2009年_无取向电工钢用M11含铬绝缘涂层的研制

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无取向电工钢用M11含铬绝缘涂层的研制孙致平a,朱涛a,董梅a,王立涛a,徐汾兰a,沈新玉b,胡柯b,孙建华b (马鞍山钢铁股份有限公司 a.技术中心; b.第一钢轧总厂,安徽马鞍山243000)摘要:介绍了马钢无取向电工钢用M11含铬绝缘涂层的开发过程及工艺流程。

并对其性能进行了检测分析,结果表明,M11含铬绝缘涂料是一种主要由丙烯酸树脂乳液、重铬酸锌水溶液、硼酸、甘油等组成的半有机涂料,其性能满足电工钢连续退火生产线高速辊涂的需要;通过涂层工艺的合理控制,M11含铬绝缘涂层,其层间电阻在1508#mm2/片以上,综合性能满足电工钢用户的需要。

关键词:电工钢;含铬绝缘涂层;半有机涂层;丙烯酸树脂;重铬酸锌
中图分类号:T M215;T G174.4;T Q630.7文献标志码:A文章编号:1009-9239(2009)02-0005-04 Develo p ment of M11Containin g Chromate Insulatin g
Coatin g on Non-oriented Electrical Steel of Ma Steel
SUN Zhi-ping a,ZHU Tao a,DONG Mei a,WANG L i-tao a,
XU Fen-lan a,SHEN Xin-y u b,HU Ke b,SUN Jian-hua b
(a.T echnolo gy Center; b.the Fir st Steel M akin g Plant,
M aanshan I ron and Steel Co.,L td,M aanshan243000,Chi na) Abstract:The develo p ment,p erformance and a pp lication of M11chr o mate_containin g insulation coating on no n_o r iented electrical steels o f Masteel was pr esented.The M11paint d eveloped by Masteel is a semi_organic material,mainly co mposed of acrylic resin emulsion,zinc dichromate solution,boric acid and glycer ol.It can be applied in the high speed roll coating o f electrical steels made b y continuous annealin g lines.The interlamination resistance of M11chr o-mate_containin g insulatin g coatin g is above1508#mm2p er p iece;and its com p rehensive p ro p er ties can satisf y the re q uir ements of users.
Ke y words:electrical steel;chr o mate_containing insulation co ating;semi_organic co ating;acrylic resin;
zinc dichr o mate
1前言
无取向电工钢广泛用作电机和变压器的铁芯材料。

为防止铁芯叠片间发生短路而增大涡流损耗,需要在冷轧无取向电工钢板表面涂覆绝缘涂层。

由于在制造电机、变压器铁芯时,需要将电工钢板冲制成铁芯形状的坯料,还应将叠片边缘固定以适应不同种类铁芯的使用工况条件,因此无取向电工钢绝缘涂层不仅要有良好的绝缘性,而且还应具有良好的冲片性、附着性、焊接性、耐热性、耐腐蚀性等[1]。

无取向电工钢绝缘涂层包括有机涂层、无机涂层和半有机涂层3大类[2]。

目前国内应用最多的电工钢绝缘涂层是半有机含铬涂层,如武钢T4、鞍钢T M4、宝钢A、太钢G2涂层,涂层的涂料组分主要为重铬酸盐水溶液、有机树脂乳液、助熔剂、还原剂(如乙二醇或甘油)、消泡剂等[3-4]。

在成功开发出M21环保绝缘涂层后,为满足一些电工钢用户的特定需求,又研制出M11含铬绝缘涂层。

根据涂层性能检测结果、用户反馈意见及生产情况,判定马钢M11含铬绝缘涂层的综合性能能够满足无取向电工钢的使用要求,该涂层的开发工作达到了预期的目标。

2M11含铬绝缘涂料开发
2.1涂料配方设计
根据无取向电工钢对涂层的性能要求以及用户对涂层的使用特点,并结合文献资料的技术分析,设计了一种半有机含铬绝缘涂料,其涂层代码为
收稿日期:2008-10-14
基金项目:国家/十一五0科技支撑计划重大项目子课题
(2006BAE03A14)
作者简介:孙致平(1982-),男,湖南益阳人,工程师,硕士,主要从
事电工钢涂层技术研究工作,(电子信箱)zpsu n1982@。

