CN111542576B - 电工钢板粘合涂覆组合物、电工钢板产品及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一实施例的电工钢板粘合涂覆组合物以全部固形物100重量%为基准,包括:平均粒径为10~300nm的树脂20~40重量%;与树脂结合的无机纳米粒子10~35重量%;金属磷酸盐10~30重量%及磷酸10~40重量%。本发明一实施例的电工钢板产品包括多个电工钢板及位于多个电工钢板之间的粘合层,粘合层包括:Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上金属:0.5~30重量%、N:0.1~10重量%、C:0.1~5重量%、P:1~30重量%、Si及Ti中的一种以上金属:10~30重量%;及余量的O。
Description
技术领域
本发明涉及一种电工钢板粘合涂覆组合物(ADHESIVE COATING COMPOSITION FORELECTRICAL STEEL SHEET)、电工钢板产品(ELECTRICAL STEEL SHEET PRODUCT)及其制造方法(METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME)。具体地,涉及一种通过控制电工钢板粘合涂覆组合物成分及在电工钢板之间形成的粘合层成分来提高电工钢板之间的粘结力的电工钢板粘合涂覆组合物、电工钢板产品及其制造方法。
背景技术
无取向电工钢板为在轧制板上的所有取向上具有均匀磁特性的钢板,广泛应用于电机、发电机的铁芯、电动机及小型变压器等。
电工钢板可分为两种形式,即分为在冲压加工后为了提高磁特性需要实施去应力退火(SRA)的形式;及当热处理经费损失大于去应力退火带来的磁特性效果时省略去应力退火的形式。
绝缘皮膜为在电机、发电机的铁芯、电动机及小型变压器等产品的最终制造工艺中被涂覆的皮膜,通常需要一种抑制涡电流的电特性。除此之外,还需要连续的冲压加工性,耐粘性及表面紧贴性等。连续冲压加工性是指在以规定形状冲压加工后层叠多层来制造铁芯时,抑制模具磨损的能力。耐粘性是指在通过去除钢板的加工应力来回复磁特性的去应力退火过程后,铁芯钢板间不紧贴的能力。
除了这些基本特性外,还要求涂覆溶液的优异涂覆作业性和配合后可长时间使用的溶液稳定性等。这种绝缘皮膜只有采用焊接、夹紧或互锁等额外的连接方法,才能够制造出电工钢板产品。
在以往的连接方法中使用的涂覆组合物以无机物作为基础,其中需要含有部分有机物,从而满足绝缘性、加工性、耐腐蚀性、耐候性及耐热性等的基本表面品质。然而,粘合涂覆组合物除了上述基本表面品质外,还要求热熔接性。为了确保热熔接性,需在涂覆组合物中增加有机物的组分比例,且越增加有机物的组分比例越在应力缓和退火后降低结合力,因此粘合涂覆组合物应由需要确保热熔接性和连接能力的组分来构成。
发明内容
本发明的一实施例提供一种电工钢板粘合涂覆组合物、电工钢板产品及其制造方法。具体地,提供一种通过控制电工钢板粘合涂覆组合物成分及在电工钢板之间形成的粘合层成分来提高电工钢板之间的粘结力的电工钢板粘合涂覆组合物、电工钢板产品及其制造方法。
本发明一实施例的电工钢板粘合涂覆组合物包括:以全部固形物100重量%为基准,平均粒径为10~300nm的树脂20~40重量%;与树脂结合的无机纳米粒子10~35重量%;金属磷酸盐10~30重量%;及磷酸10~40重量%。
无机纳米粒子包括SiO2及TiO2中的一种以上,金属磷酸盐包括Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上金属。
无机纳米粒子可包括SiO2。
金属磷酸盐可包括Al。
本发明一实施例的电工钢板产品包括:多个电工钢板;及位于所述多个电工钢板之间的粘合层,所述粘合层包括在Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上金属:0.5~30重量%、N:0.1~10重量%、C:0.1~5重量%、P:1~30重量%、Si及Ti中的一种以上金属:10~30重量%;及余量的O。
Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上金属可为Al。
