DE2130274C3

DE2130274C3 - Einen Isolierüberzug enthaltende Stahlbleche oder -streifen für elektromagnetische Anwendungen und Verfahren zu ihrer Herstellung

Info

Publication number: DE2130274C3
Application number: DE19712130274
Authority: DE
Inventors: Robin Edgar Wolridge Wordsley Jackson
Original assignee: British Steel Corp
Current assignee: British Steel Corp
Priority date: 1970-06-18
Filing date: 1971-06-18
Publication date: 1981-10-29
Also published as: GB1362184A; DE2130274A1; FR2099221A5; DE2130274B2

Description

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Die Erfindung betrifft einen Isoiierüberzug enthaltende Stahlbleche oder -streifen für elektromagnetische Anwendungen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung.

Bei der Herstellung von Lamellenblech, beispielsweise für magnetische K^rne von elektrischen Motoren, werden elektrische Isolierüberzüge auf Stahlblechbahnen oder -streifen aufgebracht die anschließend gestanzt werden, wobei das Lamellenblech gebildet wird. Das Stanzen solcher Lamellenbleche schadet den magnetischen Eigenschaften des Stahls, und dieser Schaden wird durch anschließendes Glühen der Lamellenbleche, das in einem bevorzugten Temperaturbereich von 650 bis 800° C durchgeführt wird, behoben.

Werden die Lamellenbleche mit normalen organischen Lacken isoliert, so kann dieses Glühverfahren nicht durchgeführt werden, da sich die Lacke bei der Glühtemperatur zersetzen würden. Es ist jedoch wesentlich teurer, die Lamellenbleche mit Lack zu überziehen, nachdem sie gestanzt wurden, und daher ist es wünschenswert auf der Stahlblechbahn oder dem Stahlblechstreifen einen elektrischen Isolierüberzug anzubringen, bevor die Lamellenbleche gestanzt werden.

Eine weitere praktische Forderung besteht darin, daß die Isolierschicht die auf der Bahn oder dem Streifen angebracht wird, nicht als Schleifmittel wirken soll, da sonst die Werkzeuge, die man zum Stanzen oder anschließend bei der Verarbeitung des Stahls in Lamellenblech oder andere derartige Weiterverarbeitungsprodukte verwendet zu schnell abgenutzt werden.

Bei einem bekannten Überzugsverfahren zur Herstellung von wärmewiderstandsfähigen Isolierüberzügen auf Stahl hat man die chemische Umsetzung zwischen dem Stahlgrundmaterial und anderen Verbindungen in der Überzugszusammensetzung, beispielsweise Zinkphosphat, ausgenutzt. Solche Überzüge schleifen jedoch Werkzeuge sehr stark ab. Ein anderes Verfahren, das verwendet wurde, macht sich eine Umsetzung zwischen dem im Stahl enthaltenen Silicium und einer von außen auf der Stahloberfläche aufgebrachten Glühtrennschicht zunutze. Bei einem Beispiel eines solchen Verfahrens wird auf der Stahloberfläche bei Temperaturen im Bereich von 1100 bis 1200° C Magnesiumsilikat gebildet. Dieses letztere Verfahren ist nur bei sehr hochwertigen Stahllegierungen, die mehr als 3% Silicium enthalten, durchführbar und außerdem ist diese Beschichtungsbehandlung teuer.

Außerdem sind metallsilicathaltige Überzüge auf Stahl- bzw. Eisenblechen für besondere Spezialzwecke bekannt, so zum Beispiel aus der US-PS 32 22 197 und der GB-PS 10 05 627.

Die US-PS 32 22 197 betrifft eine anorganische Anstrichfarbe von hohem Reflexionsvermögen und geringem Absorptionsvermögen, die insbesondere für Raumfahrzeuge geeignet ist; sie besteht beispielsweise aus 20 bis 30 Gewichts-% Na₂SiO₃ als Bindemittel, 35 bis 55 Gewichts-% Li/Al/SiO2, einem feuerfesten Metalloxid bzw. Metallsilikat als Pigment, und 30 bis 40 Gewichts-% als Verdünnungsmittel.

