DE980071C - Loesung und Verfahren zur Herstellung von hitzebestaendigen Phosphatschichten zur elektrischen Isolation auf Eisen und Stahl, insbesondere zum Isolieren von Magnetblechen - Google Patents

Description

Zum Isolieren von Eisen- und Stahlblechen, beispielsweise Magnetblechen, sind die verschiedensten Verfahren bekannt. So hat man beispielsweise auf mechanischem Wege durch Bekleben mit Papier oder durch Lackieren eine Isolierschicht aufgebracht. Es ist auch bekannt, eine Isolation durch chemische Reaktion einer Lösung mit der zu isolierenden Oberfläche herbeizuführen. Nach dem Verfahren der deutschen Patentschrift 856 544 werden isolierende Überzüge nach Art der Korrosionsschutzschichten durch Behandlung von Lamellen in einer beschleunigten Phosphatierungslösung hergestellt. Isolierende Phosphatüberzüge sind auch bereits durch Einbrennen von 7 bis 50% Phosphorsäure enthaltenden Lösungen hergestellt worden

(USA.-Patentschrift 2 501 846). Weiterhin ist aus der USA.-Patentschrift 2 144 425 ein Verfahren zum Aufbringen elektrisch isolierender Überzüge bekannt, bei dem ein anorganischer, isolierender Stoff zusammen mit einem Binder in Form von Phosphorsäure oder eines wasserlöslichen Phosphats zur Anwendung gelangt, wobei der Überzug durch Erhitzen einer solchen Lösung oder Aufschlämmung oder Paste auf der zu isolierenden Oberfläche zustande kommt. Den Mischungen können auch Streck- oder Füllmittel zugesetzt werden. Als wasserlösliches Phosphat wird Diammoniumphosphat bevorzugt verwendet. Es handelt sich hierbei um eine bei der Einbrenntemperatur thermisch zersetzbare Verbindung der Phosphor-

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säure, ohne daß bei dem bekannten Verfahren auf diese Eigenschaft hingewiesen oder gar besonderer Wert gelegt wird.

Unter den bekannten Verfahren zum Aufbringen von Isolierschichten haben nach physikalischen Methoden aufgebrachte Schichten den Nachteil, daß sie nur als Endbehandlung durchgeführt werden können, da sowohl die Papierbeklebung als auch die Lackierung keine Glühoperationen zum Weichglühen des Materials aushalten. Der weitere Nachteil dieser Isolationsschicht besteht in ihrem Auftrag. Sie setzen den Füllfaktor und damit letzten Endes die Leistung der aus den Blechen hergestellten elektrischen Apparaturen herunter. Die chemisch aufgebrachten Schichten besitzen im allgemeinen den Vorteil der Temperaturstabilität und der geringeren Dicke, was sich auf die mögliche Leistung des elektrischen Aggregats günstig auswirkt.

ao Gegenstand der Erfindung ist eine Lösung thermisch zersetzbarer Phosphate zur Herstellung von hitzebeständigen Phosphatschichten zur elektrischen Isolation auf Eisen und Stahl, insbesondere zum Isolieren von Magnetblechen, durch Aufbrin-S5 gen auf die Oberfläche und nachfolgendes Einbrennen des aufgebrachten Lösungsfilmes, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Erdalkaliphosphaten, insbesondere Monophosphaten_t, vorzugsweise des Calciums.

Hierbei ist es möglich, technische Calciumphosphate zu verwenden, beispielsweise auch unlösliche Phosphate, die als inerte Stoffe den Lösungen zugemischt werden können und sich in die Schicht einlagern. Vorzugsweise verwendet man jedoch Monophosphate, insbesondere Monocalciumphosphat. Monocalciumphosphathaltige Lösungen reagieren mit der Oberfläche insbesondere beim Einbrennen und bilden bei der Einwirkung auf die eiserne Oberfläche fest verwachsene, hitzebeständige, unlösliche Phosphate. Es wurde überraschenderweise festgestellt, daß durch den erfindungsgemäßen Zusatz die chemische Beständigkeit und die elektrische Isolation des Überzuges besonders verbessert werden.

Die beim anschließenden Einbrennprozeß sich thermisch zersetzenden Verbindungen der Phosphorsäure sind beispielsweise Ammoniumphosphate oder Harnstoffphosphate oder andere Phosphate von Ammoniumderivaten, wie Alkyl- und/oder Arylammoniumphosphat. Solche salzartigen Verbindungen haben den Vorteil, daß sie bei der Erhitzung sich unter Bildung der für die Schichtbildung erforderlichen Phosphorsäurekomponente zersetzen und daß als Zersetzungsprodukt gleichzeitig ein Schutzgas für die Glühbehandlung entsteht. Als Lösungsmittel ist Wasser geeignet.

