高磁各向异性物质在磁畴细化中的作用_王杰_.pdf

高磁各向异性物质在磁畴细化中的作用发明人：岩田圭司，藤仓昌浩申请人：新日本制铁株式会社专利号：特开 摘要：在取向电磁钢板表面形成沟槽，并且沟槽处涂镀一种高磁各向异性物质，该物质的易磁化轴的方向与板厚方向一致。即使该物质含量极少，也能使磁畴结构再重新整合。涂镀了上述物质使各个 磁畴的磁化局部方向诱导到厚度方向，从而改变了磁畴构成，实现了磁畴细化，降低了涡流损耗，同时也降低了磁滞损耗，从而得到铁损极低的取向电磁钢板。关键词：磁畴细化；高磁各向异性物质；磁畴结构再整合；极低铁损细化磁畴降低铁损是当前的技术热点电磁钢板的铁损分为两大类，分别为磁滞损耗和涡流损耗。磁滞损耗与晶粒的取向方位、点阵缺陷、晶界等因素有关。而涡流损耗与钢板厚度、电阻率以及 磁畴结构有关。迄今为止，其（）方位的取向度已经达到了极限，晶粒缺陷也大大减少，钢板厚度减薄到 ，甚至更薄。此外，提高 含量，增加材料的电阻率，涂布张力涂层，也已经实施。当前正开发 磁畴细化方法。降低占铁损绝大部分的涡流损耗，除了实施表面张力涂层外，就是研究和开发细化磁畴降低铁损的方法。例如采用激光照射细化磁畴，调节激光束的宽度、能量、照射线的宽度等因素细化磁畴。激光束在钢板表面形成高密度的位错，即产生微小的塑性变形，从而细化了较大的 磁畴，降低了铁损。还有在钢板表面以一定的荷重和特定的方向生成沟槽，再经消除应力退火，在沟槽处生成微细晶粒带而细化磁畴。此外，采用机械方法，用齿形辊在钢板表面特定方向加工沟槽，或者采用腐蚀法形成没有细晶带的沟槽等方法细化磁畴，降低铁损。但是，上述方法对降低铁损有一定的局限，无论形成沟槽还是施加应力来细化 磁畴、减低涡流损耗，同时也会使磁滞损耗增加，会使总铁损没有太大的改善。通过以上分析可知，细化磁畴降低铁损，无论采用何种方法都有一定的局限性，于是开发了一种不同从前的降低铁损的新技术。发明要解决的问题开发了一种降低涡流损耗，同时也能抑制磁滞损耗的一种磁性能优良的取向电磁钢板。图为钢板表面刻槽和施加应力实现低铁损化的方法在施加张力涂层后，表面张力与铁损之间的关系图。无论采用那一种方法都实现了低铁损化，并且因表面张力增加，进一步降低了铁损。当表面张力为 （注：）时，刻槽细化磁畴的钢板铁损 为 。而经施加应力细化磁畴的钢板为 ，再想进一步降低铁损将十分困难。图细化磁畴施加张力涂层其张力与铁损之间的关系该发明方法以与从前完全不同的技术思想，采用一种全新的方法将大幅度降低铁损。如图所示，一般取向电磁钢板的易磁化轴与钢带轧制方向一致，在没有外磁场情况下，钢带的磁畴方向与轧制方向相同或相反，相间排列，被称为 磁畴。这种磁畴结构的钢带如果沿垂直钢板轧向刻槽，钢带上的 磁畴就会变窄而被细化。但是 年月第卷 第期电工钢 图取向电磁钢板的易磁化轴与钢带轧制方向示意图沟槽有一定的深度和宽度，同时也会增加磁滞损耗，两者相加使铁损降低的效果达到了极限。根据对上述磁畴细化加以解析，确定了一种新的技术思想。由于沟槽断面在钢板表面所占的面积很小，但是在沟槽处产生了新的磁极，促进了磁极的重新分布，由此细化了磁畴。该新的技术思想如图所示，即在沟槽处涂布和填充一种物质，该物质的易磁化轴的方向与板厚方向一致。即使该物质含量极少，也会出现图和图那样的磁畴结构的重新整合。涂镀了上述物质，使各个 磁畴的磁化局部方向诱导到厚度方向，从而改变了磁畴构成，实现了磁畴细化。图沟槽处涂布和填充磁各向异性物质后其易磁化轴的方向与板厚方向一致图磁畴结构的再次整合示意图之一于是，按该发明方法磁滞损耗将不会增加，与从前方法相比，铁损特性发生了根本改变，提供了一种极低铁损的取向电磁钢板。图磁畴结构的再次整合示意图之二关于该物质的易磁化轴的指标，可采用磁转矩法和磁微波共鸣法，来测定正负磁各向异性常数，以此来确定易磁化轴指标。例如电磁钢板的母材元素为，图中表示易磁化轴有个，其中一个指向轧向。关于 的各向异性常数，从晶胞对称性看，有个方向是同等的，正的磁各向异性常数约为 。图 晶胞个易磁化轴在钢板上的示意图图表示易磁化轴有个。电磁钢板由 磁畴构成，其磁化方向即易磁化方向，有轧制方向，也有被诱导到厚度方向，也会在钢板表面上沟槽处引发新的磁极，在厚度方向出现易磁化轴，但是沟槽处有新物质存在而使磁各向异性常数至少比 大。该发明的取向电磁钢板，在钢板的一面或两面附有一种金属或金属化合物，将使铁损更低，效果更佳。该发明的机理使电磁钢板磁畴再次整合，促进了磁畴细化。该效果由钢板表面诱发的磁极大小所决定。