Die Überzugsmassen der US-PS 32 22 197 enthalten also in Mischungen mit wäßrigen Alkalisilikaten feuerfeste Pigmente, z. B. feuerfeste Silikate, u. a. CaSiO₃. Wegen der Feuerfestigkeit der dort eingesetzten Silikate bleibt einerseits das hohe Reflexionsvermögen und das geringe Absorptionsvermögen auch bei Einwirkung höherer Temperaturen erhalten, andererseits ist das chemische Reaktionsvermögen dieser Silikate auch bei höheren Temperaturen erheblich verringert; d. h. derartige feuerfeste Pigmente scheiden als Reaktionskomponenten praktisch aus. Dementspre-

chend sind die Härtungszeiten solcher Anstrichüberzugsmassen, bestehend aus einem Pigment und einem Bindemittel, langer, z. B. 1 bis 3 Stunden Trocknen bei Raumtemperatur und weitere 1 bis 3 Stunden Trocknen bei 300⁰C. Entsprechend dem besonderen Einsatzzweck, nämlich auf dem Gebiet der Strahlungsreflexion, haben als Pigment geeignete Silikate ganz besondere Eigenschaften und erfordern eine dementsprechend andere Beschaffenheit und außerdem auch andere Verarbeitungsmethoden.

Die GB-PS 10 05 627 betrifft ein Verfahren zur Beschichtung eines magnetischen Kerns aus ferromagnetischen Streifen oder Blechen mit einer dünnen, ununterbrochenen, glasartigen Schmelzschicht Zweck der glasartigen Schmelzschicht ist es, einerseits die Vielzahl an ferrcmagnetischen Streifen miteinander zu verbinden und andererseits die einzelnen ferromagnetischen Streifen gegeneinander elektrisch zu isolieren. Die GlasQberzugszusammensetzung, aus der der Glasüberzug hergestellt wird, besteht aus einer Vielzahl von Metalloxiden, nämlich Ai₂O₃, Na₂O, K₂O, CaO, CaF₂, BaO, ZnO, ZrO₂, MnO₂, NiO, CoO und zwei Nichtmetalloxiden, nämlich SiO₂ und B2O3. Die auf einen magnetischen Kern aufgebrachte Glasüberzugszusammensetzung wird durch ein- bis vierstündiges Glühen bei 700 bis 900⁰C oder höher in einer Stickstoff/Wasserstoff-Atmosphäre (90% N₂, 10% H2) in den gewünschten glasartigen Überzug übergeführt

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, Stahlbleche oder -streifen mit einem elektrisch isolierenden Oberzug zu schaffen, wobei der Oberzug

— eine hohe Isolierwirkung zeigt,

— eine besonders geringe Werkzeugabnutzung ergibt,

— eine sehr kurze Härtungszeit aufweist und

— gegebenenfalls kontinuierlich auf das zu überziehende Stahlblech aufgebracht werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Stahlblechs oder -Streifens mit einem elektrisch isolierenden Überzug bereitzustellen.

Die Lösung der genannten Aufgabe besteht bei einen Isolierüberzug enthaltenden Stahlblechen oder -streifen für elektromagnstische Anwendungen darin, daß der Isolierüberzug ein Gemisch aus Natrium- oder Kaliumsilikat zusammen mit Calciumsilikat enthält.

Das Molverhältnis von Siliciumdioxid zu Alkalimetalloxid in dem Natrium- oder Kaliumsilikat liegt im Bereich von 1,65 bis 3,98 · 1, vorzugsweise im Bereich von 3,0 bis 3,5 :1.

Das Molverhältnis von Siliciumdioxid zu Calciumoxid im Calciumsilikat liegt im Bereich von 2 bis 6:1, obgleich ein Verhältnis von ungefähr 5 :1 bevorzugt ist.

