PVD法制备6.5%Si高硅钢薄板过程Si、Al共渗交互作用机制研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51461028
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    48.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0107.金属功能材料
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

The Fe-6.5 wt.% Si alloy has been regarded as an ideal core material due to its higher permeability, higher saturation magnetization and lower core losses than conventional Fe-3wt.% Si steel sheets especially at high frequencies. However, the high-Si alloys are known to be quite brittle, which brings about difficulty in conventional hot-cold rolling processes. This drawback restricts the application of Fe-6.5 wt.% Si alloy in practice. In the present work, physical vapor deposition (PVD) technique will be applied to deposit SiAl films onto double surfaces of low-Si steel substrates, to investigate effect of the deposition and diffusion variables on Si and Al distribution in the substrates in an attempt to clarify the underlying interaction mechanisms of Si and Al co-penetration into low-Si sheets, and discuss the possibilities of Al atom enhancing Si penetration in the diffusion process from kinetic calculation and the micro-structure analysis such as voids contents and dislocation densities. Finally, by optimizing the parameters and conditions, fabricate Fe-6.5 wt.% Si alloy from a conventional Fe-3 wt.% Si sheet, meanwhile the relationship of Al concentration and the magnetic and mechnical properties of fabricated Fe-6.5 wt.% Si alloy should be investigated to conclude a suitable Al ratio. Based on the better understanding of the the critical technology in the enriching-Si mechanisms, the conclusion is expected to be able to guide the fabrication of Fe-6.5 wt.% Si thin sheets by PVD approach in an industrial scale.
6.5%Si高硅钢具有磁感高、铁损低等优异软磁性能,是制作低噪音、低铁损铁芯的理想材料。但因B2和DO3有序相析出导致合金硬而脆,难于采用传统轧制工艺制成薄板。项目申请人发明了PVD法在低硅钢薄板双面共沉积富Si层并扩散制备6.5%Si高硅钢薄板的方法。前期研究发现Si渗速低是该技术实用化的技术瓶颈。本项目设计在低硅钢薄板双面PVD法沉积SiAl膜并进行高温真空扩散处理,通过研究膜层成分结构与扩散工艺参数等因素变化对Si、Al渗入低硅钢基体扩散行为的影响规律,弄清低硅钢基体Si、Al共渗交互作用机制和扩散动力学关系,从Al激发基体晶格缺陷如空位浓度、位错密度而降低Si扩散势垒的角度探讨Al助渗Si的可能条件及微观机理。最后通过工艺有效调控制成6.5%Si高硅钢薄板,并研究Al掺量变化与其组织结构及性能的内在联系,确定Al最佳掺比,为PVD法制备6.5%Si高硅钢薄板奠定理论和实践研究基础。

结项摘要

Fe-6.5%Si高硅钢因其高磁感应强度、低铁损和近零磁致伸缩系数等优势备受人们青睐,但其室温脆性问题一直是制约其工业化生产与应用的关键技术瓶颈。本项目采用磁控溅射镀膜技术在低硅钢薄板表面沉积富Si(Al)膜并经高温真空扩散处理,使膜层中Si(Al)原子在化学活度梯度的驱动作用下,渗入低硅钢基体,提高其Si(Al)浓度达到6.5%。项目基于Fe-Si-Al三元相图和DICTRA模拟软件开展了低硅钢基体Si、Al共渗制备Fe-6.5%Si-1%Al高硅钢合金最佳化的膜系结构设计和不同扩散工艺参数下Si与Al的浓度分布规律的模拟研究;在此基础上开展了不同镀膜工艺方式制备富Si(Al)膜的对比研究,确定出磁控溅射技术多靶共焦溅射沉积富Si(Al)膜较为适宜的工艺参数;然后开展了纯铁基体Si、Al共渗研究、低硅钢基体渗Al研究、低硅钢基体Si、Al共渗研究、低硅钢基体分步渗Al、渗Si研究,掌握了膜层组织结构以及扩散工艺参数变化对Si、Al渗入效果及其浓度分布的影响规律,发现浓度呈梯度分布的Si或Al元素促使另一方发生上坡扩散的内在机制来源于两种元素之间的排斥作用;在沉积的富Si(Al)膜中Al的存在可提高Si的化学活度,有助于加速Si的扩散;而在低硅钢基体中先渗Al再渗Si,Al对Si的扩散具有较强的阻缓作用。项目最后对比研究了制成Fe-6.5%Si和Fe-6.5%Si(Al) 高硅钢的软磁性能和力学性能,随低硅钢基体渗入Si与Al的浓度增加,合金的高频铁损值明显降低,Fe-6.5%Si高硅钢P1/10k值为25.5 W/kg,相比于初始低硅钢基板,降幅达到41%,Fe-6.5%Si-0.3Al高硅钢P1/10k值为26.82 W/kg,相比于初始低硅钢基板,降幅达到38%;制成的Fe-6.5(Si+Al)薄板可齐整剪切、可弯折成90度直角,塑韧性明显优于Fe-6.5%Si高硅钢合金。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(1)
会议论文数量(1)
专利数量(4)
基于Matlab和正交实验法研究W-Al_2O_3系太阳能吸收膜光学性能变化规律
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    太阳能学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任杰;安慧宁;田广科
  • 通讯作者:
    田广科
PVD法制备6.5%Si高硅钢过程合金磁性能演化机理研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016-04
  • 期刊:
    功能材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马天国;李辉;田广科;毕晓昉
  • 通讯作者:
    毕晓昉
基于DICTRA软件模拟Si、Al共渗制取Fe-6.5 %Si-1 %Al合金薄板
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    材料导报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张宏宇;田广科;任杰
  • 通讯作者:
    任杰
双靶直流溅射多层膜的叠加结构对沉积扩散法制备高硅钢硅含量的影响
  • DOI:
    10.13922/j.cnki.cjovst.2016.02.06
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    真空科学与技术学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    马海林;刘曦;夏荣斌;田广科
  • 通讯作者:
    田广科
PVD法渗Si制备6.5%Si高硅钢过程组织结构与性能演化研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    功能材料
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    田广科;孙勇;孔令刚;毕晓昉
  • 通讯作者:
    毕晓昉

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非超高本底真空条件下沉积低氧含量 ZrB2薄膜
  • DOI:
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  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
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  • 影响因子:
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  • 作者:
    王倩;夏虎峰;董战胜;田广科
  • 通讯作者:
    田广科

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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