D0I:10.13374/1.issnl00103.2009.10.0B 第31卷第10期 北京科技大学学报 Vol.31 No.10 2009年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2009 取向硅钢绝缘涂层结构及其对铁芯损耗的影响 胡守天12)孔祥华)李平和)赵启博)杨皓)王向欣) 何业东) 1)北京科技大学材料科学与工程学院，北京1000832)国家硅钢工程技术研究中心，武汉430080 摘要采用XRD,SEM和TEM等方法研究了取向硅钢陶瓷涂层的结构特征，采用磁性测量仪分析了此结构对铁芯损耗的 影响·结果表明：取向硅钢绝缘涂层包括硅酸镁底层和磷酸盐涂层两部分，硅酸镁底层与钢板基体之间主要是嵌入式机械结 合，未见底层原子或原子团扩散，因此为了获得底层对基体良好的附着性，底层应形成细小而排列紧密的硅酸盐晶粒，并嵌入 钢板基体的表层，但是也会对取向硅钢的铁芯损耗产生不利影响 关键词取向硅钢：绝缘涂层：铁芯损耗；硅酸镁 分类号TG174.4 Microstructure of insulating coatings and their influence on the iron loss of orient- ed silicon steel HU Shoutian2).KONG Xiang-hua),LI Ping-he2),ZHAO Qi-b2,YANG Ho),WANG Xiangxin).HE Ye-dong) 1)School of Materials Science and Engineering.University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Chinese National Silicon Steel Engineering Research Center.Wuhan 430080.China ABSTRACI Some analytical methods including XRD,SEM and TEM were used to study the surface microstructure of oriented sili- con steel.and the effect of insulating coatings on the iron loss of oriented silicon steel was analyzed with a magnetic property gauge. The results show that the insulating coating consists of two layers,one is Mg2SiO and the other is a phosphate coating.No diffusion occurs between the substrate and the Mg2SiO4 layer,indicating that adhesion is dependent on the shape of Mg2SiO4 crystal grains. Some Mg2Si04 grains grow into the substrate and enhance the coatings'adhesion.but increase the iron loss. KEY WORDS oriented silicon steel:insulating coatings:iron loss:magnesium silicate 取向硅钢被称为钢中的艺术品，是一种具有高 影响，同时两层的协同作用可获得以下两项使用性 磁通密度的软磁合金，主要用于制作电机和变压器 能：()提供绝缘性能，以减少铁芯使用过程中的涡 的铁芯四.目前在取向硅钢的生产工艺中，为了防 流损耗：(2)提供表面张力，减少铁芯使用过程由于 止退火过程中钢板黏接，高温退火前需要在钢板表 磁致伸缩和畴壁移动而产生的噪声和损耗2]。值 面涂敷氧化镁(MgO),在退火过程中Mg0与钢板 得注意的是，虽然人们对于取向硅钢表面上述涂层 基体表层形成的氧化物反应生成硅酸镁底层，然后 的结构及其作用已经形成共识，但对于该结构特征 在外表面涂敷磷酸盐张力涂层，即形成硅酸镁底层 及其对性能影响规律的系统研究却未见报道，武钢 和磷酸盐涂层的双层结构，由于热膨胀系数不同， 的生产实践表明，揭示取向硅钢表面涂层结构的特 高温冷却后磷酸盐涂层会对基体产生张力作用，因 征对于稳定生产以及新产品开发是至关重要 此该涂层又被称为张力涂层，硅酸镁底层的热膨胀的[]，与此同时，基于表面陶瓷张力涂层的新技 系数介于钢板和磷酸盐涂层之间，有利于磷酸盐涂 术正逐渐成为取向硅钢发展的重要方向)，因 层的附着及其张力作用的发挥.研究和生产实践已 此，本文重点研究了取向硅钢涂层的结构特征及其 经证明，硅酸镁底层对最终产品的性能具有显著的 与性能之间的关系 收稿日期：2008-12-01 作者简介：胡守天(1973一)，男，博士研究生：何业东(1950-)，男，教授，博士生导师，Emal:htgroup-mater.ustb.ed血cm
