本文關(guān)鍵詞：硅在鐵硅合金中擴散規(guī)律的研究

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【摘要】：硅鋼是電力、電子和軍事工業(yè)不可或缺的軟磁材料,而6.5wt%硅鋼更是被稱為“鋼鐵工藝品”。但一旦硅鋼硅含量達到6.5wt%時,其韌性、延展性極低,通過常規(guī)的軋制方法無法生產(chǎn),利用CVD技術(shù)制備6.5wt%硅鋼是當(dāng)今唯一實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)的工藝技術(shù)。本文以CVD技術(shù)為基礎(chǔ),在研究上述生產(chǎn)方法的過程中,研究了硅的滲透速率和必要擴散時間的規(guī)律,分析了硅鐵合金的擴散及其影響因素,得到了抑制由Kirkendall效應(yīng)引起孔洞生成的辦法,為這種材料的工業(yè)化生產(chǎn)打下基礎(chǔ)。本文對高溫滲硅和擴散處理進行了研究,確定了滲硅速率一般受四個要素影響：隨滲硅溫度、反應(yīng)氣體或者反應(yīng)氣體流量、帶鋼厚度的增大而增大,但達到一定值后,滲硅速率都會趨于飽和,不再增長,且滲硅速率最大值與帶鋼厚度成反比；確定了必要擴散處理時間與帶鋼厚度的平方呈線性關(guān)系。為了更好地了解硅鐵合金的擴散規(guī)律,本文分析了硅鐵合金擴散的影響因素以及硅鐵相的擴散機制,制備了硅鐵合金擴散偶并進行高溫擴散實驗,利用EDS檢測技術(shù)測得了硅鐵合金中硅含量分布隨時間的變化規(guī)律,并利用Matano法求得1000～1200℃下,硅含量在4～14wt%的硅鐵合金的互擴散系數(shù),求得了相應(yīng)的互擴散激活能和頻率因子。本文還分析了Kirkendall孔洞生成是由于硅、鐵元素相互滲透時擴散速率相差較大,導(dǎo)致空位聚集而形成孔洞。確定了孔洞一般在硅含量為12wt%的位置處形成,且不會隨擴散處理而移動。對不同滲硅溫度、反應(yīng)氣體濃度下的高硅鋼斷面進行SEM觀察,得到以下結(jié)論：降低滲硅處理的溫度無法解決孔洞生成的問題,而控制反應(yīng)氣體濃度能顯著地減小孔洞尺寸以及減少孔洞數(shù)量；擴散處理可以消除尺寸較小的孔洞。本文還計算了孔洞生成以及不生成時的滲硅通量Jreac和擴散通量Jdiff,獲得了能夠抑制孔洞生成的判定式,即滿足Jreac≤3Jdiff孔洞不會生成或可以通過擴散處理消除。
【關(guān)鍵詞】：6.5wt%硅鋼 擴散規(guī)律 Kirkendall效應(yīng) 抑制孔洞
【學(xué)位授予單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG142
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-28
• 1.1 課題背景11-12
• 1.2 現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)及其缺陷12-14
• 1.3 利用CVD技術(shù)的高硅鋼制備的研究進展14-15
• 1.4 硅鐵相的特征與擴散機制15-19
• 1.4.1 原子在固體中的擴散及其擴散系數(shù)15-16
• 1.4.2 α_1相的結(jié)構(gòu)特點16-18
• 1.4.3 鐵硅合金的擴散行為18-19
• 1.5 互擴散系數(shù)的計算方法19-24
• 1.5.1 常用的擴散系數(shù)測定方法19-24
• 1.6 Kirkendall效應(yīng)及孔洞研究現(xiàn)狀24-25
• 1.7 Kirkendall孔洞對高硅鋼性能的影響25-26
• 1.7.1 對組織結(jié)構(gòu)的影響25-26
• 1.7.2 對磁性能的影響26
• 1.8 本文研究內(nèi)容26-28
• 第2章 滲硅和擴散處理的要求28-39
• 2.1 滲硅擴散處理裝置介紹28-32
• 2.1.1 反應(yīng)氣體生成裝置28-31
• 2.1.2 滲硅擴散區(qū)域31-32
• 2.2 滲硅處理的條件32-35
• 2.2.1 實驗步驟和帶鋼試樣準備32-33
• 2.2.2 溫度對滲硅速率的影響33-34
• 2.2.3 反應(yīng)氣體的濃度和流量對滲硅速率的影響34-35
• 2.3 高溫擴散處理的條件35-38
• 2.3.1 高溫擴散處理對高硅鋼性能的影響36-38
• 2.3.2 帶鋼的厚度對高溫擴散處理時間的影響38
• 2.4 本章小結(jié)38-39
• 第3章 滲硅和擴散處理的動力學(xué)分析及影響因素39-49
• 3.1 對滲硅處理的動力學(xué)分析39-40
• 3.2 擴散過程的動力學(xué)分析40-41
• 3.3 影響擴散效果的因素41-45
• 3.3.1 溫度對擴散速率的影響41-42
• 3.3.2 原子濃度對擴散速率的影響42
• 3.3.3 晶體結(jié)構(gòu)和晶體缺陷對擴散速率的影響42-44
• 3.3.4 第三類元素(雜質(zhì))對擴散速率的影響44-45
• 3.4 Kirkendall效應(yīng)產(chǎn)生孔洞的機理分析45-48
• 3.4.1 孔洞觀察及分析45-46
• 3.4.2 產(chǎn)生Kirkendall孔洞的原理分析46-47
• 3.4.3 影響Kirkendall孔洞產(chǎn)生的各類因素47-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第4章 硅鐵合金擴散系數(shù)的計算49-58
• 4.1 鐵硅合金擴散偶的模型49-50
• 4.2 修正Matano圖解法50-52
• 4.3 α-Fe相中元素互擴散系數(shù)的計算52-57
• 4.3.1 制備擴散偶52-54
• 4.3.2 互擴散系數(shù)的計算結(jié)果54-57
• 4.4 本章小結(jié)57-58
• 第5章 滲硅擴散時的Kirkendall孔洞及其影響因素58-68
• 5.1 滲硅擴散時的Kirkendall孔洞58-60
• 5.1.1 脆性斷裂斷口試樣制備58
• 5.1.2 孔洞位置研究58-60
• 5.2 滲硅處理溫度對孔洞的影響60-62
• 5.3 反應(yīng)氣體中SiCl_4濃度對孔洞的影響62-63
• 5.4 擴散處理對孔洞的影響63-64
• 5.5 抑制Kirkendall孔洞產(chǎn)生的方法64-67
• 5.6 本章小結(jié)67-68
• 第6章 結(jié)論與展望68-70
• 6.1 結(jié)論68-69
• 6.2 展望69-70
• 參考文獻70-74
• 致謝74-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)成果75

【參考文獻】

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本文編號：910423