Wasser ist in der Zusammensetzung in einer Konzentration vorhanden, die ausreicht, daß das Calciumsilikat, bevor es zu dem Natriumsilikat bzw. dem Kaliumsilikat gegeben wird, suspendiert vorliegt. Es wäre sonst erforderlich, daß man stark mischen müßte, um zu verhindern, daß das Calciumsilikat geliert. Das Wasser bestimmt ebenfalls üie Viskosität der Zusammensetzung und diese wiederum bestimmt die Dicke eines Überzugs, der aus der Zusammensetzung gebildet wird. Ein bevorzugter Wassergehalt beträgt ungefähr 200 Gew.-Teile, um einen guten Überzug zu ergeben.

Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Isolierüberzugs auf Stahlblechen oder -streifen für elektromagnetische Anwendungen, bei dem auf die Oberfläche, die

35 überzogen werden seil, eine Überzugszusammensetzung in einheitlicher Schichtdicke aufgebracht und anschließend getrocknet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Zusammensetzung eine wässerige Mischung aus Natrium- oder Kaliumsilikat und Calciumsilikat darstellt Vorzugsweise enthält die Überzugszusammensetzung 100 Gew.-Teile Natrium- oder Kaliumsilikat, 5 bis 200 Gew.-Teile Calciumsilikat und 10 bis 2000 Gew.-Teile Wasser. Der Überzug kann durch Erwärmen, zweckdienlich in einem Ofen bei einer Temperatur von ungefähr 300° C, getrocknet werden.

Vorzugsweise wird der Oberzug als 2,5 μπι bis 5 μπι dicke Schicht aufgebracht

Die Überzugszusammensetzung kann vorzugsweise mittels mindestens einer Walze aufgebracht werden, die vorzugsweise auf ihrer Oberfläche eine Anzahl umlaufender Rillen besitzt Die Rillen sind wegen ihrer Kapillarwirkung wirksam, wobei sie beim Aufrollen eine Menge an Material, die ausreicht, um den Stahl in der gewünschten Dicke zu überziehen, zurückhalten und dann freigeben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jede Rille zwischen 0,025 und 0,1 mm tief.

Das Beispiel erläutert die Erfindung.

Beispiel

Eine Überzugszusammensetzung wird hergestellt, die die folgende Zusammensetzung besitzt:

100 Gew.-Tei!e Natr umsilikat mit einem Molverhältnis

SiO₂ : Na₂O von 3,30 : 1
32 Gew.-Teile Calciumsilikat mit einem Molverhältnis

von SiO₂ : CaO von ungefähr 5 :1 und
217 Teile Wasser.

Die Mischung wird hergestellt, indem man zuerst eine Suspension des Calciumsilikats in dem Wasser bildet und dann diese Suspension zu dem Natriumsüikat zufügt.

Die so hergestellte Überzugszusammensetzung wird dann auf die Oberfläche eines Stahlstreifens oder einer Stahlblechbahn, die überzogen werden sollen, aufgebracht. Die Anwendung erfolgt zweckdienlich mittels Gummiwalzen, die an ihrer äußeren Oberfläche in gleichen Abständen umlaufende Rillen besitzen. Bei diesem Beispiel besitzt jede Überzugswalze ungefähr 10 Rillen pro cm und jede Rille hat eine Tiefe von ungefähr 0,1 mm. Durch die Tiefe der Rillen, die beispielsweise im Bereich von 0,025 mm bis 0,1 mm liegen kann, wird die Dicke des aufgebrachten Überzugs bestimmt.

Bei diesem Beispiel hat der Überzug, der auf die Stahloberflächen durch die Überzugswalzen aufgebracht wird, eine Dicke von 2,5 μΐη bis 5 μπι. Der so aufgebrachte Überzug wird dann bei einer Temperatur von 300⁰C während minimal 35 Sekunden in einem geeigneten Trockenofen getrocknet. Bei diesem Beispiel wurde der Überzug 38 Sekunden getrocknet.

Der entstehende gehärtete Überzug besitzt elektrische Isoliereigenschaften. Isolieruntersuchungen an einer Probe, die erfindungsgemäß hergestellt wurde, zeigten, daß man einen Widerstand von ca. 0,8 Ohm/cm² erhalten kann.

