在工作過程中，硅鋼的鐵芯損耗(簡(jiǎn)稱鐵損) 是指鐵芯在≥50 Hz 交變磁場(chǎng)中磁化時(shí)所消耗的無(wú)效電能。由于電工鋼的鐵損所造成的電量損失約占各國(guó)年發(fā)電量的 2.5% ～ 4.5% ，可見電工鋼的鐵損已經(jīng)成為導(dǎo)致電能損耗的重要原因之一，開發(fā)高效電工鋼相關(guān)技術(shù)對(duì)于節(jié)能降耗目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)意義重大。研究表明，硅鋼的鐵損包括磁滯損耗、渦流損耗和反常損耗。磁滯損耗是磁性材料在磁化和反磁化的過程中，由于材料中夾雜物、應(yīng)力、晶粒取向等阻礙疇壁的移動(dòng)，使磁通變化受阻而引起的能量損耗。渦流損耗是磁性材料在交變磁化過程中，在磁通改變方向時(shí)，按照法拉第電磁感應(yīng)定律產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)而引起的能量損耗。反常損耗是由于磁疇結(jié)構(gòu)不同而引起的能量損耗。取向硅鋼中磁滯損耗占30% ，其余 占70% ，并且反常損耗是渦流損耗的 1～2 倍。由此可見，由磁疇結(jié)構(gòu)影響而造成的鐵損在取向硅鋼的鐵損中占有重要比例，是取向硅鋼發(fā)展的重要方向之一。隨著冶金工藝和設(shè)備的日益完善，從冶金角度改善取向硅鋼產(chǎn)品磁性的效果越來(lái)越不顯著，而以磁疇細(xì)化為基礎(chǔ)的表面處理技術(shù)日益受到重視。磁疇細(xì)化技術(shù)包括激光刻痕技術(shù)、機(jī)械刻痕技術(shù)、張力涂層等。其中，刻痕技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，張力涂層是目前乃至今后的研究熱點(diǎn)。
    在傳統(tǒng)取向硅鋼產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，采用張力涂層技術(shù)發(fā)展的高性能取向硅鋼被稱為超低鐵損取向硅鋼。張力涂層是新日鐵在 1973 年提出的，目的是更為有效的降低鐵損。在取向硅鋼表面沉積陶瓷涂層，由于涂層與基體的熱膨脹系數(shù)不同，冷卻后膨脹系數(shù)相對(duì)較小的陶瓷涂層會(huì)對(duì)基體產(chǎn)生一個(gè)張力作用。有關(guān)研究指出，張力可使磁疇細(xì)化，與磁疇寬度有關(guān)的靜磁能降低，磁滯損耗下降，從而使鐵損減少。日本的川崎和新日鐵在陶瓷張力涂層的制備方面進(jìn)行了大量探索工作，研究?jī)?nèi)容涉及采用硅膠溶膠制備過渡層、電沉積稀土改性復(fù)合氧化物涂層、氣相沉積TiN 和TiC 張力涂層，磁控濺射制備 Si3N4、TiN 張力涂層等。其中，日本川崎制鐵的研究人員采用空心陰極放電技術(shù)，在拋光的取向硅鋼表面通過空心陰極放電制備 TiN 陶瓷涂層，使鐵損降低 20% 以上，進(jìn)一步與表面刻痕技術(shù)相配合，鐵損可以降低40% ，接近非晶薄帶的水平，為取向硅鋼的發(fā)展指明了一條可行的途徑。
    為了開發(fā)高性能的超低鐵損取向硅鋼，本文研究了取向硅鋼表面處理過程中鐵損的變化規(guī)律，采用鐵損分離技術(shù)，研究了高磁感取向硅鋼表面處理對(duì)鐵芯損耗的作用機(jī)理。

1、實(shí)驗(yàn)材料及方法

    試樣為武鋼生產(chǎn)的高磁感取向硅鋼( HIB) 成品板，Si 含量為 3.15 wt% ，厚度為 0.23 mm，剪切成 30mm × 300 mm 規(guī)格，經(jīng)消除應(yīng)力退火，采用熔融氫氧化鈉去掉表面張力涂層，經(jīng) 10% 鹽酸酸洗后，在 3%HF + 97% H2O2 拋光液中進(jìn)行拋光處理，表面經(jīng)刻痕處理，并采用 PVD 真空鍍膜技術(shù)在表面制備高張力陶瓷涂層，測(cè)得每個(gè)過程的鐵芯損耗。采用原子力顯微鏡(AFM)和掃描電鏡( SEM) 觀察試樣表面微觀形貌。鐵芯損耗采用磁性測(cè)量?jī)x(型號(hào) MPG-100D) ，場(chǎng)強(qiáng)范圍 1 ～ 30000 A /m，頻率范圍 50 Hz，磁滯損耗采用直流測(cè)試系統(tǒng) 50 Hz 條件下直接測(cè)得。
    
2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    圖 1 為取向硅鋼表面處理過程中鐵損的變化規(guī)律。從圖 1 中可以看出，武鋼取向硅鋼成品經(jīng)表面堿洗后，鐵芯損耗明顯上升，而酸洗后進(jìn)行表面拋光處理，鐵芯損耗下降，基本上保持成品試樣的磁性水平，在此基礎(chǔ)上采用 PVD 鍍膜制備技術(shù)，獲得完整 TiN薄膜，鐵芯損耗進(jìn)一步下降，幅度達(dá)到 12. 7% 。拋光試樣經(jīng)表面刻痕后施加高張力 TiN 薄膜，鐵芯損耗與PVD 鍍膜獲得鐵芯損耗下降 10. 5% ，鐵芯損耗達(dá) 到0. 692 W/kg，較成品的鐵芯損耗 0.876 W/kg 改善值達(dá)到 22% 。

    

    

    圖 3 是取向硅鋼表面制備的 TiN 陶瓷涂層形貌，由圖 3 可見，PVD 制備的 TiN 薄膜表面平整，表面分布有小于 1μm 的點(diǎn)狀顆粒。