孙致平等:无取向电工钢用M11含铬绝缘涂层的研制
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M11。

M11含铬绝缘涂料配方中主要有重铬酸锌水溶液、甘油(还原剂)、硼酸(助熔剂)、丙烯酸树脂乳液等。

M11涂料形成涂层的成膜机理为氧化还原聚合反应型。

反应中可溶性的重铬酸盐被还原剂还原成为低价的不溶性的铬酸与其它配料交联的复合盐,其中Cr元素由+6价降为+3价,而涂层中的Cr元素以+3价形式存在,可满足欧盟RoHS指令的环保要求[5]。

考虑到电工钢基板与水性涂料之间表面张力的差异以及连续退火生产线特殊刻槽衬胶辊涂覆的要求,在M11涂料中加入了润湿剂和流平剂,增强涂料的润湿性及流平性,防止出现漏涂和涂层条纹,使涂层的表面质量良好。

2.2涂料的制备
根据M11含铬绝缘涂料的配方设计,通过实验室的涂布实验、择优筛选以及工业试制,最终确定了M11涂料的制备方法及相关的工艺参数。

具体如下:¹在纯水中加入铬酐,待铬酐完全溶解后,往溶液中缓慢加入一定量的氧化锌,形成重铬酸锌水溶液;º待重铬酸锌水溶液澄清后加入硼酸作为助熔剂,并搅拌一定时间,加入量为铬酐重量的5%~ 30%;»加入适量的丙烯酸树脂乳液,加入量可根据用户对涂层冲片性、焊接性、耐热性的要求进行调整;¼在上述混合液中加入一定量的甘油(丙三醇)作为还原剂,然后高速搅拌一定时间;½加纯水调整涂料比重至1.05~1.20g/m l之间;¾加入润湿剂、流平剂、消泡剂等助剂,搅拌30min以上,最后过滤去除混合液中的不溶物,即制成无取向电工钢M11含铬绝缘涂料。

2.3涂料的性能
M11含铬绝缘涂料的性能检测结果如表1所示。

表1M11含铬绝缘涂料的性能
由于M11涂料中含有剧毒的Cr6+,在涂料配制、涂覆时应特别注意安全,并且在生产线上配置含铬废液的无害化处理设施。

含铬涂料由于其重铬酸盐的强氧化性,使得涂料的保质期较短,一般仅为7天,因此对生产的时间周期有一定要求,尽量做到现配现用。

3M11含铬绝缘涂层工艺开发
3.1涂层工艺流程
涂层工艺流程包括电工钢基板预处理(碱洗漂洗、水喷淋冷却、热风干燥等)、涂料涂敷、涂层干燥固化及冷却等,M11含铬绝缘涂层的应用工艺流程如图1所示。

电工钢冷硬卷从入口活套出来后,进入碱洗漂洗段(依次包括碱喷洗槽、碱刷洗槽、高压水清洗槽、水刷洗槽和热水喷洗槽),将带钢表面的轧制油、杂物清洗干净;带钢经热风干燥器烘干后,进入退火处理段,完成无取向电工钢的脱碳退火、促进晶粒长大、提高磁性能及消除应力的工艺处理;带钢经RJC冷却、水喷淋冷却及热风干燥后进入(特殊刻槽衬胶辊)辊涂式涂层机完成涂料的涂覆,随后进入涂层炉进行涂层的干燥、固化;通过空气喷射冷却使带钢和涂层的温度降至接近室温后,带钢进入出口活套。

图1M11含铬绝缘涂层在马钢的应用工艺流程图
3.2涂层工艺控制
在M11含铬绝缘涂层生产中,影响涂层质量而需要进行控制的涂层工艺如表2所示。

通过对表2所述工艺参数的合理控制,可以生产出表面质量良好的M11含铬绝缘涂层。

4M11含铬绝缘涂层性能及应用
4.1表面形貌及元素成分
采用荷兰PH ILI PS XL30型扫描电镜(Scannin g Electron M icrosco p e,SEM)观察涂层的表面形貌,用美国EDAX DX4i型能谱仪(Ener gy Dis p ersio n S p ectrum,EDS)分析涂层的元素成分及含量。