取向硅钢绝缘涂层结构及其对铁芯损耗的影响 胡守天12） 孔祥华1） 李平和2） 赵启博2） 杨 皓2） 王向欣2） 何业东1） 1） 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 2） 国家硅钢工程技术研究中心武汉430080 摘 要 采用 XRD、SEM 和 T EM 等方法研究了取向硅钢陶瓷涂层的结构特征采用磁性测量仪分析了此结构对铁芯损耗的 影响．结果表明：取向硅钢绝缘涂层包括硅酸镁底层和磷酸盐涂层两部分硅酸镁底层与钢板基体之间主要是嵌入式机械结 合未见底层原子或原子团扩散因此为了获得底层对基体良好的附着性底层应形成细小而排列紧密的硅酸盐晶粒并嵌入 钢板基体的表层但是也会对取向硅钢的铁芯损耗产生不利影响． 关键词 取向硅钢；绝缘涂层；铁芯损耗；硅酸镁 分类号 TG174∙4 Microstructure of insulating coatings and their influence on the iron loss of oriented silicon steel HU Shou-tian 12）KONG Xiang-hua 1）LI Ping-he 2）ZHA O Q-i bo 2）Y A NG Hao 2）W A NG Xiang-xin 2）HE Ye-dong 1） 1） School of Materials Science and EngineeringUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China 2） Chinese National Silicon Steel Engineering Research CenterWuhan430080China ABSTRACT Some analytical methods including XRDSEM and T EM were used to study the surface microstructure of oriented silicon steeland the effect of insulating coatings on the iron loss of oriented silicon steel was analyzed with a magnetic property gauge． T he results show that the insulating coating consists of two layersone is Mg2SiO4and the other is a phosphate coating．No diffusion occurs between the substrate and the Mg2SiO4 layerindicating that adhesion is dependent on the shape of Mg2SiO4 crystal grains． Some Mg2SiO4grains grow into the substrate and enhance the coatings’adhesionbut increase the iron loss． KEY WORDS oriented silicon steel；insulating coatings；iron loss；magnesium silicate 收稿日期：20081201 作者简介：胡守天（1973—）男博士研究生；何业东（1950—）男教授博士生导师E-mail：htgroup．mater．ustb．edu．cn 取向硅钢被称为钢中的艺术品是一种具有高 磁通密度的软磁合金主要用于制作电机和变压器 的铁芯［1］．目前在取向硅钢的生产工艺中为了防 止退火过程中钢板黏接高温退火前需要在钢板表 面涂敷氧化镁（MgO）在退火过程中 MgO 与钢板 基体表层形成的氧化物反应生成硅酸镁底层然后 在外表面涂敷磷酸盐张力涂层即形成硅酸镁底层 和磷酸盐涂层的双层结构．由于热膨胀系数不同 高温冷却后磷酸盐涂层会对基体产生张力作用因 此该涂层又被称为张力涂层．硅酸镁底层的热膨胀 系数介于钢板和磷酸盐涂层之间有利于磷酸盐涂 层的附着及其张力作用的发挥．研究和生产实践已 经证明硅酸镁底层对最终产品的性能具有显著的 影响同时两层的协同作用可获得以下两项使用性 能：（1） 提供绝缘性能以减少铁芯使用过程中的涡 流损耗；（2） 提供表面张力减少铁芯使用过程由于 磁致伸缩和畴壁移动而产生的噪声和损耗［2—3］．值 得注意的是虽然人们对于取向硅钢表面上述涂层 的结构及其作用已经形成共识但对于该结构特征 及其对性能影响规律的系统研究却未见报道．武钢 的生产实践表明揭示取向硅钢表面涂层结构的特 征 对 于 稳 定 生 产 以 及 新 产 品 开 发 是 至 关 重 要 的［4—5］．与此同时基于表面陶瓷张力涂层的新技 术正逐渐成为取向硅钢发展的重要方向［6—12］．因 此本文重点研究了取向硅钢涂层的结构特征及其 与性能之间的关系． 第31卷 第10期 2009年 10月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．31No．10 Oct．2009 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2009．10．003
