CN103692726B - 无铬绝缘涂层电工钢带及其生产方法 - Google Patents

无铬绝缘涂层电工钢带及其生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无铬绝缘涂层电工钢带，包括表面凹凸不平的钢带基体，在钢带基体的表面氧化形成一层硅氧化物膜，该硅氧化物膜渗入钢带基体表面的凹陷中，在硅氧化物膜的表面覆盖有一层SiO2和Fe的混合物膜，在所述SiO2和Fe的混合物膜外涂覆有一层含硅无铬绝缘涂层。以及一种上述无铬绝缘涂层电工钢带的生产方法，取表面粗糙度控制工序前的钢带用毛化辊冷轧、然后用含硅脱脂液电解脱脂，再退火处理，最后辊涂含硅无铬绝缘涂层。从而提供了一种无毒害、无铬绝缘层附着牢固、不易脱落的无铬绝缘涂层电工钢带，及其生产方法，具有生产容易、生产成本低等特点。

Description

无铬绝缘涂层电工钢带及其生产方法
技术领域
本发明属于电工钢技术领域，具体地讲，特别涉及一种无铬绝缘涂层电工钢带及其生产方法。
背景技术
目前，无取向电工钢带是电机使用的主要电磁材料，其表面须涂敷涂层以达到绝缘的作用。长期以来，电工钢带表面所用的涂层都是含有铬酸盐成分的。主要是因为六价铬酸盐可以被还原成三价铬酸盐，在这一反应过程中发生聚合作用，分子之间相互吸引，形成不溶于水的绝缘涂膜，不仅能满足电工钢涂层的附着性等各种需求，而且产品的耐蚀性好。
但是，铬是欧盟环保标准严格限制的元素，铬对人体有严重的毒害作用，对皮肤、呼吸道、眼睛、胃肠道均有伤害，六价铬还有致癌作用。使用含铬的涂层液，无论是在生产过程中，还是在使用过程中，甚至是废弃物处理过程中对人体、对环境都会带来影响。为了克服含铬涂层对环境和人们健康带来的影响，国内外的从业人员做了大量的研究工作，纷纷研制成了各种无铬成分的涂层，但由于无铬涂层缺少了含铬成分所具有的聚合作用，成膜性能不好，与钢带基体的附着力不好，在产品进行冲裁时，冲片的边缘部分会产生涂层脱落现象，使叠装后的层间电阻下降，进而使得铁损上升，节能性变差。因而未得到实质性的大面积使用，大多停留在实验或小批量试制阶段。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一在于提供一种无铬绝缘层不易脱落的无铬绝缘涂层电工钢带。
本发明解决技术问题之一的技术方案如下：一种无铬绝缘涂层电工钢带，包括钢带基体（1），所述钢带基体（1）的表面凹凸不平，在所述钢带基体（1）的表面覆盖一层硅氧化物膜（2），所述硅氧化物膜（2）渗入钢带基体（1）表面的凹陷中，在所述硅氧化物膜（2）的表面覆盖有一层SiO2和Fe的混合物膜（3），在所述SiO2和Fe的混合物膜（3）外涂覆有一层含硅无铬绝缘涂层（4）。
所述钢带基体（1）的表面粗糙度为Re=0.4-0.8um。
所述硅氧化物膜（2）的重量为8-12mg/m2，所述SiO2和Fe的混合物膜（3）的重量为10-20mg/m2，所述含硅无铬绝缘涂层（4）的重量为0.8-1.2g/m2。
本发明所要解决的技术问题之二在于提供一种绝缘层不易脱落的无铬绝缘涂层电工钢带的生产方法。
本发明解决技术问题之二的技术方案如下：
一种无铬绝缘涂层电工钢带的生产方法，取表面粗糙度控制工序前的钢带进行以下步骤，
步骤一、用毛化辊对钢带进行冷轧，使其表面凹凸不平，所用毛化辊的粗糙度为0.8-1.5um；
步骤二、将钢带浸入含硅脱脂液内，并在钢带上下设置电极，通直流电，其中含硅脱脂液由溶质和溶剂按重量1:30配制而成，其中溶剂为蒸馏水，所述溶质各组分的重量份如下：40-50份碳酸钠、30-35份硅酸钠、20-25份氢氧化钠、2-3份柠檬酸钠、1-1.5份木质素磺酸钠、1-1.5份C10脂肪醇乙氧基化合物、0.8-1.2份乙二醇；