Si及Ti中的一种以上金属可为Si。
在粘合层中,相对于粘合层的剖面面积,气孔所占面积的分率可为10~70%。
粘合层的厚度可为0.5~40μm。
气孔的平均直径可为粘合层厚度的20%以下。
所述电工钢板产品可进一步包括:位于电工钢板及粘合层之间的氧化层。
氧化层可包括Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上金属:1~20重量%、N:0.1~10重量%、C:0.1重量%以下、P:10~40重量%、Si及Ti中的一种以上金属:5~30重量%;及余量的O。
在氧化层中,相对于氧化层的剖面面积,气孔所占面积的分率可为10%。气孔的平均直径可为氧化层厚度的20%以下。
氧化层的厚度可为10~500nm。
本发明一实施例的电工钢板产品的制造方法包括:准备粘合涂覆组合物的步骤;在电工钢板的表面上涂覆粘合涂覆组合物后进行固化而形成粘合涂覆层的步骤;层叠形成有粘合涂覆层的多个电工钢板并进行热熔接来形成热熔接层的步骤;及对热熔接后的电工钢板产品进行去应力退火来形成粘合层的步骤。
根据本发明的一实施例,可通过控制电工钢板粘合涂覆组合物成分及在电工钢板之间形成的粘合层成分来提高电工钢板之间的粘结力。
根据本发明的一实施例,可通过控制在电工钢板之间形成的粘合层内的气孔来提高电工钢板之间的粘结力。
根据本发明的一实施例,在不使用焊接、夹紧或互锁等以往的连接方法的情况下,能够粘合电工钢板,因此电工钢板产品的磁性更为优异。
附图说明
图1为电工钢板产品的模式图。
图2为本发明一实施例的电工钢板产品的剖面的示意图。
图3为本发明另一实施例的电工钢板产品的剖面的示意图。
图4为实施例1所述电工钢板产品的剖面的透射电子显微镜(TransmissionElectron Microscope,TEM)照片。
图5为实施例1所述电工钢板产品的电子探针显微分析(EPMA)中的P元素分析结果。
图6为实施例1所述电工钢板产品的电子探针显微分析(EPMA)中的Si元素分析结果。
图7为实施例1所述电工钢板产品的电子探针显微分析(EPMA)中的O元素分析结果。
具体实施方式
虽然第一、第二及第三等的用语为了说明多个部分、成分、区域、层及/或分段而使用,但并不限于这些。这些用语只是为了将某一部分、成分、区域、层或分段与其他部分、成分、区域、层或分段区别而使用的。因此,下面所描述的第一部分、成分、区域、层或分段在不超出本发明范围的范围之内也用第二部分、成分、区域、层或分段来描述。
在此使用的专业用语只是为了提到特定实施例而提供的,并不是用来限制本发明。在此使用的单数形式在没有明确表示相反含义的情况下也包括复数形式。说明书中使用的“包括”的含义细化了特定的特性、领域、整数、步骤、动作、要素及/或成分,而不排除其他特定的特性、领域、整数、步骤、动作、要素、成分及/或组的存在或附加。
当涉及某部分位于其他部分的“上方”或者“上”时,该某部分可以位于该其他部分的直接上方或上面,或者两者之间可以存在其他部分。与此相对地,当涉及某部分位于其他部分的“直接上方”时,表示两者之间不存在其他部分。
虽然未做额外的定义,将下面使用的技术用语及科学用语包括在内的所有用语具有与本发明所属技术领域的技术人员一般理解的含义相同的含义。在一般使用的词典中定义的用语被补充解释为与相关技术文献和当前公开的内容相符的含义,在没有定义的情况下,不被解释为非常正式的含义。
下面,参照附图详细说明本发明的实施例,以使本发明所属技术领域中具有一般知识的人能够容易实施。但本发明并不局限于在此说明的实施例,可用多种形式实现本发明。
本发明的一实施例中分别提供电工钢板粘合涂覆组合物、电工钢板产品及其制造方法。
本发明一实施例的电工钢板粘合涂覆组合物以全部固形物100重量%为基准,包括:平均粒径为10~300nm的树脂20~40重量%;与树脂结合的无机纳米粒子10~35重量%;金属磷酸盐10~30重量%;及磷酸10~40重量%。本发明一实施例的电工钢板粘合涂覆组合物在不使用焊接、夹紧、互锁等以往的连接方法的情况下,能够粘合(连接)电工钢板。此外,在去应力退火工艺后,也能保持粘结力。在本发明的一实施例中,电工钢板是无取向或取向电工钢板,更为具体地,可为无取向电工钢板。
