冷轧硅钢片涂层绝缘性

冷轧硅钢片涂层绝缘性

降低电能耗是当今世界工业面临的重大任务，因此，对具有非常低的铁损和高磁导率的高效铁芯材料的需求日益迫切。无取向电工钢是广泛用作旋转机器和静电机器的铁芯材料，另外，随着电机单容量的不断增加，为了减少电工钢涡流损失，提高其电磁性能，就需要在其表面覆具有一定张力薄而且均匀的绝缘学涂层。涂层作为一种改善材料性能的有力手段正日益受到大力推崇。在制造电机、家用电器和变压器铁芯时，需要将电工钢板冲剪成铁芯形状的胚料，通过氩弧焊和热铸铝将叠好的预定数量的芯片边缘固定。因此，电工钢表面涂层不仅需要具有良好的绝缘性和较高的层间电阻，而且还必须同时具有好的冲剪加工性、附着性、焊接性、耐油性、能经受消除应力退火和600 ℃注铝温度。

冷轧无取向电工钢表面涂层主要包括：无机涂层、有机涂层、半无机涂层3大类。总的发展趋势是：有机涂层被逐渐淘汰，无机涂层将逐步取代半无机涂层。但是，由于无机涂层本身性质和各方面的条件制约，目前，国际上电工钢制造厂商通常使用较多的仍然是半无机涂层。

一、有机涂层

中国的电工钢表面涂层研究起步较晚，落后于世界先进水平。电机、变压器的生产厂商仍采用有机电工钢涂层，在很大程度上影响了中国机电设备在国际市场上的竞争能力。化学工业的发展为电工钢表面涂层技术的进步提供了广阔的前景。中国国内有机涂层经历了早期的沥青天漆1611#，进而发展到环氧的酚醛漆9162#，目前，应用最多的是二甲苯改性醇酸漆9163#。尽管涂覆这些有机漆后形成的有机涂层成膜性能良好，具有较好冲剪加工性，但是也存在着许多不可克服的缺点，比如：

（1）涂层厚（10～15μm），焊接性差，铁芯叠装系数低（92%）。

（2）涂层热收缩性大，铁芯易松动，尺寸稳定性差。

（3）涂层硬度低（一般在0.9左右），有机溶剂毒性大，价格高，易造成浪费和环境污染，影响操作工人的身体健康。

（4）层间电阻随运行逐渐降低，若遇到铁芯局部过热，易发生碳化，耐热性差。目前，世界各大电工钢生产厂商的表面涂层技术都向无机或半无机方向发展。无机涂层具有优异的耐热性，绝缘性和焊接性，但冲剪加工性、附着性差。而半无机涂层则是将有机物质加入到无机涂料中来改善冲剪加工性、附着性，同时，通过控制有机物质含量得到好的耐热性和焊接性。这种涂层具有涂膜硬度高，热收缩性小，尺寸稳定性好，耐热性好，水为溶剂，环保无污染。

二、无机涂层

在成品电工钢板上涂覆一层薄的绝缘材料，较善遍应用的是：水玻璃、滑石、氧化镁、硼砂、磷酸盐、铬酸盐等。其中无机磷酸盐类涂料是主要品种。无机磷酸盐类可以为涂层提供优良的表面电阻率和耐热性。但是，在冲剪叠片时会对冲膜造成过分的磨损，而且不易和电工钢板产生良好的附着性。美国专利2 753 203报道了一种含有7%～50%游离酸的磷酸溶液，多达150质量份的胶体二氧化硅和多达25质量份的铬酸酐溶液，这种混合液可用于电工钢表面形成无机绝缘涂层。

三、半无机涂层

我们知道使用含有机树脂的无机绝缘涂层能为固化的涂层提供润滑性，从而降低在冲剪电工钢时模具有磨损速度。即可将磷酸盐、铬酸盐无机溶液与有机树脂溶液相混合。美国专利2 793 073 披露了一种用于涂覆电工钢的绝缘涂层。涂层的有机部分是由选自丙烯酸树脂或共聚物，无水马来酸、聚乙烯醇缩醛、氨基树脂、木素磺酸钙、酚醛树脂、醋酸乙烯酯、氯乙烯和环氧树脂的一种或多种。可以添加粒度大于2μm的有机颗粒物质，例如：酚醛树脂，三聚氰胺树脂等来提供表面不平度，以获得良好的焊接性，涂层的无机部分可以包括磷酸类物质或铬酸类物质中一种或多种。磷酸类物质可包括钙、镁、锌的一种磷酸盐，以及二氧化钛、胶钵二氧化硅、氧化铝和硼酸。铬酸类物质可包括钙、镁、锌的一种重铬酸盐，以及二氧化钛，胶体氧化铝和一种有机还原剂。这种用半无机涂层涂覆的电工钢具有良好的冲剪加工性和防腐性。但是，在焊接加工过程中树脂挥发可产生过多的气孔，为了使此过程中因树脂的挥发而产生的焊接气孔降至最少，需在磷酸盐、铬酸盐绝涂料中加入颗粒，但在冲剪加工过程中还会有粉化现象。再者，由于这类涂层含有可溶性六价铬成铬酸盐，因而，在涂层的涂覆、涂覆钢板的加工、使用和废涂层液的处置过程中会产生安全和价昂的环境污染方面的问题。所以现在特别需要研制一种用于冷轧无取向电工钢的环保型半无机红外绝缘涂层。这种环保型涂层能提供良好的表面电阻率，使层间功率损耗降至最小，有良好的抗水蒸汽吸收能力，能提供与钢板表面优良的附着性，在从钢板冲剪制叠片的过程中所造成的模具磨损最小，在叠片冲压过程不产生过量的粉化或不在冲压设备上造成涂料的堆积，能承受应力退火和降碳处理，并且不产生过多的焊接气孔，能与制造铁芯时所使用的各种化学药品及树脂相容。并且，不含有可溶性六价铬或铬酸盐，以避免对环境的污染和电工钢加工，使用过程中对操作工人身体的损害。特别是要得到与含铬的半无机涂层等同的耐腐蚀性，冲剪性和耐退火性。

新日铁公司，阿姆科公司为了克服含铬半无机涂层的缺点，发明了不含铬的环保型涂层。即：无机溶液磷酸铝（氢氧化铝等化合物和磷酸反应的产物）/100份此溶液的Al2O3/H3PO4的物质的量比为0.13～0.3。小于0.13，游离磷酸多，烘烤干燥为吸湿性不好；大于0.3时，磷酸铝本身不稳定，易从溶液中析出。多达6～50份的有机树脂，有机树脂在丙烯酸、苯乙烯、醋酸乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯、三聚氰胺、环氧树脂中选用一种或两种以上，这些物质的聚合体，交联体都可使用，还可根据需要添加三氧化二铝、二氧化钛等物质，亚磷酸、硅酸钠等玻璃化剂和其它无机物添加剂，以确保耐高温性、绝缘性。将配制好的半无机溶液，用带槽的涂辊在退火线上控制涂覆量进行涂布烘烤干燥。电工钢表面上形成的绝缘涂层重量适宜范围为0.5～4.0g/m2之间，重量小于0.5g/m2时，冲剪性得不到保证；重量大小4.0g/m2时,在消除应力退火期间绝缘涂层有被剥离的危险。最佳使用范围在1.0～2.5g/m2之间，在此范围内可得到涂层性能优良，外观光洁的涂膜。

四、结论

（1）冷轧无取向电工钢表面涂层包括有机涂层、无机涂层和半无机涂层3大类。