步骤三、将钢带放入退火炉内退火，退火包含以下四个阶段，
第一阶段，微氧化加热阶段，空气和天然气混合后直喷到钢带表面燃烧，炉内温度由常温上升到650℃-680℃，并且炉气中O2的体积百分量为3%-8%；
第二阶段，湿气氛加热阶段，采用间接加热法，天然气和空气混合后在辐射管内燃烧，通过辐射管使炉内温度上升到850℃-880℃，并且炉气组成为体积18%-48%的H2、48%-80%的N2和2%-4%的H2O；
第三阶段，干气氛保温阶段，采用间接加热保温法，天然气和空气混合后在辐射管内燃烧，通过辐射管使炉内温度保持在850℃-880℃，并且炉气组成为体积20%-50%的H2、50%-80%的N2；
第四阶段，冷却到常温，炉气组成为体积0-5%的H2、85%-100%的N2；
步骤四：在钢带表面辊涂含硅无铬绝缘涂层液，并烧结冷却，所述含硅无铬绝缘涂层液由溶质和溶剂按重量1:5配制而成，其中溶剂为蒸馏水，所述溶质各组分的重量份如下：20-40份Al（H2PO4）3、5-15份H3BO3、2-7份ZnO、20-30份Na2O·SiO2、15-25份MgTiO3、5-10份C2H6O2和15-25份水溶性环氧树脂。
本发明通过控制钢带的表面粗糙度，使钢带基体表面凹凸不平，并调整脱脂液的成分为一种含硅酸钠的脱脂液，从而在充分将凹凸不平的凹陷中的油污完全脱脂的同时取而代之的是在凹凸不平的钢带基体表面覆盖一层硅氧化物膜，该层硅氧化物膜渗入钢带基体表面的显微凹陷中，使该层硅氧化物膜与钢带基体之间既有机械铆合作用，又有极性键的相互吸引作用，从而使该层硅氧化物膜与钢带基体紧密地结合在一起。然后将钢带放入退火炉中退火，在退火的微氧化加热阶段，氧气使钢带表层、尤其是显微凸起中的铁元素和硅元素氧化，形成含有铁氧化物和硅氧化物的混合物；在退火的湿气氛加热阶段，炉气中的水使钢带基体中的硅元素继续氧化，使硅氧化物在极性键的作用下聚集，将钢带基体表面的铁氧化物与钢带基体隔离；在干气氛保温阶段，炉气中的氢气将外层的铁氧化物还原成铁，从而在硅氧化物膜的表面形成SiO2和Fe的混合物膜，该SiO2和Fe的混合物膜内没有疏松的氧化铁，并且经过高温该SiO2和Fe的混合物膜与紧挨钢带基体的硅氧化物膜融合，不仅组织致密、而且具有良好的韧性，能够产生弹性和塑性变形。最后在SiO2和Fe的混合物膜外辊涂含硅无铬绝缘涂层，该含硅无铬绝缘涂层中的硅胶体能将涂抹的固态成分络合成韧性好的涂膜，并且该硅胶体与SiO2和Fe的混合物膜和硅氧化物膜靠极性键相互吸引，使其有机地附着于钢带基体上，在冲裁或者弯折时都不会脱落，该含硅无铬绝缘涂层的附着性达A级。并且，所述含硅无铬绝缘涂层中不含有铬，使最终产品中Cr6+的含量≤1000ppm。
有益效果：本发明提供了一种无毒害、无铬绝缘层附着牢固、不易脱落的无铬绝缘涂层电工钢带，以及一种该无铬绝缘涂层电工钢带的生产方法，具有生产容易、生产成本低等特点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：
如图1所示，一种无铬绝缘涂层电工钢带，包括钢带基体1，硅氧化物膜2、SiO2和Fe的混合物膜3和含硅无铬绝缘涂层4，其中，钢带基体1的表面凹凸不平，并且钢带基体1的表面粗糙度为Re=0.4-0.8um，本实施例选所述钢带基体1表面的粗糙度为0.4um。在所述钢带基体1的表面覆盖一层硅氧化物膜2，双面所述硅氧化物膜2的重量为8-12mg/m2，本实施例中双面所述硅氧化物膜2的重量为8mg/m2，所述硅氧化物膜2渗入钢带基体1表面的凹陷中。在所述硅氧化物膜2的表面覆盖有一层SiO2和Fe的混合物膜3，双面所述SiO2和Fe的混合物膜3的重量为10-20mg/m2，本实施例中双面所述SiO2和Fe的混合物膜3的重量为10mg/m2。在所述SiO2和Fe的混合物膜3外涂覆有一层含硅无铬绝缘涂层4，双面所述含硅无铬绝缘涂层4的重量为0.8-1.2g/m2，本实施例中双面所述含硅无铬绝缘涂层4的重量为0.8g/m2。并且，该含硅无铬绝缘涂层4的附着性达A级，该无铬绝缘涂层电工钢带在中性盐雾试验5小时后，锈蚀≤5%、层间电阻≥200Ω·mm2。
