加工硬化能力减弱和变形局部化造成均匀伸长率显著降低。其中经过FMRR压力为4.0MPa处理60min试样的屈服强度平均值为88MPa,而未处理粗晶样品表层的屈服强度平均值为51MPa,平均提升了72%。同时,延伸率以FMRR处理前的3.40%降低到处理后的1.84%,下降了42%。以拉仲断口形貌可以看出,经FMRR处理(4.0MPa压力下60min)后颈缩现象不显著,造成其断裂的理由为韧性断裂和脆性断裂的共同结果,以脆性断裂为主。表面纳米化处理后软磁性能出现退化的现象——即纳米表面层的矫顽力He和剩磁MR分别为原始样品的8.17倍和7.15倍。经表面纳米化处理后,试样的自腐蚀电位变正,但自腐蚀电流降低—即其耐腐蚀性降低。对纳米化后的综合性能较好的样品进行熔融盐非典解法制备Fe3Si金属硅化物渗层。采取X射线衍射仪(XRD)浅析了渗硅层门物相组成,用扫描电子显微镜(SEM)和附带能量散谱仪(EDS)探讨了渗层截面的形貌和成分。相比于传统的粗晶材料,表面纳米化样品元素扩散著增高,充分说民了表面纳米化具有推动铁硅扩散的作用。FMRR后渗硅表层的晶粒平均尺寸小于粗晶渗硅表层。经FMRR后渗硅处理出现了DO3型的Fe3Si相较宽的XRD峰,经计算其有序度相对较低。FMRR后渗硅样品渗层横截面处硅含量为普通渗硅含量的1.34倍,柯肯达尔空隙带相比于普通粗晶渗层的更多。说明硅刚容易通过纳米晶层的非平衡界渗透。渗硅温度越高硅化物渗层生长速度越快,在适当的保温时间越长硅化物渗层厚度越厚。关键词：无取向硅钢论文纳米化论文硅化物渗层论文熔融盐非电解沉积论文

摘要10-12

ABSTRACT12-14

第一章 绪论14-33

1.1 表面工程14-16

1.2 纳米材料与制备策略16-21

1.2.1 纳米晶体材料16

1.2.2 纳米材料的制备策略16-20

1.2.3 表面纳米化技术的进展前景20-21

1.3 金属表面纳米化21-25

1.3.1 纳米表层的制备策略21-23

1.3.2 快速多重旋转碾压23-25

1.4 表面纳米化对性能的影响25-28

1.4.1 力学性能25-26

1.4.2 化学热处理性能26-27

1.4.3 腐蚀性能27-28

1.5 选题作用和探讨内容28

热轧硅钢表面纳米化后的微观组织结构浅析47-53

3.3.1 热乳桂钢表面纳米化后截面的金相组织浅析47-48

3.3.2 X射线衍射浅析48-52

3.3.3 热乳娃钢表面纳米化后的透射电镜浅析52-53

3.4 本章小结53-54