下面,按各成分具体进行说明。
树脂在后述热压接时形成热压接层,并夹设在电工钢板之间,对电工钢板之间赋予粘结力。如果热压接层不能在电工钢板之间赋予适当的粘结力,则精密层叠的多个电工钢板在工艺过程中会产生错位。当层叠位置产生错位时,会对最终制造的电工钢板产品的品质造成不良影响。通过树脂热压接后,保证了粘结力,从而能够防止层叠的电工钢板的位置错位。
虽然树脂在后述去应力退火步骤中部分被分解,但有一部分会残留,从而对电工钢板之间赋予粘结力。此时,在树脂中,包括芳族烃的树脂为即使在高温下也不会热分解,在去应力退火工艺后,也能够保持粘结力,因此更加优异。
包括芳族烃的树脂是指在主链及/或侧链中包括芳族烃的树脂。具体地,芳族烃可包括选自苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽及苯并芘中的一种以上。
树脂具体可包括选自环氧树脂、硅氧烷树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、苯乙烯树脂、乙烯基树脂、乙烯树脂及聚氨酯树脂中的一种以上。此时,可通过在上述例示的树脂中选择一种或两种以上的混合物来提高热压接层及粘合层的耐热性。换句话说,树脂对改善热压接层、粘合层的绝缘性、耐热性及表面特性等作出贡献。
树脂的重均分子量可为1,000~100,000,数均分子量可为1,000~40,000。关于重均分子量及数均分子量,当小于各自的下限时,可能会降低固化性及强度等粘合涂覆层的物理性质,当超过各自的上限时,可能会发生树脂内相(phase)分离,且可能会降低与金属磷酸盐的相容性。更为具体地,树脂可具有5,000~30,000的重均分子量。
此外,树脂的软化点(Tg)可为30~150℃,固体分率(固形物的含量)可为10~50重量%。当树脂的软化点(Tg)超过120℃时,组合物的粘度过高,可能会降低涂覆作业性。
以粘合涂覆物的固形物100重量%为基准,包括20~40%重量的树脂。当所包括的树脂过少时,可能会产生无法适当地确保热压接层的粘结力的问题。当所包括的树脂过多时,由于树脂在去应力退火步骤中部分被热分解,因此可能会产生无法适当地确保粘合层的粘结力的问题。更为具体地,以粘合涂覆物的固形物100重量%为基准,可包括25~35重量%的树脂。
树脂的平均粒径可为10~300nm。树脂在去应力退火步骤中部分被热分解,被热分解的水溶性树脂所占的空间变为空的空间而形成气孔。树脂的含量及平均粒径将影响到气孔的面积分率及气孔的直径。具体地,当所包括的树脂的含量过多,且树脂的平均粒径过大时,气孔的面积分率较高,且形成的气孔较大,会导致粘合层的稳定性较差,且粘结力较差。当树脂的含量过少,且树脂的平均粒径过小时,气孔的面积分率及气孔的直径较小,且未能适当地包括树脂,会降低热熔接性,即便在去应力退火后,也会降低粘结力。更为具体地,树脂的平均粒径可为30~100nm。
粘合涂覆物包括无机纳米粒子。如上所述,由于有机树脂在去应力退火步骤中部分被热分解,因此仅靠有机树脂难以适当地确保粘合层的粘结力。为了适当地赋予粘合层的粘结力,包括与有机树脂结合的无机纳米粒子。无机纳米粒子将在去应力退火步骤后,赋予粘合层的粘结力。此外,有助于防止金属磷酸盐的沉淀(precipitation)或凝结(agglomeration)现象,且在去应力退火(Stress relief Annealing)后更加优异地表现出表面特性。
如果不将无机纳米粒子结合到有机树脂,而单独添加,则会导致无机纳米粒子之间的凝聚,且不会发生分散。结合到有机树脂的含义是指在无机纳米粒子取代并结合到有机树脂的功能基上。
无机纳米粒子可包括SiO2及TiO2中的一种以上。更为具体地可包括SiO2。
无机纳米粒子的平均粒子大小可为3~50nm。在前述范围内能够确保适当的分散性。
以粘合涂覆物的固形物100重量%为基准,可包括10~35重量%的无机纳米粒子。当未适当包括无机纳米粒子时,在去应力退火后可能会难以适当地确保粘合层的粘结力。更为具体地,可包括15~30重量%的无机纳米粒子。
粘合涂覆物包括金属磷酸盐。在本发明的一实施例中使用的金属磷酸盐包括由Mx(H3PO4)y的化学式来表示的复合金属磷酸盐或由Mx(PO4)y的化学式来表示的金属磷酸盐(metal phosphate)。