实施例2：
如图1所示，一种无铬绝缘涂层电工钢带，包括钢带基体1，硅氧化物膜2、SiO2和Fe的混合物膜3和含硅无铬绝缘涂层4，其中，钢带基体1的表面凹凸不平，并且钢带基体1的表面粗糙度为Re=0.4-0.8um，本实施例选所述钢带基体1表面的粗糙度为0.8um。在所述钢带基体1的表面覆盖一层硅氧化物膜2，双面所述硅氧化物膜2的重量为8-12mg/m2，本实施例中双面所述硅氧化物膜2的重量为12mg/m2，所述硅氧化物膜2渗入钢带基体1表面的凹陷中。在所述硅氧化物膜2的表面覆盖有一层SiO2和Fe的混合物膜3，双面所述SiO2和Fe的混合物膜3的重量为10-20mg/m2，本实施例中双面所述SiO2和Fe的混合物膜3的重量为20mg/m2。在所述SiO2和Fe的混合物膜3外涂覆有一层含硅无铬绝缘涂层4，双面所述含硅无铬绝缘涂层4的重量为0.8-1.2g/m2，本实施例中双面所述含硅无铬绝缘涂层4的重量为1.2g/m2。并且，该含硅无铬绝缘涂层4的附着性达A级，该无铬绝缘涂层电工钢带在中性盐雾试验5小时后，锈蚀≤5%、层间电阻≥200Ω·mm2。
实施例3：
如图1所示，一种无铬绝缘涂层电工钢带，包括钢带基体1，硅氧化物膜2、SiO2和Fe的混合物膜3和含硅无铬绝缘涂层4，其中，钢带基体1的表面凹凸不平，并且钢带基体1的表面粗糙度为Re=0.4-0.8um，本实施例选所述钢带基体1表面的粗糙度为0.6um。在所述钢带基体1的表面覆盖一层硅氧化物膜2，双面所述硅氧化物膜2的重量为8-12mg/m2，本实施例中双面所述硅氧化物膜2的重量为11mg/m2，所述硅氧化物膜2渗入钢带基体1表面的凹陷中。在所述硅氧化物膜2的表面覆盖有一层SiO2和Fe的混合物膜3，双面所述SiO2和Fe的混合物膜3的重量为10-20mg/m2，本实施例中双面所述SiO2和Fe的混合物膜3的重量为18mg/m2。在所述SiO2和Fe的混合物膜3外涂覆有一层含硅无铬绝缘涂层4，双面所述含硅无铬绝缘涂层4的重量为0.8-1.2g/m2，本实施例中双面所述含硅无铬绝缘涂层4的重量为1.0g/m2。并且，该含硅无铬绝缘涂层4的附着性达A级，该无铬绝缘涂层电工钢带在中性盐雾试验5小时后，锈蚀≤5%、层间电阻≥200Ω·mm2。
实施例4：
一种无铬绝缘涂层电工钢带的生产方法，取经过热轧、冷轧之后，表面粗糙度控制工序之前的钢带进行以下步骤：
步骤一、用毛化辊对钢带进行冷轧，使其表面凹凸不平，所用毛化辊的粗糙度为0.8-1.5um，本实施例中毛化辊的粗糙度为0.8um。
步骤二、将钢带浸入含硅脱脂液内，并在钢带上下设置电极，通直流电。
其中，含硅脱脂液由溶质和溶剂按重量1:30配制而成，其中溶剂为蒸馏水，所述溶质各组分的重量份如下：
组分 重量份
碳酸钠 40份
硅酸钠 30份
氢氧化钠 20份
柠檬酸钠 2份
木质素磺酸钠 1份
C10脂肪醇乙氧基化合物 1份
乙二醇 0.8份
步骤三、将钢带放入退火炉内退火，退火包含以下四个阶段：
第一阶段，微氧化加热阶段，空气和天然气混合后直喷到钢带表面，炉内温度由常温上升到650-680℃，本实施例中此阶段退火炉内温度由常温上升到650℃，炉气组成为O2、CO2、H2O和N2，并且炉气中O2的体积百分量为3%。
第二阶段，湿气氛加热阶段，采用间接加热法，天然气和空气混合后在辐射管内燃烧，通过辐射管使炉内温度上升到850℃-880℃，本实施例中此阶段退火炉内温度上升到850℃，并且炉气组成为体积18%-48%的H2、48%-80%的N2和2%-4%的H2O。
