JP3527008B2 - 低鉄損一方向性電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents
低鉄損一方向性電磁鋼板およびその製造方法Info
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Description
優れ、かつ保管時の錆発生が著しく少ない一方向性電磁
鋼板およびその製造方法に関するものである。
使用されることから鉄損が低いことが求められ、このた
めに磁気損失の低減のための開発が行われてきた。特に
磁化容易軸を圧延方向に揃えた方向性電磁鋼板は鉄損が
低く、変圧器など低鉄損が必要とされる機器に広く利用
されている。
軸である圧延方向に張力を加えると鉄損がさらに下がる
という特性があるため、特公昭53−28375号公報
にあるように、鋼板表面に燐酸アルミニウム−酸化珪素
−酸化クロムからなる無機質の被膜原料を塗布した後に
焼き付け、鋼板との熱膨張差で鋼板に張力を加えて鉄損
を改善する方法が提案されている。
絶対値が小さいほど張力の付与効果が大きいため、低熱
膨張かつ高ヤング率の材質からなる被膜を方向性電磁鋼
板上に形成することが望ましい。このような化合物とし
ては様々なものが考えられるが、焼き付け法による被膜
の形成法では、高温で焼き付けを行わなければならない
等の問題がある。
は塗布焼き付け法で生成の困難なTiN等の被膜を気相
法にて生成し、鉄損を大きく改善する方法が提案されて
いる。気相法による被膜形成は、通常の被膜の形成条件
では高い焼き付け温度を必要とする被膜組成でも比較的
低温に鋼板表面を保ったままで行えるとの利点がある
が、真空系を要し、また処理時間も長いためにコストの
面での問題が大きかった。
公報にあるように、ゾルゲル法を用いて比較的低温で鋼
板表面に張力被膜を形成する方法が開示されている。こ
れによれば、通常の被膜の焼き付け法により、燐酸アル
ミニウム−酸化珪素−酸化クロム複合被膜より優れた低
熱膨張性、高ヤング率を示す硼酸アルミニウムが形成で
き、この被膜を有した方向性電磁鋼板は低鉄損となり、
良好な磁気特性が得られる。
アルミニウム−酸化珪素−酸化クロム複合被膜を有する
鋼板に比べて耐腐食性に劣ることがあり、高湿度中に放
置しておくと発錆を起こす場合があった。
ける被膜よりも張力付与効果に優れ、かつ耐錆性に優れ
た被膜を有する方向性電磁鋼板と、これを簡便な方法に
より得ることを目的としたものである。
ステライト質の酸化物被膜を有する鋼板上に、金属ニッ
ケルを含む第一層と、第一層の上に形成された硼酸アル
ミニウムを含む第二層の二層からなる被膜を有し、低鉄
損で耐水性に優れ、保管時の錆発生が著しく少ない一方
向性電磁鋼板に関するものである。
物被膜あるいはニッケル被膜が地鉄を被覆し、該ニッケ
ル被膜の厚さが0.1〜1.0μmである一方向性電磁
鋼板を要旨とする。また、フォルステライト質の酸化物
とニッケルの複合層からなる第一層中のニッケルの占め
る割合が10wt%以下(0は含まず)であり、第二層中
の硼酸アルミニウムの占める割合が50wt%以上である
ことを要旨とする。さらに、このような一方向性電磁鋼
板で、硼酸アルミニウムが結晶質として第二層全体に対
して占める割合が50wt%以上であることを要旨とす
る。
方法として、フォルステライト質の仕上げ焼鈍被膜を有
する鋼板に無電解ニッケルメッキを行った後、第二層と
して硼素成分とアルミニウム成分を含む塗布液を作製
し、これを鋼板上に塗布し、400〜1000℃にて焼
き付けを行なうことを要旨とする。
硼酸アルミニウム被膜を形成した一方向性電磁鋼板では
低い鉄損が実現できるが、保管時の環境が高温高湿であ
ると錆が発生する場合があるが、この錆は硼酸アルミニ
ウムを透過した水分が、フォルステライト質の仕上げ焼
鈍による酸化物被膜(一次被膜と呼ぶ)の欠落している
部分を通して電磁鋼板の地鉄に到達するために発生する
ものと考えられる。
ると錆の問題はなくなるが、これは硼酸アルミニウム被
膜が緻密な被膜となって地鉄までの水分の透過量が減少
するためと考えられる。しかし高い温度で硼酸アルミニ
ウム被膜を形成することは生産上効率的ではなく、でき
るだけ低い温度で十分な耐錆性をもつ低鉄損の方向性電
磁鋼板が得られることが望ましい。
アルミニウム被膜を形成する前の、一次被膜を有した鋼
板を無電解ニッケルメッキ処理すると、高温で硼酸アル
ミニウム被膜を形成しなくても耐錆性が著しく向上する
ことを見いだした。この結果は、一次被膜が欠落してい
る部分にニッケル被膜が形成されるために、水分が地鉄
まで浸透することが防止されるためと考えられる。
部あるいは水分が透過しやすい部位の地鉄を覆うことが
必要である。従って、一次被膜欠落部のニッケル層は水
分の透過を防ぐ十分な量が必要であるが、ニッケル層が
過度に厚いと鉄損が悪化するため、これには適正な上限
がある。この上限は1.0μmとすると良い。またニッ
ケル層の下限は水分の透過防止が実現できる範囲で薄い
ほど良いが、0.1μm以上あればよい。
も、一次被膜が欠落している部分が多いとニッケルが一
次被膜中に占める重量割合が多くなるが、このような場
