● 摘要
Fe-6.5wt. %Si软磁合金具有中高频铁损低、磁滞伸缩几乎为零、矫顽力小、磁导率高等优异的软磁性能。但随着Si含量的提高，当Si含量高于4 wt.% 时，其延展性几乎为零，无法采用传统的轧制方法大规模生产。梯度铁硅合金在表层区具有较高的Si含量，利用交变磁场下的趋肤效应，可以有效降低涡流损耗，同时，中心区较低的Si浓度又保证了良好的力学性能。因此，制备具有不同Si浓度分布的梯度无取向和取向合金，研究梯度分布对其组织结构与相关性能的影响具有理论意义与广阔的应用前景。
本课题采用化学气象沉积法在低硅钢片上沉积Si，研究制备工艺参数对沉积效果以及合金中Si浓度分布的影响，结合组织结构观察研究磁性能随随成分分布的变化规律，以获得低损耗的铁硅梯度合金。
首先通过化学气象沉积法分别在无取向与取向低硅合金上进行渗硅，研究发现低硅合金的取向对渗硅效果和梯度分布影响不大。结果表明，提高反应温度，延长反应时间以及增加反应气体的浓度均有利于提高沉积速率。进而通过控制扩散时间，可以获得不同的Si成分分布。综合考虑，为获得表面Si浓度为6.5wt.%的梯度合金，其最佳工艺参数为：反应温度1180 ℃，反应时间7.5 min，反应气水浴温度55 ℃以及反应气流速为160 ml/min。
针对梯度无取向铁硅合金组织结构与性能研究，结果表明，Si浓度梯度的分布对晶粒尺寸尺寸几乎没有影响。浓度梯度不变的情况下，平均Si含量升高不仅降低磁滞损耗，而且同时使涡流损耗有所降低。Si浓度梯度分布有利于降低铁硅合金的涡流损耗，且在高频下效果尤其明显；但是梯度Fe-6.5wt.%Si合金的交流损耗仍高于均匀Fe-6.5wt.%Si合金的损耗，这是因为Si成分梯度的增加使磁畴壁移动阻力增大，进而合金矫顽力增大，导致磁滞损耗增加所致。
进一步针对梯度取向铁硅合金的研究，发现采用上述工艺参数渗硅后Si浓度的梯度分布没有使合金的织构取向发生变化。平均Si含量升高可以同时降低涡流损耗与磁滞损耗，并且Si浓度梯度分布有利于降低铁硅合金的涡流损耗，在高频下更为明显。制备的Fe-6.5wt.%Si梯度取向合金，其交流损耗W0.5/10K由原来的非梯度取向合金的12.5W/kg降低为5.4W/kg，且低于均匀6.5wt.%Si合金，主要是其取向结构和趋肤效应共同作用所致。
基于上述研究结果，发现合金在表面10μm区域内Si含量越高，其涡流损耗越小，进一步对合金的趋肤效应进行了分析研究，发现在10 KHz下，梯度取向铁硅合金的趋肤深度主要集中在合金表层的10μm内，而该区域的高Si含量使其具有具有较高的电阻率，有效的降低了合金的涡流损耗。
针对所制备的梯度合金进行了加工性能的研究，在平均Si含量一致时，发现梯度的增加有利于增加合金的伸长率，这是因为梯度合金芯部Si含量较低，避免了有序相生成所致。因此，梯度Si合金不仅有利于降低涡流损耗且使其加工性能也得到了改善。