图2为M11含铬绝缘涂层表面形貌的扫描电镜照片。

从图2可知,M11含铬绝缘涂层主要呈现出一种较均匀的条纹状,而用肉眼观察,这种条纹并不明显,涂层中并没有颗粒状的物质,但有些浅的不规则孔洞。

退火、发蓝后涂层的表面形貌如图3所示。

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表2
M11含铬绝缘涂层质量控制工艺
图2M11含铬绝缘涂层表面形貌的SEM 照片
图3退火、发蓝后M11含铬绝缘
涂层表面形貌的SEM 照片
从图3可知,经过退火、发蓝后,含铬绝缘涂层
仍呈现条纹状,但与未退火、发蓝的涂层相比,其表面的空洞基本消失,表明经过退火、发蓝,含铬涂层的表面质量有很大提高。

图4是M 11含铬绝缘涂层的能谱分析图,从图4可以看出,M 11含铬绝缘涂层的主要元素成分为C 、O 、Zn 、Cr(测试的Fe 元素及Si 、Al 元素为电工钢基体组分元素),表明M 11涂层是一种半有机涂层,且其涂料组分主要是有机树脂乳液、氧化锌和铬酐。

图4
M11含铬绝缘涂层的能谱分析图
4.2综合性能
通过合理控制涂辊压力、涂料比重与固含量等参数,M 11含铬绝缘涂层的层间电阻值可按照用户的
要求进行调节,生产中一般控制在1508#mm 2
/片以上。

马钢M 11含铬绝缘涂层的典型性能参数如表3所示。

经上海通标标准技术服务有限公司(SGS-CST C)的RoHS 检测,结果表明M 11含铬绝缘涂
层中不含Cr 6+
、Pb 、H g 、Cd 等有毒元素,满足RoH S 指令的环保要求(M 11涂层中的Cr 元素是以+3价的形式存在的),综合性能满足无取向电工钢的使用要求。

4.3应用
M 11含铬绝缘涂层的马钢中、低牌号电工钢已经广泛用于制造小型电机、空调压缩机、E I 片等。

用户在初期试用M 11含铬绝缘涂层电工钢后,普遍认为其耐热性好、发蓝处理后表面呈蓝黑色且涂层不脱落;涂层的冲片性好、加工时不掉粉,因此用户很
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表3马钢M11含铬绝缘涂层的性能
快接受了M11含铬绝缘涂层的马钢电工钢。

据统计,2008年1~6月份,马钢已生产了涂覆半有机锌盐M11含铬绝缘涂层的电工钢22406吨,且用户对该涂层的反映良好。

5结论
(1)M11含铬绝缘涂料是一种主要由丙烯酸树脂乳液、重铬酸锌水溶液、硼酸、甘油等组成的半有机涂料,该涂料能够满足生产线高速辊涂的要求。

(2)通过对电工钢基板的表面质量、涂覆前带钢的板形、表面粗糙度与温度、涂料涂覆及涂层炉工艺参数进行合理控制,可以生产出表面质量良好的M11含铬绝缘涂层。

(3)M11含铬绝缘涂层是一种半有机涂层,其元素组分主要是C、O、Z n、Cr,其中Cr元素以+3价形式存在,不含Cr6+,符合RoH S指令的环保要求。

(4)M11含铬绝缘涂层的层间电阻控制在150 8#mm2/片以上,且综合性能良好,满足电工钢用户的要求。

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苏朝化等:电线电缆用L LD PE/HDPE共混改性护套料的研制
表6PE护套料的性能
(3)LLD PE/H DPE共混护套料既有优良的ESCR性能,又有良好的成型加工性能。

(4)碳黑是LLDPE/H DPE共混塑料优良的光屏蔽剂,加入碳黑可以明显提高LLDPE/H DPE共混塑料的耐候老化性能。

参考文献:
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