第三阶段，干气氛保温阶段，采用间接加热保温法，天然气和空气混合后在辐射管内燃烧，通过辐射管使炉内温度保持在850℃，并且炉气组成为体积20%-50%的H2和50%-80%的N2。
第四阶段，冷却到常温，炉气组成为体积0-5%的H2和85%-100%的N2。
步骤四：在钢带表面辊涂含硅无铬绝缘涂层液，并烧结冷却。所述含硅无铬绝缘涂层液由溶质和溶剂按重量1:5配制而成，其中溶剂为蒸馏水。所述溶质各组分的重量份如下：
组分 重量份
Al（H2PO4）3 20份
H3BO3 5份
ZnO 2份
Na2O·SiO2 20份
MgTiO3 15份
C2H6O2 5份
水溶性环氧树脂 15份
实施例5：
一种无铬绝缘涂层电工钢带的生产方法，取经过热轧、冷轧之后，表面粗糙度控制工序之前的钢带进行以下步骤：
步骤一、用毛化辊对钢带进行冷轧，使其表面凹凸不平，所用毛化辊的粗糙度为0.8-1.5um，本实施例中毛化辊的粗糙度为1.5um。
步骤二、将钢带浸入含硅脱脂液内，并在钢带上下设置电极，通直流电。
其中，含硅脱脂液由溶质和溶剂按重量1:30配制而成，其中溶剂为蒸馏水，所述溶质各组分的重量份如下：
组分 重量份
碳酸钠 50份
硅酸钠 35份
氢氧化钠 25份
柠檬酸钠 3份
木质素磺酸钠 1.5份
C10脂肪醇乙氧基化合物 1.5份
乙二醇 2份
步骤三、将钢带放入退火炉内退火，退火包含以下四个阶段：
第一阶段，微氧化加热阶段，空气和天然气混合后直喷到钢带表面，炉内温度由常温上升到650-680℃，本实施例中炉内温度上升到680℃，炉气组成为O2、CO2、H2O和N2，并且炉气中O2的体积百分量为8%。
第二阶段，湿气氛加热阶段，采用间接加热法，天然气和空气混合后在辐射管内燃烧，通过辐射管使炉内温度上升到850℃-880℃，本实施例中炉内温度上升到880℃，并且炉气组成为体积18%-48%的H2、48%-80%的N2和2%-4%的H2O。
第三阶段，干气氛保温阶段，采用间接加热保温法，天然气和空气混合后在辐射管内燃烧，通过辐射管使炉内温度保持在880℃，并且炉气组成为体积20%-50%的H2和50%-80%的N2。
第四阶段，冷却到常温，炉气组成为体积0-5%的H2和85%-100%的N2。
步骤四：在钢带表面辊涂含硅无铬绝缘涂层液，并烧结冷却。所述含硅无铬绝缘涂层液由溶质和溶剂按重量1:5配制而成，其中溶剂为蒸馏水。所述溶质各组分的重量份如下：
组分 重量份
Al（H2PO4）3 40份
H3BO3 15份
ZnO 7份
Na2O·SiO2 30份
MgTiO3 25份
C2H6O2 10份
水溶性环氧树脂 25份
实施例6：
一种无铬绝缘涂层电工钢带的生产方法，取经过热轧、冷轧之后，表面粗糙度控制工序之前的钢带进行以下步骤：
步骤一、用毛化辊对钢带进行冷轧，使其表面凹凸不平，所用毛化辊的粗糙度为0.8-1.5um，本实施中毛化辊的粗糙度为1.2um。
步骤二、将钢带浸入含硅脱脂液内，并在钢带上下设置电极，通直流电。其中，含硅脱脂液由溶质和溶剂按重量1:30配制而成，其中溶剂为蒸馏水，所述溶质各组分的重量份如下：
组分 重量份
碳酸钠 45份
硅酸钠 33份
氢氧化钠 22份
柠檬酸钠 2.5份
木质素磺酸钠 1.2份
C10脂肪醇乙氧基化合物 1.2份
乙二醇 1份
步骤三、将钢带放入退火炉内退火，退火包含以下四个阶段：
第一阶段，微氧化加热阶段，空气和天然气混合后直喷到钢带表面，炉内温度由常温上升到650-680℃，本实施例中本阶段退火炉内温度由常温上升到665℃，炉气组成为O2、CO2、H2O和N2，并且炉气中O2的体积百分量为5%。