金属磷酸盐包括Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上金属。具体例中有磷酸二氢铝(Al(H3PO4)3)、磷酸二氢钴(Co(H3PO4)2)、磷酸二氢钙(Ca(H3PO4)2)、磷酸二氢锌(Zn(H3PO4)2)及磷酸二氢镁(Mg(H3PO4)2)等。
金属磷酸盐对通过热熔接产生的热熔接层的高温粘合性、耐高温油性及去应力退火(Stress Relief Annealing)后粘合层的粘合特性作出贡献。由于与前述的有机树脂及无机纳米粒子一起包括金属磷酸盐,因此粘合涂覆组合物成为有机/无机混合组合物。
以粘合涂覆物的固形物100重量%为基准,可包括10~30重量%的金属磷酸盐。当所包括的金属磷酸盐过少时,在去应力退火后可能会难以适当地确保粘合层的粘结力。当所包括的金属磷酸盐过多时,因金属磷酸盐之间的凝聚,反而有可能导致粘合层的粘结力变差。更为具体地,以粘合涂覆物的固形物100重量%为基准,可包括15~27重量%的金属磷酸盐。
粘合涂覆物包括磷酸。磷酸与前述的金属磷酸盐一起对通过热熔接产生的热熔接层的高温粘合性、耐高温油性及去应力退火(Stress Relief Annealing)后粘合层的粘合特性作出贡献。
以粘合涂覆物的固形物100重量%为基准,可包括10~40重量%的磷酸。当所包括的磷酸过少时,在去应力退火后可能会难以适当地确保粘合层的粘结力。由于磷酸具有吸收水分的性质,因此当所包括的磷酸过多时,因吸收粘合涂覆组合物中的水分,可能会凝聚粘合涂覆组合物。因此,反而有可能导致粘合层的粘结力变差。更为具体地,以粘合涂覆物的固形物100重量%为基准,可包括15~35重量%的磷酸。
在本发明的一实施例中可进一步包括粘结增强剂。粘结增强剂对保持粘合层的耐热性及/或粘合性的均衡作出贡献,尤其对在提高去应力退火工艺后的粘结力作出贡献。
粘结增强剂包括选自氧化物、氢氧化物、碳纳米管(CNT)、碳黑、颜料及偶联剂中的一种以上。
具体地,氧化物可为氧化铜(CuO)、氧化铝(Al2O3)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化铬(CrO3)、氧化铁(Fe2O3)、硼酸(H3BO3)、磷酸(H3PO4)、氧化锌(ZnO)及二氧化硅(SiO2)中的一种以上。尤其,二氧化硅可使用SiO2的粒径为3~100nm的胶体二氧化硅。更为具体地,在水溶液中SiO2含量可为10wt%~50wt%。
氢氧化物可为氢氧化钠(NaOH)、氢氧化铝(Al(OH)2)、氢氧化镁(Mg(OH)2)、氢氧化钙(Ca(OH)2)及氢氧化钾(KOH)中的一种以上。
碳纳米管(CNT)可使用宽度方向直径为1~15nm且在水溶液中包括的含量为1~20wt%的碳纳米管。
碳黑可使用粒径为1~20μm且在水溶液中包括的含量为5wt%~40wt%的碳黑。
颜料可使用酞菁(Phthalocyanine)系列的蓝及绿,可使用1~30μm粒径的颜料。
偶联剂可使用硅烷偶联剂,更为具体地,可使用3-缩水甘油氧基丙基三甲氧基硅烷(3-Glycidoxypropyltrimethoxysilane)。
相对于粘合涂覆组合物的固形物100重量%,可包括1~15重量%的粘结增强剂。当满足前述范围时,能够保持粘合层的耐热性及/或粘合性的均衡,尤其能够显著提高在去应力退火工艺后的粘结力。当粘结增强剂的含量过少时,在去应力退火工艺后粘合性有可能较差。当粘结增强剂的含量过多时,热熔接时粘结力有可能较差。更为具体地,可包括3~12重量%的粘结增强剂。
电工钢板粘合涂覆组合物除了前述的成分外,为了易于涂覆且均匀分散成分,还可以包括溶剂。前述的所谓固形物是指除了包括溶剂的挥发成分之外的剩余固形物。
本发明一实施例的电工钢板产品包括多个电工钢板及位于多个电工钢板之间的粘合层。图1中表示本发明一实施例的电工钢板产品的模式图。如图1所示,该电工钢板产品为一种层叠有多个电工钢板的形式。
图2中表示本发明一实施例的电工钢板产品的剖面的示意图。如图2所示,本发明一实施例的电工钢板产品100包括多个电工钢板10及位于多个电工钢板之间的粘合层30。
