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激光刻痕降低取向硅钢铁损技术研究

作　者: 秦利波
导　师: 吴迪; 花福安
学　校: 东北大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 取向硅钢涡流损耗激光刻痕耐热性中试设备
分类号: TF762
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着电力行业快速发展,取向硅钢需求量逐步增多,对性能要求逐步增高,并由此引起对取向硅钢铁损降低技术的广泛关注。为进一步提高性能,本文重点研究了激光刻痕细化磁畴降低取向硅钢铁损技术,围绕细化磁畴降低铁损核心机理,本文主要工作及其进展包括以下方面：(1)通过添加活性剂,并结合现代磁流体配制新工艺,本文研发了具有较高稳定性的磁流体,且磁性颗粒粒径为纳米数量级(约50nm)。经验证,磁畴显示效果较好,便于使用,且保存期限延长至3个月以上。(2)理论分析激光刻痕降低取向硅钢铁损机理,由分析推导结果,指出影响刻痕效果的主要因素,即：180°畴壁穿越刻痕区比例α,单个晶粒内刻痕线数量n及硅钢基体厚度h等,并进一步得出激光刻痕加工中应控制的主要工艺参数；同时,推导取向硅钢基体的最佳晶粒尺寸(约5.85mm),并结合刻痕加工中参数α确定刻痕线间距为5mm。(3)通过激光刻痕实验,本文详细研究了初始铁损、取向度(B8)和应力状态对细化磁畴降低铁损效果的影响特点。结果表明：取向度接近条件下,初始铁损较高,铁损降低幅度较高；取向度越高,则铁损终值越低；剪切加工形成的残余应力使铁损降低幅度显著减小。(4)通过对多组试样进行刻痕加工,本文研究了激光刻痕较佳工艺参数,刻痕速度可达1000mm/s,使30Q135牌号取向硅钢应力态试样平均铁损由1.478W/kg降至1.366W/kg,平均铁损降幅达到7.58%。同时,本文据较佳工艺参数提出激光刻痕中试设备概念模型,支持中试设备设计。(5)结合化学腐蚀和激光刻痕方法,本文研究了激光-化学腐蚀耐热刻痕技术。据对比实验结果,刻痕组试样退火后铁损均值约1.170W/kg,对照组试样退火后铁损均值约1.261W/kg,所以,该技术细化磁畴效果具有耐热性,且使取向硅钢铁损降低约7.22%。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-25
  1.1 研究背景  11-13
    1.1.1 取向硅钢需求状况  11-12
    1.1.2 取向硅钢及其铁损研究  12-13
  1.2 细化磁畴降低铁损基本原理与技术  13-22
    1.2.1 铁损及其影响因素  13-15
    1.2.2 初始磁畴形成机理  15-18
    1.2.3 磁畴细化机理与方法  18-21
    1.2.4 激光刻痕技术发展现状与趋势  21-22
  1.3 取向硅钢磁畴显示  22-24
    1.3.1 取向硅钢磁畴显示方法  22-23
    1.3.2 磁流体制备问题与解决  23-24
  1.4 研究目的及内容  24-25
第2章磁畴显示机理与磁流体配制研究  25-35
  2.1 磁流体显示磁畴机理  25-27
    2.1.1 磁流体的构成及磁性  25-26
    2.1.2 磁流体显示磁畴机制  26-27
  2.2 磁流体配制  27-30
    2.2.1 反应机理与试剂用量  27
    2.2.2 四氧化三铁制备  27-28
    2.2.3 磁流体制备  28-29
    2.2.4 检测分析  29-30
  2.3 新型磁流体磁畴显示效果与特点  30-34
    2.3.1 磁畴显示效果  30-31
    2.3.2 新型磁流体特点  31-34
  2.4 本章小结  34-35
第3章激光刻痕降低铁损理论分析  35-45
  3.1 传统理论模型  35-38
    3.1.1 取向硅钢铁损比例理论计算  35
    3.1.2 磁畴宽度与反常涡流损耗关系模型  35-37
    3.1.3 磁畴宽度与晶粒尺寸和应力的关系模型  37-38
  3.2 位错-应力机制分析  38-42
  3.3 刻痕间距计算与分析  42-43
  3.4 本章小结  43-45
第4章激光刻痕主要影响因素研究  45-55
  4.1 实验方案  45-47
    4.1.1 实验装置与方法  45-46
    4.1.2 实验样品制备  46-47
    4.1.3 加工工艺参数  47
  4.2 实验操作  47-48
  4.3 实验结果与分析  48-54
    4.3.1 初始铁损的影响  48-49
    4.3.2 取向度B_8的影响  49-51
    4.3.3 剪切应力的影响  51-54
  4.4 本章小结  54-55
第5章激光刻痕工艺研究与设备模型  55-73
  5.1 输入电流的研究  55-59
    5.1.1 实验方案与试样制备  55-56
    5.1.2 实验结果与分析  56-58
    5.1.3 结果验证  58-59
  5.2 脉冲频率与刻痕速度的研究  59-63
    5.2.1 实验方案与试样制备  59-60
    5.2.2 实验结果与分析  60-63
  5.3 较佳工艺处理效果观察与分析  63-65
    5.3.1 刻痕点SEM观察与分析  63-64
    5.3.2 磁畴结构观察与分析  64-65
  5.4 激光刻痕中试设备模型提出  65-71
    5.4.1 核心部件性能及要求  66-70
    5.4.2 辅助部件性能及要求  70-71
  5.5 本章小结  71-73
第6章激光-化学耐热刻痕技术研究  73-83
  6.1 技术原理  73
  6.2 腐蚀工艺研究  73-79
    6.2.1 试样制备  73-74
    6.2.2 腐蚀液浓度研究  74-77
    6.2.3 腐蚀时间研究  77-79
  6.3 耐热性研究  79-81
    6.3.1 实验方案  79
    6.3.2 实验结果  79-81
    6.3.3 实验分析  81
  6.4 本章小结  81-83
第7章结论  83-84
参考文献  84-88
致谢  88

激光刻痕降低取向硅钢铁损技术研究

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