.1278 北京科技大学学报 第31卷 有较少量的过渡层，为张力涂层在硅酸镁底层表面 1 实验研究 的渗透层，与硅钢基体结合的硅酸镁底层的厚度为 试样为武钢生产的取向硅钢成品板，产品厚度 0.7~1.0m,磷酸盐张力涂层的厚度为1m左右. 为0.22mm,钢板的成分如表1所示 从图2中可以看出，Mg成分的变化与硅酸镁底层 表1实验用取向硅钢板材的成分（质量分数） 的厚度基本一致.硅酸镁底层在基体中有嵌入部 Table 1 Chemical composition of oriented silicon steel % 分，在涂层的结合处Fe的成分界限非常明显，没有 C Si Mn Se Sb 山o 扩散层和渗透层，说明取向硅钢表面涂层结构与基 ≤0.043 3.15 0.072 0.019 0.023 0.012 体之间是通过硅酸镁底层在基体中的嵌入方式结 合的 采用扫描电镜(Quanta400)、场发射电子探针 (JEM8500F)和透射电镜(JEM2100F)对取向硅钢 绝缘涂层进行微观结构分析，采用X射线衍射仪 (D/MAX-2500PC,用MoKa采集数据)分析了涂层 的物相组成 为了研究涂层结构对钢板磁性能的影响，首先 将上述的钢板机加工为30mm×300mm试样，在 750℃下75%N2十25%H2气氛中消除应力退火， 然后进行磁性测量，获得绝缘涂层样品的磁学性能 测量装置为磁性测量仪（型号MPG一10OD,精度为 图2取向硅钢表面涂层的成分分布 士0.001Wkg).由于武钢的产品已经涂覆磷酸 Fig.2 Composition distribution of a surface coating on oriented sili- 盐绝缘涂层，为了对比磷酸盐涂层对磁性的影响，将 con steel 已经测试磁性的样品浸入熔融的NaOH中处理 图3和图4为用透射电镜对取向硅钢表面涂层 12min,然后水洗、干燥，进行磁性测量，获得带硅酸 的截面进行观察的结果.图3显示结果与电子探针 镁底层的取向硅钢的磁学性能，在此基础上，再用 观察的结果相同，表面磷酸盐张力涂层和靠近钢基 3%HF十97%H202去掉硅酸镁底层并得到光亮表 的硅酸镁底层为致密层，中间为表面磷酸盐涂层与 面町，测试光亮基体的磁学性能 硅酸镁底层的互扩散层，图4结果表明，靠近钢基 2实验结果与讨论 的Mg2SiO4底层明显晶化，晶体之间结合比较致 密，晶粒尺寸为0.5~1.0m,与硅酸镁底层的厚度 2.1取向硅钢绝缘涂层结构分析 非常接近，部分Mg2SiO04底层嵌入钢基中，使涂层 用场发射电子探针观察取向硅钢表面的截面结 与钢基结合牢固 构并进行成分分析，结果如图1和图2所示，由图 可见，钢板基体以外涂层可以分成两层，即表面磷酸 盐张力涂层和与基体结合的硅酸镁底层，两层之间 1 um 图3取向硅钢表面涂层截面的TEM照片 Fig-3 TEM morphology of the cross section of a surface coating on 图1取向硅钢表面涂层截面的SEM照片 oriented silicon steel Fig.1 SEM morphology of the cross"section of a surface coating on 2.2硅酸镁涂层的表面形貌和物相分析 oriented silicon steel 直接在生产现场截取高温退火后试样，采用扫
1 实验研究 试样为武钢生产的取向硅钢成品板产品厚度 为0∙22mm钢板的成分如表1所示． 表1 实验用取向硅钢板材的成分（质量分数） Table1 Chemical composition of oriented silicon steel ％ C Si Mn Se Sb Mo ≤0∙043 3∙15 0∙072 0∙019 0∙023 0∙012 采用扫描电镜（Quanta400）、场发射电子探针 （JEM8500F）和透射电镜（JEM2100F ）对取向硅钢 绝缘涂层进行微观结构分析．采用 X 射线衍射仪 （D／MAX—2500PC用 Mo Kα采集数据）分析了涂层 的物相组成． 为了研究涂层结构对钢板磁性能的影响首先 将上述的钢板机加工为30mm×300mm 试样在 750℃下75％ N2＋25％ H2 气氛中消除应力退火 然后进行磁性测量获得绝缘涂层样品的磁学性能 测量装置为磁性测量仪（型号 MPG—100D精度为 ±0∙001W·kg —1）．