JP3071663B2 - ぬれ性の優れた一方向性電磁鋼板の絶縁被膜形成方法 - Google Patents

ぬれ性の優れた一方向性電磁鋼板の絶縁被膜形成方法

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JP3071663B2 JP7104594A JP10459495A JP3071663B2 JP 3071663 B2 JP3071663 B2 JP 3071663B2 JP 7104594 A JP7104594 A JP 7104594A JP 10459495 A JP10459495 A JP 10459495A JP 3071663 B2 JP3071663 B2 JP 3071663B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、フォルステライト被膜
のない一方向性電磁鋼板上、さらには鏡面ないしはそれ
に近い状態に調整した仕上げ焼鈍後の一方向性電磁鋼板
に、絶縁被膜形成用塗布剤を塗布するさいのぬれ性の優
れた一方向性電磁鋼板の絶縁被膜形成方法に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】一方向性電磁鋼板は磁気鉄芯材料として
多用されており、特にエネルギーロスを少なくするため
に鉄損の少ない材料が求められている。鉄損の低減は鋼
板に張力を付与することが有効であることが知られてい
る。鋼板に張力を付与するためには、鋼板より熱膨張係
数の小さい材質からなる被膜を高温で形成することが有
効である。仕上げ焼鈍工程で鋼板表面の酸化物と焼鈍分
離剤とが反応して生成するフォルステライト被膜は、鋼
板に張力を与えることができ、被膜密着性も優れてい
る。さらに、特開昭48−39338号で開示されたコ
ロイド状シリカと燐酸塩を主体とするコーティング液を
焼き付けることによって絶縁被膜を形成する方法は、鋼
板に対する張力付与の効果が大きく、鉄損低減に有効で
ある。従って、仕上げ焼鈍工程で生じた被膜を残したう
えで、上記のような張力性の絶縁コーテングを施すこと
が一般的な一方向性電磁鋼板の製造方法となっている。
【0003】また、方向性電磁鋼板を用いて鉄芯を製造
するさいには、巻鉄芯あるいは積み鉄芯のいずれの場合
にも、鋼板表面の絶縁被膜の性質は重要である。例えば
巻鉄芯の場合には圧縮成形、巻取焼鈍を経てレーシング
と呼ばれる巻線作業を行ってトランスを製造する。この
一連の作業のさいに重要であるのは、鋼板表面の良好な
すべり性の確保および歪取焼鈍後の表面被膜相互間での
焼き付きによる歪の誘起や被膜剥離を低減することであ
る。このため、絶縁被膜のすべり性および耐熱性は方向
性電磁鋼板を鉄芯に加工するうえで非常に重要である。
【0004】従来、仕上げ焼鈍後にすべり性および耐熱
性の良好な絶縁被膜を形成する技術、すなわち仕上げ焼
鈍工程で鋼板表面の酸化物と焼鈍分離剤とが反応して生
成されるフォルステライト被膜上に、すべり性および耐
熱性の良好な絶縁被膜を形成する技術は、特開昭61−
41778号、特開平3−39484号で示されるよう
に、コーティング液中のコロイド状シリカの粒子径およ
び燐酸塩の液組成を変化させることにより達成されてい
る。
【0005】一方、フォルステライト系被膜と地鉄の乱
れた界面構造が、鉄損に対する被膜張力効果をある程度
相殺していることが判明してきた。そこで、例えば特開
昭49−96920号公報に開示されているごとく、仕
上げ焼鈍工程で生ずるフォルステライト質被膜を除いた
り、さらに鏡面化仕上げを行った後、張力被膜を改めて
形成することにより、さらなる鉄損低減を試みる技術が
開発された。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】このような鏡面状の鋼
板の上に絶縁被膜を施す場合には、フォルステライト被
