一種能提高取向矽鋼表面電阻的絕緣塗液及使用方法與流程
2023-10-10 05:16:49 2
本發明涉及一種絕緣塗液及使用方法，具體屬於一種用於取向矽鋼表面的絕緣塗液及使用方法，確切地為能提高取向矽鋼表面電阻的絕緣塗液及使用方法。
背景技術：
取向矽鋼大量用於作為磁性鐵芯材料，為了減少能量損失，要求鐵損小。為了降低鐵損，向鋼板賦予張力是一個有效的辦法。因此，通過在高溫下形成由熱膨脹係數比鋼板小的材質構成的皮膜來向鋼板賦予張力，達到降低鐵損的目的。
目前，取向矽鋼板的皮膜的形成，是在經成品退火工序中生成鎂橄欖石系皮膜後，再形成以磷酸鹽為主體的絕緣皮膜。這種以磷酸鹽為主體的絕緣皮膜主要成分是膠狀sio2，磷酸二氫鋁和鉻酐。
在現有生產取向矽鋼的技術中，取向矽鋼在塗布絕緣塗液後需要進行去應力退火，溫度高達900℃以上。由於塗層與鋼板之間的張力，以及塗層與鋼板各自的熱應力作用，在去應力退火過程中，鋼板表面的塗層容易產生微觀裂紋，導致表面質量差，並影響了鋼板的絕緣性能和耐腐蝕性。本技術領域的技術人員為了解決這個問題，從不同角度採取措施予以解決，如，經檢索的文獻：
中國專利申請號為cn201210001296.x的文獻，公開了一種取向矽鋼帶表面所塗的絕緣塗料，其配方包括：鉻酸酐1份，水5.5~6.5份，磷酸二氫鋁11.5~12.5份和矽溶膠13.5~14.5份。該文獻取向矽鋼的層間電阻增大到35~50ω•cm2之間，具有良好的耐腐蝕作用。然而其層間電阻盡在35~50ω•cm2之間，其已不能滿足更高性能變壓器鐵芯的使用需求。高性能變壓器是主要用於主變線路上的，電壓等級220kv，鐵芯要求絕緣電阻大於70ω•cm2，鐵損低，變壓器使用壽命更長。
中國專利申請號為cn200910046440.x.的文獻，公開了一種抗粘片的取向矽鋼用絕緣塗液及其塗敷工藝。該文獻的塗液含有：100重量份磷酸二氫鹽、1.4–4重量份可溶性鉬酸鹽和/或鎢酸鹽、15-30重量份鉻酸酐、50-120重量份矽溶膠或鋁溶膠。該文獻的絕緣塗層雖然可給取向矽鋼板施加合適的張力、提供高絕緣性、並減少在600–950℃退火1–3h條件下發生粘結的現象，但其主要是提高了鋼板的抗粘片性，而對鋼板絕緣性改善非常有限，電阻僅能達到30-50ω•cm2。
中國專利公告號為cn1039915c.的文獻，其公開了一種取向矽鋼用的絕緣皮膜成形塗敷劑，其組成包括：在100重量份的膠狀物質混合物中，添加130–250重量份一種或二種以上選自無水鉻酸、鉻酸鹽或重鉻酸鹽組，所說的膠狀物質混合物由50–98%（重量）粒徑為50nm以下以固態重量表示的膠體狀二氧化矽，和2-50%一種或二種以上選自由在fe、ca、ba、zn、al、ni、sn、cu、cr、cd、nd、mn、mo、si、ti、w、bi、sr、v的組中選擇的元素的氧化物、碳化物、氯化物、硫化物、硼化物、氫氧化物、矽酸鹽、碳酸鹽、硼酸鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物且其粒徑為80–3000nm的膠狀物質組成。該絕緣皮膜有利於提高鋼板的表面光潔度，進而有利於鋼板在變壓器製造時的鐵芯加工性能，對鋼板的絕緣性及耐腐蝕性沒有明顯改善，電阻僅能達到30-50ω•cm2。