由于武钢的产品已经涂覆磷酸 盐绝缘涂层为了对比磷酸盐涂层对磁性的影响将 已经测试磁性的样品浸入熔融的 NaOH 中处理 12min然后水洗、干燥进行磁性测量获得带硅酸 镁底层的取向硅钢的磁学性能．在此基础上再用 3％ HF＋97％ H2O2 去掉硅酸镁底层并得到光亮表 面［9］测试光亮基体的磁学性能． 2 实验结果与讨论 图1 取向硅钢表面涂层截面的 SEM 照片 Fig．1 SEM morphology of the cross-section of a surface coating on oriented silicon steel 2∙1 取向硅钢绝缘涂层结构分析 用场发射电子探针观察取向硅钢表面的截面结 构并进行成分分析结果如图1和图2所示．由图 可见钢板基体以外涂层可以分成两层即表面磷酸 盐张力涂层和与基体结合的硅酸镁底层两层之间 有较少量的过渡层为张力涂层在硅酸镁底层表面 的渗透层．与硅钢基体结合的硅酸镁底层的厚度为 0∙7～1∙0μm磷酸盐张力涂层的厚度为1μm 左右． 从图2中可以看出Mg 成分的变化与硅酸镁底层 的厚度基本一致．硅酸镁底层在基体中有嵌入部 分在涂层的结合处 Fe 的成分界限非常明显没有 扩散层和渗透层说明取向硅钢表面涂层结构与基 体之间是通过硅酸镁底层在基体中的嵌入方式结 合的． 图2 取向硅钢表面涂层的成分分布 Fig．2 Composition distribution of a surface coating on oriented silicon steel 图3和图4为用透射电镜对取向硅钢表面涂层 的截面进行观察的结果．图3显示结果与电子探针 观察的结果相同表面磷酸盐张力涂层和靠近钢基 的硅酸镁底层为致密层中间为表面磷酸盐涂层与 硅酸镁底层的互扩散层．图4结果表明靠近钢基 的 Mg2SiO4 底层明显晶化晶体之间结合比较致 密晶粒尺寸为0∙5～1∙0μm与硅酸镁底层的厚度 非常接近部分 Mg2SiO4 底层嵌入钢基中使涂层 与钢基结合牢固． 图3 取向硅钢表面涂层截面的 TEM 照片 Fig．3 TEM morphology of the cross-section of a surface coating on oriented silicon steel 2∙2 硅酸镁涂层的表面形貌和物相分析 直接在生产现场截取高温退火后试样采用扫 ·1278· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷
第10期 胡守天等：取向硅钢绝缘涂层结构及其对铁芯损耗的影响 .1279 900 ▲Mg.SiO4 Mgo 700 ·B-Mg,SiO 500 00 100 2 30 20() 图6硅酸镁底层的XRD图谱 Fig.6 XRD spectrum of Mg2Si0 layers 图4硅酸镁底层截面的TEM照片 Fig.4 TEM morphology of the cross"section of MgSiO layers 镁底层主要物相组成为MgSi04、B Mg2Si0:和 描电镜观察硅酸镁底层的形貌，并采用X射线衍射 MgO,主要是SiOz和Mg0的反应物，没有Fe及其 仪分析其物相组成，结果如图5和图6所示.从图5 化合物 可以看出，硅酸镁底层比较致密，由图6可见，硅酸 2.3取向硅钢涂层结构对铁损的影响 取取向硅钢试样，采用熔融氢氧化钠去掉表面 磷酸盐涂层，10%盐酸酸洗后，在3%HF十97% H2O2抛光液中进行抛光处理，并测量每个阶段的铁 损，结果如表2所示，从表2中可以看出，与带磷酸 盐的成品样相比，去掉该层后，铁芯损耗大幅度增 加，达9%左右，这主要是由于磷酸盐涂层热膨胀系 数较小，可以对基体施加一个张力作用，张力可以细 化磁畴，从而显著降低铁损.去除磷酸盐涂层后， 铁损升高，经酸洗和抛光后，铁损又大幅度降低，酸 洗抛光后消除了硅酸镁底层嵌入基体的钉扎结构， 该钉扎结构影响表面磁化过程，对铁芯损耗有较大 图5硅酸镁底层表面的SEM照片 影响 Fig.5 SEM morphology of the surface of Mg2SiO layers 表2带不同涂层结构的取向硅钢板材铁损 Table 2 Iron loss of oriented silicon steel with different coating structures 试样 成品样 带硅酸镁底层的试样 光亮硅钢板材试样 编号 质量/g 铁损，P15/(Wkg) 质量/g 铁损，P1/5o/(Wkg) 质量/g 铁损，P/50/(Wkg) 1 15.6 0.867 15.5 0.936 14.5 0.843 2 15.7 0.884 15.5 0.965 13.8 0.877 3 15.5 0.842 15.4 0.922 10.6 0.820 4 15.6 0.872 15.4 0.911 6.4 0.816 不同抛光量下铁损的变化情况如图7所示，从 Si来源于基体氧化产生的SiO2薄膜，Mg来源于表 图中可以看出，不同抛光量下，铁损的变化不大，说 面涂敷的MgO涂层，在高温退火处理过程中发生 明铁损的改善主要来源于去掉硅酸镁底层，该底层 2Mg0十SiOz一MgSi04的固相烧结反应，硅酸镁 的结构对铁芯损耗影响显著 底层在基体上是嵌入结构，基体和硅酸镁底层界限 2.4讨论 非常明显，没有扩散层和过渡层，说明基体与硅酸镁 取向硅钢表面绝缘涂层主要由两部分组成：硅 底层的结合不是冶金结合，而是底层嵌入式机械结 酸镁底层和表面磷酸盐张力涂层，硅酸镁底层中的 合，结合力来自于晶体在基体表面致密排列程度、底