膜上への絶縁被膜形成のさいには存在しなかった新たな
問題が生じてくる。すなわち、塗布時にコーティング液
の鋼板上へのぬれ性が悪くなることである。この理山
は、鋼板表面が鏡面あるいは鏡面に近い場合には、鋼板
表面の汚染あるいは分子の吸着によって、最表面の状態
が微妙に変化し、ぬれ性に影響を及ぼすからである。こ
れまでは、鏡面上にすべり性、耐熱性が良好である絶縁
コーティングを塗布した場合には、ぬれ性が悪いため絶
縁被膜が十分なものではなかった。つまり、フォルステ
ライト被膜のない鋼板へ絶縁被膜形成を行う場合には、
コーティング液の鋼板上へのぬれ性と、絶縁被膜のすべ
り性、耐熱性を両立する技術は従来存在しなかった。本
発明このような問題点を解決した絶縁被膜形成方法を開
発することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するものであって、フォルステライト被膜のない一方向
性電磁鋼板上に絶縁被膜を形成するにあたり、絶縁被膜
形成用塗布剤成分が、30nm以下の粒子径を有するコ
ロイド状シリカが固形分重量で50〜95%、80〜2
000nmの粒子径を有するコロイド状シリカが固形分
重量で5〜50%からなるコロイド溶液100重量部に
対して、Al,Mg,Ca,Znの燐酸塩の1種または
2種以上を130〜250重量部、無水クロム酸、クロ
ム酸塩、重クロム酸塩の1種または2種以上を10〜4
0重量部から成る組成であって、燐酸塩中の燐酸アルミ
ニウム(重燐酸アルミニウムとして計算)を重量比で9
0%以上含むことを特徴とする、ぬれ性の優れた一方向
性電磁鋼板の絶縁被膜形成方法である。
【0008】
【作用】本発明は燐酸塩とコロイド状シリカを主成分と
するコーティングに関して、燐酸塩中の燐酸アルミニウ
ムの重量を増加させることによりフォルステライト被膜
のない鋼板へのぬれ性を改善し、かつコロイド状シリカ
の粒子径およびその重量組成を変化させることですべり
性および耐熱性の優れた絶縁被膜の形成を可能とするも
のである。以下、本発明を詳細に説明する。
【0009】本発明者らは、フォルステライト被膜のな
い鋼板上にすべり性、耐熱性の良好な絶縁被膜形成のた
め、以下のような試験を行なった。試料材は、約3%S
iを含有する0.23mm板厚の最終仕上げ焼鈍済みの
一方向性電磁鋼板において、酸洗によりフォルステライ
ト被膜を除去し、板厚0.22mmとしたものを用い
た。さらに、被膜密着性を確保するために850℃×1
20sで焼鈍を施すことにより鋼板表面にSiO2 被膜
を形成させた。
【0010】表1に示すようにコーティング液は、コロ
イド状シリカの粒子径を1種または2種、燐酸塩を1種
または3種として試験を行った。特開昭61−4177
8、特開平3−39484に示されているように、異な
る粒子径を持つコロイド状シリカおよび燐酸塩の種類の
混合は、絶縁被膜のすべり性、耐熱性向上を考えるうえ
で重要である。塗布後の焼き付けは、850℃×120
sで行った。
【0011】
【表1】
【0012】本試験の結果を表2に示す。塗布のさいの
ぬれ性は、実験室においてコーティング直後の乾燥終了
後に、コーティング液で完全に被覆されているか
(○)、または一部塗れていない箇所があるか(×)で
判断した。すべり摩擦係数(FF値)は挟み板の間に試
料を置き、挟み板の上に重錘を乗せたときに試料を引き
出す力をバネ計りで測定し、すべり摩擦係数を導出し
た。耐熱性(スティッキング性)は、3cm×4cmの
板を積層し、これを80kg/cm2 の締め付け圧力で
結束してN2 雰囲気中で850℃×4hrの歪取焼鈍を
施し、焼鈍後の鋼板の剥離荷重をバネ計りで測定した。
【0013】
【表2】
【0014】表1の条件と表2の結果を対応することに
より、すべり摩擦係数、耐熱剥離荷重は、コーティング
液中のコロイド状シリカの粒子径およびその重量組成に
大きく依存し、またコーティング液塗布のさいのぬれ性
