取向硅钢氮化与AlN形成的模拟计算

论文摘要

本世纪30年代初Goss.N.P发现冷轧变压器硅钢片具有{110}<001>晶粒取向后,磁性能可大幅上升,立即引起人们的注意并开始广泛研究。因此,如何在取向硅钢中获得更多{110}<001>取向便成为研究热点。研究中发现{110}<001>织构是一个利用析出的第二相质点二次再结晶的问题。也就是说二次再结晶过程中,由于硅钢中沉淀析出弥散分布的第二相夹杂物有效抑制了初次再结晶的正常晶粒的生长,为{110}<001>取向晶粒的迅速长大提供了条件。因此,如何提高细小弥散的抑制剂数量便成为核心问题之一,而对于生产高牌号的取向硅钢,多数使用AlN+MnS抑制剂方案,如何提高取向硅钢二次再结晶之前抑制剂的数量便成为一个问题,近年来研究发现二次再结晶之前进行渗氮处理可以有效提高AlN生成量,因此本工作主要通过对各种国内外渗氮模型进行分析,建立适于取向硅钢渗氮过程的扩散及动力学模型。从气氛分解、吸附、扩散、渗入,形核几部分模型入手,辅以Fe-Al-Mn三元系合金参数、平衡状态的固溶积和经典形核理论,建立出计算结果与实验相吻合的模型。并对其进行简要误差分析（误差小于7.5×10-7g）。导出了不同温度下氮原子的有效扩散系数,建立了适用于取向硅钢渗氮计算的有效的扩散系数与温度间的关系及氮原子的扩散激活能。渗氮气氛一定的情况下,渗入氮含量随温度增加而增大。温度升高时,氮浓度梯度增加。利用所建模型可以有效对取向硅钢氮化过程中AlN扩散形核进行计算。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 硅钢概述
• 1.2 取向硅钢抑制剂作用机理
• 1.3 氮在钢中的作用及渗氮方法
• 1.4 Fe-N相图及其组织
• 1.5 炉压对渗氮过程的影响
• 1.6 影响渗氮的一些因素
• 1.7 取向硅钢生产退火气氛
• 1.8 课题的背景及意义
• 第二章 渗氮浓度模型简介
• 2.1 气体渗氮模拟的数学模型
• 2.1.1 矩形截面有限差分法离散过程
• 2.1.2 尖角有限元法离散过程
• 2.1.3 模拟过程
• 2.2. 其他数学模型
• 2.2.1 渗氮反应神经网络数学模型
• 2.2.2 化学反应生成物预测控制模型
• 2.3 小结
• 第三章 前期计算和热力学计算
• 3.1 取向硅钢氮溶解度计算
• 3.2 硅钢中的氮扩散系数
• 3.3 氮势计算
• 3.4 取向硅钢渗氮氮的浓度分布
• 3.5 热力学计算
• 3.5.1 氧化反应热力学
• 3.5.2 低价铁氧化物的计算
• 3.6 氮化反应热力学
• 3.6.1 生成氮化铝热力学计算
• 3.6.2 生成低价氮铁化合物的热力学计算
• 3.7 本章小结
• 第四章 渗氮扩散动力学及释氮反应
• 4.1 扩散模型
• 4.2 AlN形核动力学
• 4.3 释氮动力学探讨
• 4.4 分析与讨论
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