中國專利公告號為cn1198963c的文獻，公開了一種粘合性與耐蝕性等覆膜特性良好，佔空因數良好，並保持賦予張力大的絕緣覆膜的取向電工鋼板。該文獻的鋼板表面具有二價或三價金屬的磷酸氫鹽和二氧化矽為主要成分的第一層和硼酸鋁為主要成分的第二層構成的絕緣覆膜。塗敷第一層塗液後，在200~600℃乾燥烘烤，然後塗敷第二層塗液，在800~1200℃乾燥烘烤。該文獻存在塗敷工藝較複雜，生產成本較高的不足，也不利於在現有生產工藝線上的實現。電阻僅能達到50ω•cm2。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服上述文獻中存在的不足，提供一種不僅使鋼板的表面質量優良，耐腐蝕性能良好，而且可是鋼板表面的電阻提高到不低於80ω•cm2的能提高取向矽鋼表面電阻的絕緣塗液及使用方法。
實現上述目的的措施：
一種能提高取向矽鋼表面電阻的絕緣塗液，其組分及重量百分比含量為：磷酸鹽：25~45%，矽溶膠：25~45%，鉻酸鹽：6~20%，硼酸鹽：2~10%，氫氧化物：1~5%，另按照上述組分總重量的5~40%加入純水。
進一步地：所述磷酸鹽為mg、al、ni、mn的無機化合物中的一種或二種以上的以任意比例混合的混合物。
進一步地：所述矽溶膠為粒度5-20nm的膠狀sio2。
進一步地：所述硼酸鹽為mg、al、li、fe的無機化合物中的一種或二種以上的以任意比例混合的混合物。
進一步地：所述氫氧化物為粒度6~15nm的fe、mg、ni、na無機氫氧化合物中的一種或二種以上的以任意比例混合的混合物。
一種能提高取向矽鋼表面電阻的絕緣塗液的使用方法，其步驟：
1）將磷酸鹽：25~45%，矽溶膠：25~45%，鉻酸鹽：6~20%，硼酸鹽：2~10%，氫氧化物：1~5%與5~40%純水進行攪拌至塗液狀，控制攪拌時間在2~4個小時；
2）進行塗布，控制塗液溫度在30~45℃；控制塗敷量在5.5-10g/m2；
3）對經塗敷後的鋼帶進行去應力退火，退火溫度不低於900℃，退火時間在1.5-3分鐘。
進一步地：塗液溫度通過蒸汽加熱保持。
進一步地：步驟1）中攪拌速度在100-300r/min。
本發明中各組分及主要工藝的機理及作用
磷酸鹽：在本發明中，由於磷酸鹽中的自由磷酸更穩定，且加熱時溶液中的晶體體積膨脹較小，因此形成緻密的絕緣膜且不會產生微觀裂紋。但如果其含量如低於25%，則易產生微觀裂紋；如高於45%，則塗層張力小，不利於鋼板磁性能改善。
需要說明的使在本發明中不可選用ca的磷酸鹽，因為它容易形成球狀晶體，升溫時體積變化大，薄膜易產生微裂紋等缺陷，使絕緣性和耐腐蝕性降低。
矽溶膠：在本發明中之所以選擇粒度為5-20nm的小顆粒膠狀sio2，是由於其有利於形成緻密的絕緣膜，是的耐腐蝕性好，並可控制磷酸鹽的結晶化程度，以防止形成多孔疏鬆狀結構的絕緣膜。如果其粒度小於5nm，則塗液易發生凝膠現象；如果其粒度大於20nm，則塗層表面粗糙，易產生微觀裂紋；其含量如低於25%，則塗層光亮度低，表面粗糙；如高於45%，則不利於為鋼板提供張力，不能改善鋼板磁性。