本发明一实施例的电工钢板产品可以是如下的产品:即,该产品不使用焊接、夹紧或互锁等以往的方法,简单地使用前述的粘合涂覆组合物来形成粘合层,从而将不同电工钢板热熔接而成。
此时,根据前述的粘合涂覆组合物的特性,电工钢板产品即使在热熔接之后,高温粘合性及耐高温油性仍然优异,尤其尽管是经过去应力退火(Stress Relief Annealing)制造的产品,仍然保持其表面特性及粘合特性。
下面,对各种特征进行详细说明。
电工钢板10可以不受限制地使用无取向或取向电工钢板。本发明的一实施例的主要特征为在多个电工钢板10之间形成粘合层30来制造电工钢板产品100,因此省略对电工钢板10的具体说明。
粘合层30形成于多个电工钢板10之间,其粘结力强到不使用焊接、夹紧或互锁等以往的连接方法的情况下能够将多个电工钢板10粘合的程度。
关于粘合层30,可通过在多个电工钢板的表面上涂覆前述的粘合涂覆组合物,并进行固化来形成粘合涂覆层后,对其进行层叠及热熔接来形成热熔接层,然后对其进行去应力退火来形成粘合层。当层叠形成有粘合涂覆层的多个电工钢板10并进行热熔接时,在粘合涂覆层内的树脂成分被热熔接,从而形成热熔接层。当对如此形成有热熔接层的电工钢板产品再进行去应力退火时,在粘合涂覆组合物成分中的如树脂的有机成分大部分被分解为CO2或CO,部分会残留。通过分解生成的CO2或CO未能完全气化,而是在粘合层30内以碳化物形式重新结合。此外,源自有机树脂及金属磷酸盐的O以氧化物形式生成及成长。
源自去应力退火气氛及大气的N以氮化物形式生成及成长。如此生成及成长的碳化物、氧化物及氮化物将确保在粘合层30内的粘结力。
在本发明的一实施例中,粘合层30包括Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中一种以上的金属:0.5~30重量%、N:0.1~10重量%、C:0.1~5重量%、P:1~30重量%、Si及Ti中一种以上的金属:10~30重量%;及余量的O。
选自Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上的金属可来源于粘合涂覆组合物内的金属磷酸盐。选自Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上金属的含量可为0.5~30重量%。只有选自Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上金属的含量在前述范围内,才能确保适当的粘结力。更为具体地,选自Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上金属的含量可为1~20重量%。进一步具体地,可为1~10重量%。当包括两种以上的多种前述金属时,以该多种金属的总量来包括在前述范围。更为具体地,选自Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上金属可为Al。
磷(P)源自粘合涂覆组合物内的金属磷酸盐及磷酸。在粘合层内可包括1~30重量%的P。只有包括适当含量的P,才能保持粘合性。更为具体地,可包括3~27重量%的P。
在Si及Ti中一种以上的金属可来源于与树脂结合的无机纳米粒子即SiO2及TiO2。更为具体地,在Si及Ti中一种以上的金属可为Si。在Si及Ti中一种以上的金属的含量可为10~30重量%。所包括的Si及Ti中一种以上的金属只有适量,才能保持粘合性。更为具体地,Si及Ti中一种以上的金属的含量可为15~30重量%。
C、O及N通过与前述的P、Si、Ti、Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe等结合来生成碳化物、氧化物或氮化物并使之成长,从而确保粘合层30内的粘结力。C为树脂成分,O及N可以来源于大气。应包括0.1~10重量%的N、0.1~5重量%的C及余量的O才能确保粘合性。更为具体地,可包括N:0.5~8重量%、C:0.2~3重量%及O:40~60重量%。
关于粘合层30,在粘合层内包括气孔。气孔是指以不包含固体物质的空的空间的状态存在的部分。
