無取向硅鋼用三價鉻絕緣涂液的制備及性能研究

顧祥宇， 陳 祥， 王興原

（山西太鋼技術中心硅鋼室， 山西 太原 030003）

無取向硅鋼用三價鉻絕緣涂液的制備及性能研究

顧祥宇， 陳 祥， 王興原

（山西太鋼技術中心硅鋼室， 山西 太原 030003）

介紹了一種無取向硅鋼三價鉻應用現(xiàn)狀，研究了絕緣涂層的研發(fā)與制備流程，并對其基本性能進行檢測分析。結(jié)果表明：該三價鉻絕緣涂液從制造到使用直至最終產(chǎn)品過程，均無六價鉻存在，是環(huán)保性能優(yōu)秀的絕緣涂液；通過合理控制涂層工藝，可以生產(chǎn)出質(zhì)量良好的硅鋼產(chǎn)品；其各項性能與常見六價鉻絕緣涂層相當或更優(yōu)，可以滿足用戶需求。

無取向硅鋼 三價鉻 半有機涂層 氫氧化鉻

無取向硅鋼廣泛用作電機、變壓器和壓縮機等領域。為防止鐵芯疊片間發(fā)生短路而增大渦流損耗，需要在冷軋無取向電工鋼板表面涂覆絕緣涂層。由于各種領域不同種類鐵芯的使用工況條件不同，無取向電工鋼絕緣涂層不僅要有良好的絕緣性，而且還需有良好的沖片性、附著性、焊接性、耐熱性、耐腐蝕性等[1]。無取向電工鋼絕緣涂層包括有機涂層、無機涂層和半有機涂層三大類[2]。

1 三價鉻涂液應用現(xiàn)狀

目前國內(nèi)應用較廣泛的主要是含六價鉻的半有機絕緣涂液涂敷到無取向硅鋼表面制成的涂層，如武鋼T4、鞍鋼TM4、寶鋼A、太鋼G2涂層等；以及部分環(huán)保絕緣涂液形成的涂層，如馬鋼M21、太鋼H5涂層等。兩種類型的涂層各有優(yōu)缺點，六價鉻涂液制成的涂層性能優(yōu)異，但是涂液在配制和使用過程中，因其含有大量劇毒的Cr6+，對環(huán)境造成很大的破壞，在環(huán)保要求日益嚴格的趨勢下，勢必逐步退出市場；環(huán)保涂層安全且污染很小，但其性能與六價鉻涂層相比還有明顯差異。本文研究的三價鉻半有機絕緣涂液可以兼顧六價鉻半有機絕緣涂液和環(huán)保涂液的優(yōu)點，既不含Cr6+等有毒物質(zhì)，達到國家環(huán)保的要求，又能達到目前六價鉻涂液所具有優(yōu)良的附著性、防銹性、耐熱性、耐堿性等。目前國內(nèi)外還沒有無取向硅鋼用三價鉻絕緣涂液方面的相關報道。

2 三價鉻涂液開發(fā)

2.1 涂液配方設計

根據(jù)無取向硅鋼對涂層的性能要求以及用戶使用特點，并結(jié)合文獻資料的技術分析，設計了一種半有機含鉻絕緣涂料。配方中以磷酸-鉻-鋁-鎂的復合鹽為主要成分，加入丙烯酸樹脂，并采用乙二醇作為還原劑以及三價鉻的保護劑，以避免三價鉻向六價鉻的轉(zhuǎn)化；同時，乙二醇可以降低涂液的表面張力，有利于涂敷時涂液的流平，可有效消除表面涂敷條紋。

2.2 涂液的制備

根據(jù)三價鉻絕緣涂液的配方設計，確定了三價鉻絕緣涂液的制備方法及相關的工藝參數(shù)。具體步驟如下：

將磷酸用少量純水進行稀釋；加熱至50～60℃時，加入氫氧化鋁，使其完全溶解；待溶液冷卻到50℃以下，加入氧化鎂；加入氫氧化鉻，溶于溶液中；加入適量的乙二醇，并使涂液溫度達到40℃保持15min；加適量純水調(diào)節(jié)黏度，涂液完全冷卻后，混合一定比例的丙烯酸樹脂；最后根據(jù)需要加入少量流平劑、消泡劑等助劑，即完成涂液配制。

2.3 涂液的性能

三價鉻涂液配制完成后，實驗室檢測性能見下頁表1。

三價鉻涂液由于不含強氧化性的Cr6+，因此保質(zhì)期較長。密閉存放20天后，經(jīng)實驗室涂敷試驗，性能無明顯變化。其無機組分可以長期存放，放置6個月后仍不影響使用。故實際應用中，可先生產(chǎn)出無機部分產(chǎn)品，使用前再加入丙烯酸樹脂及助劑。

表1 三價鉻涂液的性能

3 三價鉻絕緣涂層工藝開發(fā)

3.1 涂層工藝流程

涂層工藝流程包括電工鋼基板預處理(堿洗、電解清洗，水洗、熱風干燥等)、退火、涂料涂敷、涂層干燥固化及冷卻等，三價鉻絕緣涂層的應用工藝流程如圖1所示。

圖1 三價鉻涂層應用工藝流程

硅鋼冷軋卷從入口出來后，進入堿洗段，經(jīng)過堿噴洗、堿刷洗、電解清洗等，將冷軋硅鋼表面的軋制油、雜物清洗干凈；經(jīng)熱風干燥后，進入退火爐，完成脫碳退火；鋼帶經(jīng)過冷卻、熱風干燥后進入三輥式涂層機，先后完成上下表面涂料的涂覆，隨后進入涂層爐進行涂層的干燥、燒結(jié)固化；通過空氣噴射冷卻使鋼帶溫度降至接近室溫后，進入出口活套。

