熱軋硅鋼表面納米化及合金化研究.pdf

1、Fe3Si是一種具有高硬度，良好的防腐蝕性和低電導(dǎo)率的鐵磁性合金。同樣也可作為理想的未來可取代非鐵磁隔離劑的硅鋼基片涂層。通過低硅鋼制造高硅硅鋼板常使用的方法是的CVD法。該種方法反應(yīng)溫度高，且工藝復(fù)雜。而本論文擬通過在低硅鋼表面形成納米晶后進(jìn)行合金化的方法，嘗試通過簡單的工藝在較低溫度下制得Fe3Si合金。
　　 不改變金屬基體的化學(xué)成分同時也不改變其外觀形狀的表面納米化工藝，可以制備一層表面到基體連續(xù)過渡的納米—微米晶層，可

2、以提高材料整體的服役性能及化學(xué)性能，被認(rèn)為是未來金屬材料改性的發(fā)展方向，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
　　 本課題采用快速多重旋轉(zhuǎn)碾壓(FMRR)裝置，對熱軋無取向硅鋼進(jìn)行表面處理致使其產(chǎn)生納米化表層，探討實現(xiàn)無取向硅鋼表面納米化后的物理化學(xué)性能及其后合金化的特征。運用金相顯微鏡、X射線衍射、掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡等設(shè)備研究樣品的顯微結(jié)構(gòu)變化。利用顯微硬度儀對處理后樣品進(jìn)行顯微硬度測試。結(jié)果表明:經(jīng)過快速多重旋轉(zhuǎn)碾壓后，無取

3、向硅鋼熱軋板表層晶粒尺寸為納米量級，尺寸可達(dá)10nm，沿深度方向，晶粒尺寸呈梯度分布，逐漸增大至原始晶粒大小;表層顯微硬度顯著提高，達(dá)373.1HV，相比于基體硬度212.7HV，提高了75％，隨著與表面層距離的增加，顯微硬度隨之降低，與顯微結(jié)構(gòu)的變化相吻合。
　　 比較了納米化前后樣品室溫下的拉伸性能、磁學(xué)性能與腐蝕性能。在拉伸變形時，納米晶組織表現(xiàn)出高屈服強(qiáng)度—很好的對應(yīng)著Hall-Petch關(guān)系，但加工硬化能力減弱和變形局

4、部化造成均勻伸長率明顯降低。其中經(jīng)過FMRR壓力為4.0MPa處理60min試樣的屈服強(qiáng)度平均值為88MPa，而未處理粗晶樣品表層的屈服強(qiáng)度平均值為51MPa，平均提高了72％。同時，延伸率從FMRR處理前的3.40％降低到處理后的1.84％，下降了42％。從拉伸斷口形貌可以看出，經(jīng)FMRR處理(4.0MPa壓力下60min)后頸縮現(xiàn)象不明顯，造成其斷裂的原因為韌性斷裂和脆性斷裂的共同結(jié)果，以脆性斷裂為主。表面納米化處理后軟磁性能出現(xiàn)退

5、化的現(xiàn)象——即納米表面層的矯頑力H。和剩磁MR分別為原始樣品的8.17倍和7.15倍。經(jīng)表面納米化處理后，試樣的自腐蝕電位變正，但自腐蝕電流降低—即其耐腐蝕性降低。
　　 對納米化后的綜合性能較好的樣品進(jìn)行熔融鹽非電解法制備Fe3Si金屬硅化物滲層。采用X射線衍射儀(XRD)分析了滲硅層的物相組成，用掃描電子顯微鏡(SEM)和附帶能量色散譜儀(EDS)研究了滲層截面的形貌和成分。相比于傳統(tǒng)的粗晶材料，表面納米化樣品中元素擴(kuò)散速度

6、顯著增高，充分說明了表面納米化具有促進(jìn)鐵硅擴(kuò)散的作用。
　　 FMRR后滲硅表層的晶粒平均尺寸小于粗晶滲硅表層。經(jīng)FMRR后滲硅處理出現(xiàn)了D03型的Fe3Si相較寬的XRD峰，經(jīng)計算其有序度相對較低。FMRR后滲硅樣品滲層橫截面處硅含量為普通滲硅含量的1.34倍，柯肯達(dá)爾空隙帶相比于普通粗晶滲層的更多。說明硅更容易通過納米晶層的非平衡晶界滲透。滲硅溫度越高硅化物滲層生長速度越快，在適當(dāng)?shù)谋貢r間下保溫時間越長硅化物滲層厚度越厚。