图4 硅酸镁底层截面的 TEM 照片 Fig．4 TEM morphology of the cross-section of Mg2SiO4layers 描电镜观察硅酸镁底层的形貌并采用 X 射线衍射 仪分析其物相组成结果如图5和图6所示．从图5 可以看出硅酸镁底层比较致密．由图6可见硅酸 图5 硅酸镁底层表面的 SEM 照片 Fig．5 SEM morphology of the surface of Mg2SiO4layers 图6 硅酸镁底层的 XRD 图谱 Fig．6 XRD spectrum of Mg2SiO4layers 镁底层主要物相组成为 Mg2SiO4、β—Mg2SiO4和 MgO主要是 SiO2 和 MgO 的反应物没有 Fe 及其 化合物． 2∙3 取向硅钢涂层结构对铁损的影响 取取向硅钢试样采用熔融氢氧化钠去掉表面 磷酸盐涂层10％盐酸酸洗后在3％ HF ＋97％ H2O2 抛光液中进行抛光处理并测量每个阶段的铁 损结果如表2所示．从表2中可以看出与带磷酸 盐的成品样相比去掉该层后铁芯损耗大幅度增 加达9％左右这主要是由于磷酸盐涂层热膨胀系 数较小可以对基体施加一个张力作用张力可以细 化磁畴从而显著降低铁损［9］．去除磷酸盐涂层后 铁损升高经酸洗和抛光后铁损又大幅度降低酸 洗抛光后消除了硅酸镁底层嵌入基体的钉扎结构 该钉扎结构影响表面磁化过程对铁芯损耗有较大 影响． 表2 带不同涂层结构的取向硅钢板材铁损 Table2 Iron loss of oriented silicon steel with different coating structures 试样 编号 成品样 带硅酸镁底层的试样 光亮硅钢板材试样 质量／g 铁损P17／50／（W·kg —1） 质量／g 铁损P17／50／（W·kg —1） 质量／g 铁损P17／50／（W·kg —1） 1 15∙6 0∙867 15∙5 0∙936 14∙5 0∙843 2 15∙7 0∙884 15∙5 0∙965 13∙8 0∙877 3 15∙5 0∙842 15∙4 0∙922 10∙6 0∙820 4 15∙6 0∙872 15∙4 0∙911 6∙4 0∙816 不同抛光量下铁损的变化情况如图7所示．从 图中可以看出不同抛光量下铁损的变化不大说 明铁损的改善主要来源于去掉硅酸镁底层该底层 的结构对铁芯损耗影响显著． 2∙4 讨论 取向硅钢表面绝缘涂层主要由两部分组成：硅 酸镁底层和表面磷酸盐张力涂层．硅酸镁底层中的 Si 来源于基体氧化产生的 SiO2 薄膜Mg 来源于表 面涂敷的 MgO 涂层在高温退火处理过程中发生 2MgO＋SiO2 Mg2SiO4 的固相烧结反应．硅酸镁 底层在基体上是嵌入结构基体和硅酸镁底层界限 非常明显没有扩散层和过渡层说明基体与硅酸镁 底层的结合不是冶金结合而是底层嵌入式机械结 合结合力来自于晶体在基体表面致密排列程度、底 第10期 胡守天等： 取向硅钢绝缘涂层结构及其对铁芯损耗的影响 ·1279·
,1280 北京科技大学学报 第31卷 0.11 (何忠治.电工钢，北京：冶金工业出版社，1996) [2]Weidenfeller B,Riehemann B.Effects of surface treatments on the hysteresis losses of GO iron silicon steel.J Magn Magn 0.10 Mater,2005,292:210 [3]Zhu Y C,Wang L F,Qiao X L.Methods and mechanism of the 0.09 domain refinement of grain oriented silicon steel by surface treat- ment.Res Iron Steel.2006.34(6):50 (朱业超，王良芳，乔学亮，表面处理细化取向硅钢磁畴的方 0.08 4 6 10 法和机理.钢铁研究，2006,34(6)：50) 抛光量/g [4]Lu F X.Yao C J.Recent progress in high magnetic induction graimoriented silicon steel sheets in Japan.Met Funct Mater, 图7不同抛光量下铁损的变化 2006,113(13):34 Fig.7 Relation between polish amount and iron loss (卢风喜，姚成君，日本高磁感取向硅钢最新进展。