相对于粘合层30的剖面面积,气孔所占面积的分率可为10~70%。此外,气孔的平均直径可为粘合层30厚度的20%以下。当气孔的面积分率过小或气孔的平均直径过小时,意味着在粘合涂覆组合物内树脂含量较少,会降低热熔接性,且在去应力退火后也会降低粘结力。当气孔的面积分率过大或气孔的平均直径过大时,因粘合层30的稳定性下降而导致粘结力的下降。更为具体地,相对于粘合层30的剖面面积,气孔所占面积的分率可为30~65%。气孔的平均直径可为0.1~0.7μm。粘合层30的剖面面积是指包括钢板的厚度在内的剖面面积,更加具体为轧制垂直方向的剖面(TD面)。
粘合层30的厚度可为0.5~40μm。当满足这种范围时,可具有粘合层30的优异表面特性(例如,绝缘性、耐蚀性及紧贴性等)。
图3中表示本发明另一实施例的电工钢板产品的剖面的示意图。如图3所示,本发明一实施例的电工钢板产品100包括多个电工钢板10、位于多个电工钢板之间的粘合层30、及位于电工钢板10和粘合层30之间的氧化层20。
氧化层20在去应力退火过程中,熔接层中的无机及金属成分和基础层中的氧化物通过高温反应生成稠密(Dense)的钝化层(Passivation Layer)。由于形成了氧化层20,能够遏制住在电工钢板10内部形成氧化物,进一步提高电工钢板产品100的磁性。
氧化层20可包括Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上的金属:1~20重量%、N:0.1~10重量%、C:0.1重量%以下、P:10~40重量%、Si及Ti中的一种以上的金属:5~30重量%;及余量的O。
如粘合层30,P源自粘合涂覆组合物内的磷酸及金属磷酸盐。在Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中一种以上的金属源自粘合涂覆组合物内的金属磷酸盐。在Si及Ti中一种以上的金属源自粘合涂覆组合物内的无机纳米粒子。除此之外,氧化层20可进一步包括在去应力退火过程中从电工钢板10扩散的Fe及Si等。氧化层20在几乎不包括C这一点上与粘合层30有区别。
更为具体地,氧化层20可包括AL、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上的金属:5~10重量%、N:1~7重量%、C:0.05重量%以下、P:20~30重量%、Si及Ti中的一种以上的金属:10~20重量%;及余量的O。
氧化层20与粘合层30不同,电工钢板表面和金属磷酸盐及磷酸优先反应,因此遏制气孔的形成。具体地,相对于氧化层20的剖面面积,气孔所占面积的分率可为10%以下。此外,气孔的平均直径可为氧化层20厚度的20%以下。当气孔所占面积的分率过高或气孔的平均直径过大时,氧化层20及粘合层30的稳定性可能会产生问题,且粘结力较差。更为具体地,相对于氧化层20的剖面面积,气孔所占面积的分率可为5%以下。此外,气孔的平均直径可为10~50nm。
氧化层20的厚度可为10~500nm。当氧化层20的厚度过薄时,会在电工钢板10内生成氧化物,可能会对磁性产生不良影响。当氧化层20的厚度过厚时,氧化层20和粘合层30的紧贴性不好,反而有可能降低粘结力。
本发明一实施例的电工钢板产品的制造方法包括:准备粘合涂覆组合物的步骤;在电工钢板的表面上涂覆粘合涂覆组合物后进行固化来形成粘合涂覆层的步骤;层叠形成有粘合涂覆层的多个电工钢板并进行热熔接来形成热熔接层的步骤;及对热熔接后的电工钢板产品进行去应力退火来形成粘合层的步骤。
下面,按各步骤具体进行说明。
首先,准备粘合涂覆组合物。由于对粘合涂覆组合物已进行了说明,因此省略重复说明。
接下来,在电工钢板的表面上涂覆粘合涂覆组合物后,进行固化而形成粘合涂覆层。为了粘合涂覆组合物的固化,此步骤可在200~600℃的温度范围内执行。
层叠形成有粘合涂覆层的多个电工钢板,并进行热熔接而形成热熔接层。通过热熔接的步骤,粘合涂覆层内的树脂成分将进行热熔接,并形成热熔接层。
热熔接的步骤可在150~300℃的温度、0.5~5.0Mpa的压力及0.1~120分钟的加压条件下进行热熔接。可分别独立地满足所述条件,也可同时满足两种以上条件。通过如此调节热熔接步骤中的温度、压力和时间条件,电工钢板之间能够稠密地热熔接,而不存在间隙或气孔。