该发明在钢板沟槽处附有上述金属或金属化合物的表面积，以及易磁化轴方向所起到的作用和适宜范围如下，为了叙述方便，以下将“磁各向异性常数比 大的金属或金属化合物”称为“高磁性各向异性物质”。图为板厚 的取向电磁钢板表面沟槽涂镀高磁性物质后，其磁各向异性常数与 的各向异性常数的比值与铁损 之间的关系，图中还标出了高磁性物质不同易磁化轴在图中的分布曲线。此外，高磁各向异性物质如图所示，与钢板轧 制方向几乎相垂直。钢板沟槽深度，宽电工钢第卷图磁各向异性物质常数及易磁化轴方向对铁损值的影响度，各沟槽间距为，所涂镀的高磁各向异性物质占钢板表面积的。高磁各向异性物质易磁化轴与钢板表面法线的夹角在 以内。夹角顺时针为“”，逆时针为“”，为了更进一步降低铁损值，高磁各向异性物质的易磁化轴方向与钢板表面法线为，即与法线相平行为最好。高磁性物质有 合金，系列化合物，等。物质的磁各向异性与其晶粒结构和形状等相关，例如针状的铁粉就具有较高磁各向异性。上述金属或金属化合物的形态无论是金属系，合金系，化合物系，氧化物系都可以。图中高磁各向异性常数与铁的比值应在以上。总之常数的绝对值约为 以上，如果达到这一范围，易磁化轴即使偏移或波动，也能稳定地减低铁损。图为板厚 取向电磁钢板沟槽中高磁性各向异性物质所占面积比率与铁损 之间的关系。从图可知，与从前取向电磁钢板相比，铁损值大幅降低，其中以高磁各向异性物质填满沟槽所占钢板面积之比在 以上为好。经钢板形成沟槽，细化磁畴；因沟槽深度和塑性应图高磁性各向异性物质面积率与铁损 之间的关系力增加，所引发的磁滞损耗增大就不再发生，从而总铁损值获得较大的改善。但是从试验得知，如果高磁各向异性物质厚度超过，那么沿板厚方向磁化量过度增加，将会影响轧制方向的磁化量，反而会增加磁滞损耗。因此，钢板表面高磁性物质厚度不能超过，否则不但效果不佳，反而增高制造成本。对于加工成沟槽线的钢板还要涂镀处理，其方法有喷射法、气相沉积法、电镀法，使高磁性各向异性物质牢固地附着于沟槽内。沟槽线的间距应在之内，沟槽线方向应与轧制方向在 角度之内，这样对细化磁畴有利。关于钢板沟槽线，最好在母材钢板热轧或冷轧过程中生成并涂镀高磁性物质（译者注：文中没有给出具体方法）。实施例 实施例取向电磁钢板 的质量分数为，其余为 和不 可 避 免 的 不 纯 物，晶 粒 的 取 向 方 位 对（）方位偏移角平均值在 以内，板厚 ，铁损 为 。之后在钢板表面像图那样涂布高磁性各向异性物质，涂布条件如表所示，号为填充高磁性各向异性物质，号为仅有沟槽线细化磁畴的钢板，号为应力细化磁畴钢板。另外，形成沟槽钢板的 号试样，沟槽深度为，宽度为，沟槽间距为。应力细化磁畴钢板的 号试样采用激光照射细化磁畴，激光每个脉冲能量相当于，激光照射方向垂直于钢板轧制方向，间距为。表中的 号试样是该发明例，涂镀的高磁性各向异性物质至少有一个易磁化轴与钢板表面法线的夹角在该发明范围内，沟槽线面积率也在该发明范围内。从而该发明试样的铁损值 在 之内，获得磁性能良好的取向电磁钢板。该发明的高磁性各向异性物质常数的绝对值在 以上，至少有一个易磁化轴与钢板表面法线相平行，高磁性物质厚度在 以内，间隔在 之内，与轧制方向在 以内，其中试样号试样最符合该发明例，和略有偏离上述条件之外的 号发明例相比较，其铁损更低，为 ，获得了飞跃的进步。第期电工钢表实施例的产品铁损值比较类别试样号磁各向异性系数（与 的比值）磁各向异性常数（绝对值）（）易磁化轴与钢板面法线方向的夹角（）占钢板表面的面积率涂度磁性物质的深度涂度磁性物质沟槽线的间隔涂度磁性物质沟槽线的方向与轧向的角度（）铁损 （）发明例 发明例 发明例 发明例 发明例 发明例 发明例 发明例 发明例 发明例 发明例 比较例 比较例 比较例 比较例沟槽细化 比较例应力细化 号为比较例，因为涂镀的高磁性各向异性物质常数较低，或者易磁化轴偏离法线方向较大，所占面积率较少，其铁损值在 以内。号和 号试样是比较例，没有涂镀高磁性各向异性物质，因此铁损值在 。实施例例中的该发明的号样和比较例的 号样（应力细化磁畴）的取向电磁钢板均在 消除应力退火，然后分别测定铁损值，其结果如表所示。表实施例的产品铁损值比较例别消除应力退火前 （）消除应力退火后 （）该发明例 比较例 从表中可知，该发明的取向电磁钢板经消除应力退火后，仍然维持原来良好的铁损值。作为比较例的 号试样经消除应力退火后，铁损 由原来的 变为 ，铁损大幅增加。（摘译：王杰，潘妮）电工钢第卷