は液中の燐酸塩の種類に依存することがわかる。従って
今回の試験では、試料a、bはすべり摩擦係数、耐熱剥
離荷重共に大きいため、すべり性、耐熱性において不適
当であり、試料cはすべり摩擦係数、耐熱剥離荷重共に
小さいため、すべり性、耐熱性において優れるが、塗布
時のぬれ性が悪いため実際に用いることはできない。
【0015】そこで、コーティング液塗布のさいの良好
なぬれ性およびすべり性、耐熱性の向上を両立させるた
め、本発明者らはコーティング液中のコロイド状シリカ
の粒子径およびその重量組成の調整により絶縁被膜形成
後のすべり性、耐熱性向上に加え、コーティング液中の
燐酸塩の重量比で燐酸アルミニウムの割合を増加させる
ことによりぬれ性を改善した。
【0016】具体的には、30nm以下の粒子径を有す
るコロイド状シリカが固形分重量で50〜95%、80
〜2000nmの粒子径を有するコロイド状シリカが固
形分重量で5〜50%からなるコロイド溶液100重量
部に対して、Al,Mg,Ca,Znの燐酸塩の1種ま
たは2種以上を130〜250重量部、無水クロム酸、
クロム酸塩、重クロム酸塩の1種または2種以上を10
〜40重量部から成る組成において、燐酸塩中の燐酸ア
ルミニウム(重燐酸アルミニウムとして計算)を重量比
で90%以上含むコーティング液を用いることを新規に
知見した。以下に本発明における諸条件の限定理由につ
いて述べる。
【0017】コロイド状シリカについては、ベースとな
る微粒子状のものは30nm以下の粒子径であることが
重要であり、30nmを超えると張力性絶縁被膜の鉄損
改善効果の減少、および全体の粒子径の粗大化による被
膜のすべり性の劣化が見られる。微粒子のコロイド状シ
リカに配合される粗粒子のコロイド状シリカの粒子径は
80〜2000nmである。粒子径が80nmに満たな
いと、すべり性の改善効果は得られない。一方、粒子径
が2000nmを超えると、すべり性および耐熱性効果
があっても、製品を積層するときに占積率の低下をもた
らすため好ましくない。
【0018】次に、コロイド状シリカと燐酸塩の配合
は、コロイド状シリカをSiO2 として100重量部に
対し、Al,Mg,Ca,Znの燐酸塩の1種または2
種以上を130〜250重量部である。コロイド状シリ
カ100重量部に対する燐酸塩の配合割合が130重量
部より少ないと、コロイド状シリカに対するバインダー
の不足から形成後の絶縁被膜に亀裂を生じ、絶縁被膜に
よる張力効果を喪失するため好ましくない。一方、配合
割合が250部重量部を超えると、被膜の外観の自濁化
あるいは張力効果の減少を招き、さらには歪取り焼鈍で
の耐熱性の劣化が急激に進むため上限を250重量部に
限定する。
【0019】クロム酸は、燐酸塩の量に応じて配合され
る。燐酸塩130〜250重量部に対し、10重量部未
満では、被膜成分中のフリー燐酸をCrPO4 生成等の
反応によって安定化させるために必要な量とならず、ベ
タツキ発生の原因となる。一方、40重量部を超える
と、フリーのクロム酸が過剰となり、この場合もベタツ
キを生じる。従って、クロム酸は10〜40重量部配合
する必要がある。
【0020】燐酸塩中の燐酸アルミニウム(重燐酸アル
ミニウムとして計算)の重量比については、図1に示す
ように、燐酸塩中の燐酸アルミニウムの重量比が90%
未満であると、コーティング液をフォルステライト被膜
のない鋼板上に塗布したさいに、ぬれ性が悪化するた
め、その下限を90%とした。すなわち図1はコーティ
ング液の塗布時のぬれ性と燐酸塩中の燐酸アルミニウム
の重量比の関係を示している。コーティング溶液は20
%コロイド状シリカ100cc(粒子径10nmまたは
150nm)、50%燐酸塩50ccから成る。燐酸塩
の組成は、燐酸Alと燐酸Mgを横軸に示す割合で混合
したものである。ぬれ性は、鋼板1枚当りのぬれ性劣化
部分(ぬれていない部分)の数で評価した。
【0021】
【実施例】