热熔接的步骤包括升温步骤及熔接步骤,升温步骤的升温速度可为10℃/分钟~1000℃/分钟。
接下来,对热熔接的电工钢板产品进行去应力退火而形成粘合层。去应力退火可在500~900℃的温度下执行30~180分钟。
形成粘合层的步骤可在改性气体或氮(N2)气气氛中执行。具体地,改性气体是指包括液化天然气(LNG)10~30体积%及空气70~90体积%的气体。氮气气氛是指包括氮的气氛。具体指100体积%氮的气体或包括90体积%以上且小于100体积%的氮及大于0%且10体积%以下氢的气体。
在形成粘合层的步骤中,在粘合层和电工钢板之间可进一步生成氧化层。对粘合层及氧化层已在前面进行了说明,因此省略重复的说明。
如此根据本发明一实施例的电工钢板产品的制造方法来制造时,即使在去应力退火(Stress Relief annealing)后,也能够提高电工钢板自身的磁性(具体为铁损及磁通密度等),还能实现通过粘合涂覆层的高温粘合性及耐高温油性优异,尤其即使在去应力退火(Stress Relief Annealing)后,也不会降低表面特性及粘合特性。
下面,记载本发明的优选实施例、与之对比的比较例及其评价例。但是,以下实施例只是本发明的优选实施例,本发明并不局限于以下实施例。
试验例1
表1中示出粘合涂覆组合物。无机纳米粒子的平均大小为30nm。
作为无取向电工钢板(50×50mm,0.35mmt)准备空试样。利用棒涂机和滚涂机在准备的各个空试样的上部和底部上以规定的厚度(大约5.0μm)涂覆由下表1中列出的成分来构成的粘合涂覆溶液后,以板温为准200~250℃温度下固化20秒,之后在空气中缓慢冷却,形成粘合涂覆层。
将涂覆有粘合涂覆层的电工钢板层叠20mm高度后,通过500Kgf的力进行加压,并在220℃下热熔接60分钟。将在熔接条件中得到的电工钢板在去应力退火条件,即在780℃及氮100体积%氮气氛中执行去应力退火。通过剪切面张拉法,对不同条件下热熔接的电工钢板的粘结力和执行去应力退火后的各电工钢板的粘结力进行检测。
其具体评价条件如下。
粘结力:使用以规定的力固定在上/下部夹具(JIG)上后以规定速度拉拽并测量层叠样品的拉力的装置,分别测量去应力退火前后的粘接力。此时,测量的值是在层叠的样品的界面中具有最小粘结力的界面脱落的点测量的。将测量的粘结力整理并表示在下表2中。
此外,对粘合层的元素成分进行分析并整理在表2中,对TD面分析气孔含量及大小并整理在表2中。
【表1】
【表2】
从表1及表2中可以看出,均满足本申请的组成成分及成分比例的实施例1至实施例5的粘合层的粘结力均优异。
相反,比较例1、2因金属磷酸盐的含量过高或过少,在粘合层内P的含量过高或过少,粘合层不能确保适当的粘结力。
比较例3、4因无机纳米粒子的含量过高或过少,导致在粘合层内Si的含量过高或过少,粘合层不能确保适当的粘结力。
比较例5因树脂的平均粒径过大而导致粘合层内的气孔平均直径过大,不能确保适当的粘结力。
比较例6因树脂的含量过少而导致气孔较少,不能确保适当的粘结力。
图4为在实施例1中的电工钢板产品的剖面的透射电子显微镜(TransmissionElectron Microscope,TEM)照片。其中,深黑色部分为气孔,可以清楚确认粘合层、氧化层及电工钢板的边界。
在图5至图7中分别示出电工钢板产品的P、Si及O这些元素的分析结果。如图5至图7所示,可以清楚确认在粘合层及氧化层中除了气孔部分之外的部分均匀地分布有P、Si及O。可以确认,与粘合层相比,在氧化层上形成有大量的O。
试验例2
下表3中示出粘合涂覆组合物。除了粘合涂覆组合物之外,以与前述的试验例1相同的方式实施本试验例。
下表4中整理粘合层成分及粘合层结构。此外,下表5中整理氧化层成分、氧化层结构及粘结力。
【表3】
【表4】
【表5】
从表3至表5中可以看出,可以确认均满足本申请的组成成分及成分比例的实施例6至实施例9的粘结力均优异。
相反,比较例7因在粘合涂覆组合物内磷酸的含量较少而导致在粘合层及氧化层内P的含量较少,且粘结力较差。
比较例8因在粘合涂覆组合物内无机纳米粒子的含量较多,在粘合层及氧化层中被分析出的Si的含量过多,且粘结力较差。
比较例9及10为取代金属磷酸盐添加作为一种有机磷酸盐的苯基类磷酸的情况,其在粘合层及氧化层中气孔面积分率过高或所形成的气孔的直径较大,从而粘结力较差。