金属功能 材料，2006,113(13)：34) 层在基体中的嵌入程度，嵌入程度越高，越有利于涂 [5]Zhao J.Xiao F M.Zhang H N.Influence of insulation coating on 层附着性能的改善，但是，从铁损的角度看，底层在 characteristics of high magnetic induction oriented sheet steel. 基体的嵌入程度在磁化过程中会影响磁畴的畴壁移 Transformer,2002,39(5):25 动，从而在一定程度上恶化铁损.因此，为了获得良 (赵键，肖福明，张辉宁.绝缘涂层对高磁感取向硅钢片性能 好的性能，硅酸镁底层在基体的嵌入程度要少，同时 的影响，变压器，2002,39(5)：25) 要获得良好的附着性，必须在表面形成细小排列致 [6]Inokuti Y,Suzuki K.Kobayashi Y.Effect of difference in ion plating method on the magnetic properties of TiN-coated grainori 密的硅酸镁晶体.表面张力涂层与硅酸镁底层的结 ented silicon steel sheet.Mater Trans JIM.1995.36(8):1081 合是渗透结合，是一种非晶态玻璃膜结构，通过张力 [7]Inckuti Y.Grain oriented silicon steel sheet with a ceramic film 作用在一定程度上改善取向硅钢的磁性能， characterized by ultralow iron loss.Vocuum.1996.47:857 [8]Takeshi K.Masahiro F.Yoshiyuki U.Recent progress and fu- 3结论 ture trend on grain oriented silicon steel.Magn Magn Mater. (1)取向硅钢表面绝缘涂层主要由硅酸镁底层 2000,215.69 [9]Liu X B.Kong X H.He Y D,et al.Effect of SisNa tensile coat- 和表面磷酸盐张力涂层两部分组成，每层的厚度约 ing on performance of oriented silicon steel.Trans Mater Heat 为1m,硅酸镁底层结晶完整，晶粒之间结合致密 Teat,2007,28(6):128 硅酸镁底层与基体结合主要是靠硅酸镁的嵌入式结 (刘新彬，孔祥华，何业东，等.氮化硅张力涂层对取向硅钢 构实现，磷酸盐涂层与硅酸镁底层之间有一定的互 性能的影响.材料热处理学报，2007,28(6)：128) 扩散层 [10]Maria D.Cesar MM.Marc J M.Effect of the temperature and (2)磷酸盐涂层可以降低取向硅钢铁损达9% dew point of the decarburization process on the oxide subscale of a 3%silicon steel.J MagnMagn Mater.2003.254/255:337 左右，硅酸镁底层的嵌入式结构提供绝缘涂层良好 [11]Toshito T.Mitsumasa K,Michiro K.Effect of hydrogen con- 附着性的同时，也对取向硅钢的铁芯损耗产生不利 tent in the final annealing atmosphere on secondary recrystalliza" 影响， tion of grainoriented Si steel.J Magn Magn Mater.2003. 254/255:334 参考文献 [12]Ushigami Y,Mizokami M.Fujikura M.et al.Recent develop- [1]HeZZ.Electrical Steel.Beijing:Metallurgical Industry Press, ment of low -loss grain oriented silicon steel.J Magn Magn 1996 Mater,2003,254/255,307