調節膠狀sio2的矽氧烷結構，使溶液更穩定並且有效地充填磷酸鹽疏鬆結構和與自由磷結合，使磷酸鹽溶液也更穩定。有利於提高絕緣膜的絕緣性和耐腐蝕性。
鉻酸鹽：由於cr可捕捉自由p，而且cr與si、o和p形成化合鍵使絕緣膜更牢固，無缺陷，耐腐蝕性好。適當提高鉻酸鹽在塗液中的比例有利於提高絕緣膜的絕緣性和耐腐蝕性。但當其低於低於6%，則塗層耐腐蝕性差；如高於20%，則會塗料腐蝕性強，給塗料廢液處理帶來麻煩，環境汙染大。
硼酸鹽：為mg、al、li、fe的無機化合物中的1種或2種以上。塗液燒結時分解出來的b等金屬元素與自由磷酸形成穩定的磷酸化合物，使絕緣膜更牢固，絕緣性和耐腐蝕性好。但當其低於低於2%，則塗層絕緣性降低；如高於10%，則會塗層表面易產生微觀裂紋。
氫氧化物：在本發明中，之所以選擇其粒度為6-15nm超細顆粒的fe、mg、ni、na無機氫氧化合物中的1種或2種以上，是由於氫氧化物和硼酸鹽結合後，可防止塗液凝膠，並有利於提高塗層的耐腐蝕性。但當其低於1%，則其改善塗液凝膠的作用減弱，不利於塗液塗敷；如高於5%，則塗層表面易產生微觀裂紋。
本發明之所以控制上述塗液在塗布過程中，需對塗液採用蒸汽進行加熱，並控制塗液溫度在30~-45℃，是由於，其塗布溫度低於30℃，則不利於塗液的擴散性，如溫度高於45℃，則塗液易產生氣泡，影響塗液的塗敷效果。
本發明之所以將步驟1）中的攪拌速度限定在200~600r/min，是由於如攪拌速度少於200r/min，不利於塗液的擴散性，不能保證塗布的均勻性；如攪拌速度高於600r/min，則會使塗液易產生氣泡，從而影響塗液的塗敷效果；所以控制攪拌轉速在200~600r/min。以使塗敷量在5.5-10g/m2。
本發明與現有技術相比，由於本發明採用的塗液的組分及其使用方法不同於現有技術，故生產的取向矽鋼產品，不僅使鋼板的表面質量優良，耐腐蝕性能良好，而且可是鋼板表面的電阻提高到不低於80ω•cm2，甚至高達接近260ω•cm2，完全滿足了更高性能變壓器鐵芯的使用需求。
具體實施方式
下面對本發明予以詳細描述：
表1為本發明各實施例及對比例的組分取值列表；
表2為本發明各實施例及對比例的主要工藝參數列表；
表3為本發明各實施例及對比例性能檢測情況列表
本發明各實施例按照以下步驟使用：
1）將磷酸鹽：25~45%，矽溶膠：25~45%，鉻酸鹽：6~20%，硼酸鹽：2~10%，氫氧化物：1~5%與5~40%純水進行攪拌至塗液狀，控制攪拌時間在2~4個小時；
2）進行塗布，控制塗液溫度在30~45℃；控制塗敷量在5.5-10g/m2；
3）對經塗敷後的鋼帶進行去應力退火，退火溫度不低於900℃，退火時間在1.5-3分鐘。
提示：
表1本發明各實施例及對比例化學成分取值列表（wt%）
註：需要說明的是矽溶膠及氫氧化物的粒度在各自所限定的範圍內即可。
表2本發明各實施例及對比例主要工藝參數列表
表3為本發明各實施例及對比例力學性能檢測情況列表
耐腐蝕試驗條件：中性鹽霧中經8小時後，其紅鏽腐蝕所佔面積%）。
從表3可以看出，按本發明所配製的塗液塗布在鋼板上後，鋼板表面質量優良，層間電阻普遍大於80ω•cm2，耐腐蝕性優良，經8小時鹽霧實驗後，表面腐蝕面積低於2%。
上述實施例僅為最佳例舉，而並非是對本發明的實施方式的限定。