実施例1 約3%Siを含有する0.23mm板厚の最終仕上げ焼
鈍済みの一方向性電磁鋼板において、酸洗によりフォル
ステライト被膜を除去したものを試料材として用い、表
3に示す組成のコーティング液を使用した。表4はコー
ティング液の塗布のさいのぬれ性と焼き付け焼鈍後の耐
熱性試験の結果を示している。耐熱性が良好な試料、つ
まり耐熱剥離荷重が小さい試料はd、fであるが、試料
dは塗布のさいにコーティング液のぬれ性が悪く、従っ
て焼き付け焼鈍後の被膜形成状態に劣化、つまり絶縁被
膜が形成されていない部分が見られた。このような被膜
形成劣化は製品板の磁気特性にも悪影響を及ぼす。すな
わち、被膜形成劣化に伴い張力付与による鉄損改善効果
が小さくなる。試料fで示すように、本発明により、フ
ォルステライト被膜のない鋼板上に、コーティング液の
良好なぬれ性を確保しつつ、耐熱性を改善することが可
能となった。
【0022】
【表3】
【0023】
【表4】
【0024】実施例2 約3%Siを含有する0.23mm板厚の冷延板を、特
開平5−267547で示されているごとく、Fe系酸
化物の生成しない酸化度の雰囲気ガス中で脱炭焼鈍を行
い、最終仕上げ焼鈍後に鏡面に近い状態に達成した材料
を用い、表3に示す組成のコーティング液を使用して実
験を行った。表5は各試料へ塗布するコーティング液の
種類と塗布の際のぬれ性、耐熱性、すべり性の結果を示
している。液のぬれ性、耐熱性、すべり性ともに優れて
いるのは、本発明による塗布液を用いた試料iである。
【0025】
【表5】
【0026】
【発明の効果】本発明により、フォルステライト被膜の
ない一方向性電磁鋼板において、絶縁被膜塗布剤を塗布
するさいのぬれ性の優れた絶縁被膜形成が可能となっ
た。本発明は、超低鉄損材であるフォルステライト被膜
のない電磁鋼板の製品化に大きく貢献するものであり、
その工業的意義は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】燐酸塩中の燐酸アルミニウムの割合とぬれ性と
の関係を示すグラフ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 修一 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株 式会社 技術開発本部内 (72)発明者 田中 収 千葉県富津市新富20−1 新日本製鐵株 式会社 技術開発本部内 (56)参考文献 特開 平5−311353(JP,A) 特開 平4−124282(JP,A) 特開 平3−130377(JP,A) 特開 昭53−28043(JP,A) 特開 平3−207868(JP,A) 特開 昭52−25296(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 22/00 - 22/86

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フォルステライト被膜のない一方向性電
    磁鋼板上に絶縁被膜を形成するにあたり、絶縁被膜形成
    用塗布剤成分が、30nm以下の粒子径を有するコロイ
    ド状シリカが固形分重量で50〜95%、80〜200
    0nmの粒子径を有するコロイド状シリカが固形分重量
    で5〜50%からなるコロイド溶液100重量部に対し
    て、Al,Mg,Ca,Znの燐酸塩の1種または2種
    以上を130〜250重量部、無水クロム酸、クロム酸
    塩、重クロム酸塩の1種または2種以上を10〜40重
    量部から成る組成であって、燐酸塩中の燐酸アルミニウ
    ム(重燐酸アルミニウムとして計算)を重量比で90%
    以上含むことを特徴とする、ぬれ性の優れた一方向性電
    磁鋼板の絶縁被膜形成方法。
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