Für den erfindungsgemäßen Zweck eignen sich aber nicht nur thermisch zersetzbare Salze der Phosphorsäure mit Ammoniak oder einem Ammoniakderivat, sondern allgemein solche Verbindungen der Phosphorsäure, die thermisch spaltbar sind und deren mit der Phosphorsäure verbundener Rest thermisch flüchtig ist und die Reaktion nicht stört.

Hierzu werden insbesondere Lösungen solcher Phosphate verwendet, die beim anschließenden Einbrennprozeß sich thermisch aufspalten und deren Spaltprodukte zur Schichtbildung verbraucht werden oder gas- oder dampfförmig entweichen, jedenfalls die Schichtbildung und ihre Eignung für den speziellen Zweck der Isolation nicht stören. Hierzu eignen sich insbesondere Phosphorsäureester, deren mit der Phosphorsäure verbundener Rest als Alkohol verdampft oder verbrennt und daher die Schichtbildung nicht stört. Derartige Verbindungen können, soweit sie flüssig angewandt werden können, als solche aufgebracht werden. Sie können andererseits auch in Form von Lösungen auf die Oberfläche aufgebracht werden, beispielsweise in wäßriger Lösung. Insbesondere sind jedoch alkoholische Lösungen geeignet oder Lösungen in anderen Lösungsmitteln, die leichter flüchtig sind als Wasser, da auf diese Weise der Einbrennvorgang abgekürzt werden kann.. Alkoholische Lösungen besitzen außerdem eine bessere Netzfähigkeit als wäßrige Lösungen.

Es ist.auch möglich, wäßrig-alkoholische Lösungen zu verwenden und auf diese Weise die Vorteile der alkoholischen Lösung mit den geringeren Kosten der wäßrigen Lösung zu verbinden.

Es ist darauf zu achten, daß die angewandte Phosphorsäureverbindung in dem Lösungsmittel beständig ist und nicht bereits durch die Auflösung weitgehend zersetzt ist.

Es ist auch möglich, verschiedene thermisch zersetzbare Phosphorsäureverbindungen anzuwenden und hierbei in den Gemischen zersetzbare Salze der Phosphorsäure mit Ammoniak oder einem Ammoniakderivat mitzuverwenden, wobei beispielsweise die alkoholischen Verbindungen der Phosphorsäure in alkoholischer Lösung zusammen mit einer wäßrigen Lösung der phosphorsauren Salze von Ammoniak oder Ammoniakderivaten zur Anwendung kommen können.

Vorzugsweise werden den Lösungen Erdalkaliphosphate in solcher Menge zugesetzt, daß der *°5 P₂O₅-Gehalt der Lösungen 200 bis 400 g/l beträgt. Die erfindungsgemäßen konzentrierten Lösungen haben den Vorteil, daß die Umsetzungsfreudigkeit der Lösung mit der zu isolierenden Metalloberfläche nicht gemindert ist, aber gleichzeitig Lösungen zur Verwendung kommen, die die Apparaturen, in denen die Behandlung durchgeführt wird, nicht angreifen. Eine solche Lösung hat also die Vorteile einer Behandlung mit einer starken Phosphorsäurelösung, aber nicht deren Nachteile. Die Behandlung mit Ammonphosphatlösungen und ihren Äquivalenten erfordert nicht die Herstellung der Behandlungsbäder aus säurefestem Material, wie dies bei dem bekannten Isolationsverfähren mit Hilfe von Phosphorsäure erforderlich ist. Außerdem sind die iao erfindungsgemäßen Bäder ohne besondere Maßnahmen schlammfrei zu führen, was bei Phosphorsäurebädern schwieriger durchzuführen ist, da sie sich durch ihren Beizangriff auf die Metalloberfläche nach und nach an Eisenphosphat so weit an- 1*5 reichern, daß es zur Schlammbildung kommt.

Es ist außerdem möglich, die Chemikalien für die Herstellung der erfindungsgemäßen Lösungen in Salzform zu liefern, während die Phosphorsäurelösungen flüssig geliefert werden müssen und daher schwierige Verpackungsprobleme mit sich bringen. Das Aufbringen der Isolationsschichten läßt sich erleichtern und beschleunigen, wenn man den Lösungen des Ammonphosphates oder seiner Äquivalente Netzmittel zusetzt, so daß auch bei kurzer

ίο Durchlaufzeit der Bänder durch die Lösung, die oft nur wenige Sekunden beträgt, durch schnelle Benetzung die gleichmäßige Mitnahme eines Lösungsfilms gewährleistet ist. Es genügen bereits Mengen von 0,01% Netzmittel; vorzugsweise verwendet man etwa 0,025%. Auch größere Mengen sind durchaus möglich, ohne daß aber hierdurch eine wesentliche Verbesserung erhalten wird.