第二阶段，湿气氛加热阶段，采用间接加热法，天然气和空气混合后在辐射管内燃烧，通过辐射管使炉内温度上升到850℃-880℃，本实施例中此阶段退货率内温度上升到870℃，并且炉气组成为体积18%-48%的H2、48%-80%的N2和2%-4%的H2O。
第三阶段，干气氛保温阶段，采用间接加热保温法，天然气和空气混合后在辐射管内燃烧，通过辐射管使炉内温度保持在870℃，并且炉气组成为体积20%-50%的H2和50%-80%的N2。
第四阶段，冷却到常温，炉气组成为体积0-5%的H2和85%-100%的N2。
步骤四：在钢带表面辊涂含硅无铬绝缘涂层液，并烧结冷却。所述含硅无铬绝缘涂层液由溶质和溶剂按重量1:5配制而成，其中溶剂为蒸馏水。所述溶质各组分的重量份如下：
组分 重量份
Al（H2PO4）3 30份
H3BO3 8份
ZnO 5份
Na2O·SiO2 25份
MgTiO3 20份
C2H6O2 7份
水溶性环氧树脂 20份

Claims (4)

1.一种无铬绝缘涂层电工钢带，包括钢带基体(1)，其特征在于：所述钢带基体(1)的表面凹凸不平，在所述钢带基体(1)的表面覆盖一层硅氧化物膜(2)，所述硅氧化物膜(2)渗入钢带基体(1)表面的凹陷中，在所述硅氧化物膜(2)的表面覆盖有一层SiO2和Fe的混合物膜(3)，在所述SiO2和Fe的混合物膜(3)外涂覆有一层含硅无铬绝缘涂层(4)。
2.根据权利要求1所述的无铬绝缘涂层电工钢带，其特征在于：所述钢带基体(1)的表面粗糙度为Re＝0.4-0.8μm。
3.根据权利要求1或2所述的无铬绝缘涂层电工钢带，其特征在于：所述硅氧化物膜(2)的重量为8-12mg/m2，所述SiO2和Fe的混合物膜(3)的重量为10-20mg/m2，所述含硅无铬绝缘涂层(4)的重量为0.8-1.2g/m2。
4.一种如权利要求1-3任一所述无铬绝缘涂层电工钢带的生产方法，其特征在于：取表面粗糙度控制工序前的钢带进行以下步骤，
步骤一、用毛化辊对钢带进行冷轧，使其表面凹凸不平，所用毛化辊的粗糙度为0.8-1.5μm；
步骤二、将钢带浸入含硅脱脂液内，并在钢带上下设置电极，通直流电，其中含硅脱脂液由溶质和溶剂按重量1:30配制而成，其中溶剂为蒸馏水，所述溶质各组分的重量份如下：40-50份碳酸钠、30-35份硅酸钠、20-25份氢氧化钠、2-3份柠檬酸钠、1-1.5份木质素磺酸钠、1-1.5份C10脂肪醇乙氧基化合物、0.8-1.2份乙二醇；
步骤三、将钢带放入退火炉内退火，退火包含以下四个阶段，
第一阶段，微氧化加热阶段，空气和天然气混合后直喷到钢带表面，炉内温度由常温上升到650-680℃，并且炉气中O2的体积百分量为3-8％；
第二阶段，湿气氛加热阶段，采用间接加热法，天然气和空气混合后在辐射管内燃烧，通过辐射管使炉内温度上升到850℃-880℃，并且炉气组成为体积18％-48％的H2、48％-80％的N2和2％-4％的H2O；
第三阶段，干气氛保温阶段，采用间接加热保温法，天然气和空气混合后在辐射管内燃烧，通过辐射管使炉内温度保持在850℃-880℃，并且炉气组成为体积20％-50％的H2、50％-80％的N2；
第四阶段，冷却到常温，炉气组成为体积0-5％的H2、85％-100％的N2；
步骤四：在钢带表面辊涂含硅无铬绝缘涂层液，并烧结冷却，所述含硅无铬绝缘涂层液由溶质和溶剂按重量1:5配制而成，其中溶剂为蒸馏水，所述溶质各组分的重量份如下：20-40份Al(H2PO4)3、5-15份H3BO3、2-7份ZnO、20-30份Na2O·SiO2、15-25份MgTiO3、5-10份C2H6O2和15-25份水溶性环氧树脂。
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