本发明并不局限于上述实施例,而能够以不同的多种形式制造,本发明所属技术领域的技术人员应能理解,在不改变本发明的技术思想及必要技术特征的情况下可以以其他具体形式实施本发明。因此,上述实施例在各方面均为示意性的,不应理解为仅限于此。
附图标记说明
100:电工钢板产品 10:电工钢板
20:氧化层 30:粘合层
Claims (9)
1.一种电工钢板产品的制造方法,其包括:
准备粘合涂覆组合物的步骤,
以全部固形物100重量%为基准,所述粘合涂覆组合物包括:
平均粒径为10~300nm的树脂20~40重量%;
与所述树脂结合的无机纳米粒子10~35重量%;
金属磷酸盐10~30重量%;及
磷酸10~40重量%,
其中所述无机纳米粒子包括SiO2及TiO2中的一种以上,且
所述金属磷酸盐包括Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上金属;
在电工钢板的表面上涂覆所述粘合涂覆组合物后进行固化来形成粘合涂覆层的步骤;
层叠形成有所述粘合涂覆层的多个电工钢板并进行热熔接来形成热熔接层的步骤;及
对热熔接后的电工钢板产品进行去应力退火来形成粘合层的步骤;
其中所述热熔接在150~300℃的温度、0.5~5.0Mpa的压力及0.1~120分钟的加压条件下进行。
2.根据权利要求1所述的电工钢板产品的制造方法,其中,所述无机纳米粒子包括SiO2。
3.根据权利要求1所述的电工钢板产品的制造方法,其中,所述金属磷酸盐包括Al。
4.一种电工钢板产品,包括:
多个电工钢板;及
位于所述多个电工钢板之间的粘合层,以及
位于电工钢板和所述粘合层之间的氧化层,
其中所述粘合层包括Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上金属:0.5~30重量%、N:0.1~10重量%、C:0.1~5重量%、P:1~30重量%、Si及Ti中的一种以上金属:10~30重量%;及余量的O,
在所述粘合层中,相对于粘合层的剖面面积,气孔所占面积的分率为10~70%,所述气孔的平均直径为所述粘合层的厚度的20%以下,
其中所述氧化层包括Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上金属:1~20重量%、N:0.1~10重量%、C:0.1重量%以下、P:10~40重量%、Si及Ti中的一种以上金属:5~30重量%;及余量的O,
其中在所述氧化层中,相对于所述氧化层的剖面面积,气孔所占面积的分率为10%以下,
其中所述粘合层通过下述步骤制备:
准备粘合涂覆组合物的步骤,
以全部固形物100重量%为基准,所述粘合涂覆组合物包括:
平均粒径为10~300nm的树脂20~40重量%;
与所述树脂结合的无机纳米粒子10~35重量%;
金属磷酸盐10~30重量%;及
磷酸10~40重量%,
其中所述无机纳米粒子包括SiO2及TiO2中的一种以上,且
所述金属磷酸盐包括Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上金属;
在电工钢板的表面上涂覆所述粘合涂覆组合物后进行固化来形成粘合涂覆层的步骤;
层叠形成有所述粘合涂覆层的多个电工钢板并进行热熔接来形成热熔接层的步骤;及
对热熔接后的电工钢板产品进行去应力退火来形成粘合层的步骤;
其中所述热熔接在150~300℃的温度、0.5~5.0Mpa的压力及0.1~120分钟的加压条件下进行。
5.根据权利要求4所述的电工钢板产品,其中,
所述Al、Mg、Ca、Co、Zn、Zr及Fe中的一种以上金属为Al。
6.根据权利要求4所述的电工钢板产品,其中,所述Si及Ti中的一种以上金属为Si。
7.根据权利要求4所述的电工钢板产品,其中,所述粘合层的厚度为0.5~40μm。
8.根据权利要求4所述的电工钢板产品,其中,所述氧化层的厚度为10~500nm。
9.根据权利要求4所述的电工钢板产品,其中,在所述氧化层中,气孔的平均直径为所述氧化层的厚度的20%以下。
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