Die Isolierwirkung kann noch dadurch erhöht werden, daß man den Lösungen feste, inerte Stoffe,

■o beispielsweise Bentonit, zusetzt. Vorzugsweise wählt man solche Stoffe, die neben einem guten Isolationsvermögen quellbar in Wasser sind und dadurch in der Lösung sich in der Schwebe halten, so daß sie beim Durchlaufen des Bandes mit dem

»5 Lösungsfilm aufgenommen werden, und die dann beim Einbrennen ihre Quellbarkeit verlieren. Bentonit ist aus diesem Grunde besonders geeignet. Die inerten, quellbaren Stoffe können in Mengen bis zu 10% der Lösung zugesetzt werden.

Es ist außerdem vorteilhaft, den Lösungen noch weitere gelöste Komponenten zuzusetzen, die mit der Eisenoberfläche unter Bildung von unlöslichen Eisensalzen reagieren, beispielsweise Borsäure oder Borate, insbesondere Ammoniumborat. Solche Zusätze ermöglichen es, auf den Zusatz von die Isolationswirkung erhöhenden inerten Stoffen zu verzichten oder diesen niedrig zu halten. Borate, Polyphosphate oder Silikate bilden beim Einbrennen schwerlösliche Schwermetallgläser auf der zu iso-

♦o lierenden Oberfläche. Sie können in Mengen bis zu je 10% der Mischung zugesetzt werden.

Die Lösungen werden z. B. dadurch auf die zu behandelnde Oberfläche aufgebracht, daß die Gegenstände durch die Lösung hindurchgeführt und der auf ihnen verbleibende Film der Lösung bei Temperaturen von 250 bis 8oo° C, vorzugsweise bei 400 bis 500⁰ C, aufgebrannt wird. Es ist vorteilhaft, den Flüssigkeitsfilm auf der zu isolierenden Oberfläche mit Hilfe von Walzen gleichmäßig auszubilden.

Beispiel

165 g primäres Ammonphosphat, 155 g Monocalciumphosphat und 33 g primäres Harnstoffphosphat werden unter Rühren in Wasser gelöst und auf ι 1 aufgefüllt. Diese Lösung ist gemäß der Erfindung sofort gebrauchsfertig. An Stelle von 155 g Monocalciumphosphat können 170 g technisches Doppelsuperphosphat angewandt werden.

Mit dieser Lösung wird beispielsweise kaltgewalztes Magnetblech (Goßband) benetzt und anschließend auf 500⁰ C erhitzt. Nach 1 Minute ist die Schichtbildungsreaktion abgeschlossen.

Die erhaltenen festhaftenden Schichten sind bei der für kaltgewalztes Magnetblech notwendigen Entspannungsglühung noch bei 8oo° C in Luftoder Wasserstoffatmosphäre, unter Verwendung von inerter Atmosphäre, wie Stickstoff, sogar bei iooo⁰ C, beständig und erleiden keine Minderung des Isolationsvermögens.

Für Schichtstärken von 8 bis 10 μπι wurden folgende Isolationswerte gemessen: Auf unbelastetem Blech erfolgte Durchschlag bei >i5oV, bei Belastung von 15 kg/cm² erfolgte Durchschlag bei > 25 V.

Claims (9)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Lösung thermisch zersetzbarer Phosphate zur Herstellung von hitzebeständigen Phosphatschichten zur elektrischen Isolation auf Eisen und Stahl, insbesondere zum Isolieren von Magnetblechen, durch Aufbringen auf die Oberfläche und nachfolgendes Einbrennen des aufgebrachten Lösungsfilmes, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Erdalkaliphosphaten, insbesondere Monophosphaten, vorzugsweise des Calciums.

2. Lösung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Zusatz eines Netzmittels.

3. Lösung nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Zusatz eines inerten, vorzugsweise quellbaren, isolierenden Stoffes in feiner Verteilung.

4. Lösung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Boraten, SiIikaten und/oder Polyphosphaten.

5. Lösung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Zusatz von Erdalkaliphosphaten in solcher Menge, daß der P₂O₅-GeImIt der Lösung 200 bis 400 g/l beträgt.

6. Lösung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch Verwendung von Wasser als Lösungsmittel.

7. Lösung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch Verwendung von Alkohol oder einer Wasser-Alkohol-Mischung als Lösungsmittel.

8. Verfahren zur Anwendung der Lösung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche, beispielsweise das Magnetband, durch die Lösung hindurchgeführt und der auf ihr verbleibende Film der Lösung bei Temperaturen von 250 bis 8oo° C, vorzugsweise 400 bis 500⁰ C, aufgebrannt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von Walzen ein gleichmäßiger Flüssigkeitsfilm auf der zu isolierenden Oberfläche ausgebildet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:

Deutsche Patentschriften Nr. 828 576, 880679; USA.-Patentschrift Nr. 1 428 087.

© 609 658/432 10. (909 635/2 8.69)