图7 不同抛光量下铁损的变化 Fig．7 Relation between polish amount and iron loss 层在基体中的嵌入程度嵌入程度越高越有利于涂 层附着性能的改善．但是从铁损的角度看底层在 基体的嵌入程度在磁化过程中会影响磁畴的畴壁移 动从而在一定程度上恶化铁损．因此为了获得良 好的性能硅酸镁底层在基体的嵌入程度要少同时 要获得良好的附着性必须在表面形成细小排列致 密的硅酸镁晶体．表面张力涂层与硅酸镁底层的结 合是渗透结合是一种非晶态玻璃膜结构通过张力 作用在一定程度上改善取向硅钢的磁性能． 3 结论 （1） 取向硅钢表面绝缘涂层主要由硅酸镁底层 和表面磷酸盐张力涂层两部分组成每层的厚度约 为1μm．硅酸镁底层结晶完整晶粒之间结合致密． 硅酸镁底层与基体结合主要是靠硅酸镁的嵌入式结 构实现．磷酸盐涂层与硅酸镁底层之间有一定的互 扩散层． （2） 磷酸盐涂层可以降低取向硅钢铁损达9％ 左右．硅酸镁底层的嵌入式结构提供绝缘涂层良好 附着性的同时也对取向硅钢的铁芯损耗产生不利 影响． 参 考 文 献 ［1］ He Z Z．Electrical Steel．Beijing：Metallurgical Industry Press 1996 （何忠治．电工钢．北京：冶金工业出版社1996） ［2］ Weidenfeller BRiehemann B．Effects of surface treatments on the hysteresis losses of GO iron silicon steel． J Magn Magn Mater2005292：210 ［3］ Zhu Y CWang L FQiao X L．Methods and mechanism of the domain refinement of grain oriented silicon steel by surface treatment．Res Iron Steel200634（6）：50 （朱业超王良芳乔学亮．表面处理细化取向硅钢磁畴的方 法和机理．钢铁研究200634（6）：50） ［4］ Lu F XYao C J．Recent progress in high magnetic induction grain-oriented silicon steel sheets in Japan． Met Funct Mater 2006113（13）：34 （卢凤喜姚成君．日本高磁感取向硅钢最新进展．金属功能 材料2006113（13）：34） ［5］ Zhao JXiao F MZhang H N．Influence of insulation coating on characteristics of high magnetic induction oriented sheet steel． T ransformer200239（5）：25 （赵键肖福明张辉宁．绝缘涂层对高磁感取向硅钢片性能 的影响．变压器200239（5）：25） ［6］ Inokuti YSuzuki KKobayashi Y．Effect of difference in ion plating method on the magnetic properties of TiN-coated grain oriented silicon steel sheet．Mater T rans JIM199536（8）：1081 ［7］ Inckuti Y．Grain oriented silicon steel sheet with a ceramic film characterized by ultra-low iron loss．V acuum199647：857 ［8］ Takeshi KMasahiro FYoshiyuki U．Recent progress and future trend on grain-oriented silicon steel．J Magn Magn Mater 2000215：69 ［9］ Liu X BKong X HHe Y Det al．Effect of Si3N4tensile coating on performance of oriented silicon steel．T rans Mater Heat T reat200728（6）：128 （刘新彬孔祥华何业东等．氮化硅张力涂层对取向硅钢 性能的影响．材料热处理学报200728（6）：128） ［10］ Maria DCesar M MMarc J M．Effect of the temperature and dew point of the decarburization process on the oxide subscale of a3％ silicon steel．J Magn Magn Mater2003254／255：337 ［11］ Toshito TMitsumasa KMichiro K．Effect of hydrogen content in the final annealing atmosphere on secondary recrystallization of grain-oriented Si steel． J Magn Magn Mater2003 254／255：334 ［12］ Ushigami YMizokami MFujikura Met al．Recent development of low-loss grain-oriented silicon steel． J Magn Magn Mater2003254／255：307 ·1280· 北 京 科 技 大 学 学 报 第31卷