Man kann das überzogene Stahlblech oder die überzogenen Streifen stanzen, um Lamellenbleche zu bilden, da die Isoliereigenschaften des Überzugs durch anschließendes Glühen der Lamellenbleche in Luft oder Stickstoff bei Temperaturen über 800⁰C nicht beeinträchtigt werden. Es wurde gefunden, daß der erfindungsgemäß auf Stahlblech aufgebrachte Überzug keine bemerkenswerte Abriebwirkung an Werkzeugen

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zeigt, die man zum Stanzen verwendet. Es soll bemerkt werden daß man zum Trocknen, Es wurde ebenfalls gefunden, daß der auf Stahl gemäß obgleich 300⁰C als typische Trocknungstemperatur der vorliegenden Erfindung aufgebrachte Überzug das erwähnt wurden, jede zweckdienliche Temperatur wirksame Zusammenschweißen der Stahlbleche bzw. zwischen 150 und 800° C verwenden kann. Obgleich ein -streifen zu Lamellenblechstapein nicht nachteilig 5 typischer Isolierwiderstand von 0,8 Ohm/cm² als erbeeinflußt. In dieser Beziehung sind die erfindungsge- reichbar angegeben wurde, hat eine große Vielzahl von mäßen Überzüge den anderen Überzügen stark Versuchen gezeigt, daß Werte, die besser sind als dieser überlegen, insbesondere organischen Lacken, da die und die in einem großen Bereich variieren können, anderen Überzüge dazu neigen, während des Schweiß- möglicherweise bis zu 155 Ohrn'cm², erhalten werden Verfahrens schädliche Zersetzungsprodukte zu bilden, 10 können,
die jede Schweißstelle verderben und schwächen.

Claims

Patentansprüche:

1. Einen Isolierüberzug enthaltende Stahlbleche oder -streifen für elektromagnetische Anwendungen, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierüberzug ein Gemisch aus Natrium- oder Kaliumsilikat zusammen mit Calciumsilikat enthält

2. Stahibech oder -streifen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Isolierüberzug das Molverhältnis von Siliciumdioxid zu Alkalimetalloxid in dem Natrium- oder Kaliumsilikat 1,65 bis 3,98 :1 beträgt.

3. Stahlblech oder -streifen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Isolierüberzug das Molverhältnis von Siliciumdioxid zu Alkalimetalloxid in dem Natrium- oder Kaliumsilikat 3,0 bis 3,5 :1 beträgt

4. Stahlblech oder -streifen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Isolierüberzug das Molverhältnis von Siliciumdioxid zu Calciumoxid in dem Calciumsilikat 2 bis 6:1 beträgt.

5. Stahlblech oder -streifen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Isolierüberzug das Molverhältnis von Siliciumdioxid zu Calciumoxid in dem Calciumsilikat ungefähr 5 :1 beträgt

6. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Isolierüberzugs auf Stahlblechen oder -streifen für elektromagnetische Anwendungen, bei dem auf die Oberfläche, die überzogen werden soll, eine Überzugszusammensetzung in einheitlicher Schichtdicke aufgebracht und anschließend getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet daß die Zusammensetzung eine wässerige Mischung aus Natrium- oder Kaliumsilikat und Calciumsilikat darstellt

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugszusammensetzung 100 Gewichtsteile Natrium- oder Kaliumsilikat, 5 bis 200 Gewichtsteile Calciumsilikat und 10 bis 2000 Gewichtsteile Wasser enthält.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder /, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Erwärmen trocknet

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß man bei einer Temperatur von ungefähr 300° C trocknet.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß man in einem Ofen trocknet

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug als 2,5 μΐη bis 5 μίτι dicke Schicht aufgebracht wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzugszusammensetzung durch mindestens eine Walze aufgebracht wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze eine Anzahl von Rinnen besitzt, die um i'ie Oberfläche herum verlaufen.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Walze ungefähr 10 RiI-Ien/cm besitzt, wobei jede Rille zwischen 0,025 mm und 0,1 mm tief ist.