3.2 涂層工藝控制

三價鉻絕緣涂層生產(chǎn)中，在高速生產(chǎn)線（機組速度為130 m/min）使用中，影響涂層質(zhì)量的關鍵工藝如表2所示。通過對下述工藝參數(shù)的合理控制，可以生產(chǎn)出表面質(zhì)量良好的三價鉻涂層產(chǎn)品。

4 三價鉻絕緣涂層性能評價

4.1 耐熱性

模仿用戶去應力退火工藝：樣片疊緊壓實，平放在電阻爐中，通入氮氣，升溫至400℃，保溫30 min，然后升溫至750℃，保溫120 min，之后關閉電源，樣片隨爐冷卻至室溫取出。去應力退火前后表面情況如圖2所示，去應力退火前后涂層性能檢測情況見表3。

表2 高速生產(chǎn)中影響涂層質(zhì)量的關鍵工藝參數(shù)

圖2 去應力退火前后表面情況

由表3所示，該涂層的耐熱性優(yōu)秀，在氮氣保護下的熱處理完全滿足使用需求。

表3 去應力退火前后涂層性能檢測情況

4.2 防銹性

選取固化完全的樣片進行評價。鹽霧實驗條件：在35℃下，用濃度為5%的NaCl溶液連續(xù)噴霧5 h，然后抽干30 min。取出后用清水沖去表面鹽漬，觀察銹蝕面積。該涂層樣品經(jīng)過實驗，銹蝕面積小于5%，除表面劃傷部位及邊緣外基本無銹蝕（見下頁圖 3）。

4.3 耐堿性及耐溶性

將常用的堿性沖剪液配制成5%濃度的溶液，將液體滴在樣片表面，然后把另一樣片放在上面蓋住液滴，存放24 h后觀察表面情況。

24 h后，上下兩樣片表面仍有部分堿液殘留，擦拭干凈后涂層表面均無變化?？梢娫撏繉訉τ趬A性沖剪液的耐受程度較好。

酒精與丙酮直接滴在樣片表面，3 min后擦拭干凈，觀察涂層表面情況，未發(fā)現(xiàn)溶脹、脫落現(xiàn)象。樣片部分浸入蒸餾水中24 h，取出后未發(fā)現(xiàn)涂層有破壞痕跡。

4.4 光澤度、附著性和鉛筆硬度

使用光澤度儀測量涂層樣片光澤度，與現(xiàn)用G2涂層進行對比，結(jié)果見表4。

圖3 鹽霧試驗后表面情況

可見試驗樣片的光澤度、硬度、附著性均與現(xiàn)在常見的六價鉻涂層相當。

表4 與G2涂層對比光澤度、附著性和鉛筆硬度檢測情況

5 結(jié)論

1）該三價鉻絕緣涂液是一種由磷酸—鉻—鋁—鎂的復合鹽、丙烯酸樹脂及少量乙二醇組成的半有機絕緣涂料，從制造到使用直至最終產(chǎn)品過程，均無六價鉻存在，是環(huán)保性能優(yōu)秀的絕緣涂液。

2）在正常運行的生產(chǎn)線上進行試驗，工藝速度130 m/min，通過合理控制鋼材基板表面質(zhì)量，涂敷機輥隙，烘干工藝等參數(shù)，可以生產(chǎn)出表面質(zhì)量良好的硅鋼產(chǎn)品。

3）應用該三價鉻絕緣涂液生產(chǎn)的硅鋼產(chǎn)品，其各項性能均與常見六價鉻絕緣涂層相當或更優(yōu)，可以滿足用戶需求。

[1] 何忠治.電工鋼[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1997．

[2] Lindenmo M,Coombs A.Advantages.Properties and Types of Coatings on Non-oriented Electrical Steels[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials，2000，215/216：79-82．

（編輯：王瑾）

Study on Preparation and Properties of Trivalent Chromium Insulating Coating for Non-oriented Silicon Steel

Gu Xiangyu,Chen Xiang,Wang Xingyuan
（Silicon Steel Room of Shanxi Taigang Technology Center,Taiyuan Shanxi 030003）

This paper introduces the application status of non-oriented silicon steel trivalent chromium coating and studies the research and preparation process of insulating coating.And its basic performance is tested and analyzed.The results show that there is no hexavalent chromium from manufacturing to use until the final product process of the trivalent chromium coating liquid insulation,which is insulation coating liquid with excellent environmental performance.By reasonable control coating process,silicon steel products with good quality can be produced.Its various performance are equivalent to or better than those of common hexavalent chromium insulation coating,which can meet the demand of users.

non-oriented silicon steel,trivalent chromium,semi-organic coating,chromic hydroxide

TG178

A

1672-1152（2017）04-0041-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.16

2017-06-06

顧祥宇（1981—），男，本科，畢業(yè)于大連理工大學，助理工程師，主要從事硅鋼涂層及其他鋼鐵用涂層的研究、應用及檢驗。