在工作過程中，硅鋼的鐵芯損耗(簡稱鐵損) 是指鐵芯在≥50 Hz 交變磁場中磁化時所消耗的無效電能。由于電工鋼的鐵損所造成的電量損失約占各國年發(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)對于節(jié)能降耗目標的實現(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，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，按照法拉第電磁感應(yīng)定律產(chǎn)生感生電動勢而引起的能量損耗。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)品磁性的效果越來越不顯著，而以磁疇細化為基礎(chǔ)的表面處理技術(shù)日益受到重視。磁疇細化技術(shù)包括激光刻痕技術(shù)、機械刻痕技術(shù)、張力涂層等。其中，刻痕技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，張力涂層是目前乃至今后的研究熱點。
    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)相對較小的陶瓷涂層會對基體產(chǎn)生一個張力作用。有關(guān)研究指出，張力可使磁疇細化，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行了大量探索工作，研究內(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鐵芯損耗的作用機理。

1、實驗材料及方法

    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，測得每個過程的鐵芯損耗。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量儀(型號 MPG-100D) ，場強范圍 1 ～ 30000 A /m，頻率范圍 50 Hz，磁滯損耗采用直流測試系統(tǒng) 50 Hz 條件下直接測得。
    
2、實驗結(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，鐵芯損耗進一步下降，幅度達到 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 到0. 692 W/kg，較成品的鐵芯損耗 0.876 W/kg 改善值達到 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 的點狀顆粒。