合は鉄損が悪化する。従って、ニッケル被膜の量をその
厚さ以外に一次被膜中での重量割合で規定すると、耐錆
性と鉄損値について良い結果が得られる。
膜を侵さない程度の希硫酸にてニッケル層を溶解し、そ
の溶液中のニッケル量を分析した後、一次被膜をフッ酸
等で溶解し、その溶液中の一次被膜のフォルステライト
量を分析すれば知ることができる。良好な鉄損と耐錆性
を得るためにはニッケルが一次被膜中に占める重量を1
0wt%以下(0は含まず)とすると良く、望ましくは8
wt%以下(0を含まず)である。
させるためには非晶質の硼酸アルミニウム相でも十分で
あるが、より大きな張力を発生させるためには結晶質の
硼酸アルミニウムとすることが望ましい。硼酸アルミニ
ウムとよばれる成分系には、Al4 B2 O9 ,Al18B
4 O33があり、実際にはこの混合系や準安定状態の硼酸
アルミニウムが生成するが、このいずれの結晶系でも張
力付与層とすることができる。
ム相が占める割合は、50wt%以上であれば十分な張力
付与効果が期待でき、より望ましくは硼酸アルミニウム
相の割合が80wt%以上である。さらに、張力付与層の
なかで結晶質硼酸アルミニウム相が占める割合は、50
wt%以上であれば十分な張力付与効果が期待でき、より
望ましくは結晶質硼酸アルミニウム相の割合が70wt%
以上である。
顕や、X線回折、XPSによる手法を用いることができ
る。被膜中の化合物の量を決めるためには透過型電顕に
よる透過像、電子線回折像の結果を用いる。
与を目的としているため、薄すぎると鋼板への付与張力
が十分ではなく、厚すぎると大きな張力が得られるが、
鋼板をトランスコアに組み立てた場合の占積率の低下を
もたらすために望ましくないため、その厚さは鋼板両面
の第一層の被膜を合わせて鋼板の0.5〜2%の範囲と
すると良い結果が得られる。
法について述べる。ニッケル浴は、硫酸ニッケル10〜
15wt%水溶液に還元剤、pH安定剤として、それぞれ
次亜燐酸ソーダ0.5〜1wt%、酢酸ソーダ0.5〜
1.0wt%加えたものを80〜90℃に保って用いる。
このニッケル浴は市販の無電解メッキ液を用いることも
できる。密着の良いニッケル層を得るため、ニッケル浴
の前に軽い酸洗を行うと地鉄の表面を整えられ、耐錆性
に良い結果が得られる。酸としては熱した希硫酸等がよ
い。
層を形成する。この層は特開平4−222850号公報
にある技術を用いて形成する。すなわちこの被膜は硼素
成分とアルミニウム成分を含む塗布液を作製し、これを
鋼板上に塗布、乾燥し、焼き付ける手法により得ること
ができる。
酸を用いると良く、硼酸の形態としてはオルト硼酸、メ
タ硼酸、酸化硼素等のいずれでも良いが、作業性の面か
らオルト硼酸が適当である。
ウム前駆体を用いると良い結果が得られる。酸化アルミ
ニウム前駆体とは、酸化アルミニウムはもとより、ベー
マイトに代表される酸化アルミニウムの水和物、水酸化
アルミニウム等を指す。また、硝酸アルミニウム、塩化
アルミニウム等のアルミニウム塩類も用いることがで
き、アルミニウム源としては特にこれらに限定されるも
のではない。
の制御性はよく塗布が行なわれれば良い。従って、ロー
ルコーターによる方法、刷毛塗り、スプレー法などが適
用でき、塗布方法は限定されない。
の温度は400〜1000℃とすると良く、700〜9
00℃で特によい結果が得られる。焼き付け温度をこの
範囲に限った理由は、焼き付け温度が低すぎると目的の
化合物が得られないか、該化合物の生成のために長時間
の焼き付けが必要となるためであり、焼き付け温度が高
すぎると特に問題はないが効率が悪くなるためである。
磁鋼板であり、これは従来公知の方法で仕上げ焼鈍を行
って、表面にフォルステライト質の一次被膜が形成され
た鋼板、あるいはこれを水素中で平坦化焼鈍を施した鋼
板などを指す。以下に本発明を実施例に基づいて説明す
るが、本発明は本例のみに限定されるものではない。
浴し、仕上焼鈍済みのフォルステライト質からなる一次
被膜を有する方向性電磁鋼板(Siを3.1%含有、板
厚0.2mm)に、処理時間を変えて85℃にて無電解メ
ッキを行った。処理時間を変えたのはニッケル層の厚さ
を制御するためである。ニッケル層の厚さは、第一層の
断面を走査型電子顕微鏡にて観察して測定した。
(工業グレードH3 BO3 )、ベーマイトゾル(平均粒
径100nm)を原料として表2の組成比とし、これに純
水を加えて作製した塗布液を焼き付け後に鋼板片面当た
り2μmとなるように塗布し、水素を含んだ窒素雰囲気
中で1000℃にて5分間の焼き付けを行い、第二層を
形成した。この被膜をX線回折にて解析したところ、硼
酸アルミニウム(Al4 B2 O9 )が生成していた。
ころ、被膜の40〜90wt%が硼酸アルミニウム結晶
(Al4 B2 O9 )で構成されていた。このなかで、第
二層中での硼酸アルミニウム結晶が50wt%以下では低
い鉄損の鋼板が得られなかった。硼酸アルミニウム結晶
以外に第一層の被膜を構成しているのは、XPSおよび
化学分析の結果より、硼酸アルミニウムと酸化硼素の非
晶質の混合物と確認された。
鋼板についての耐錆性、鉄損を表3及び表4に示す。こ
の表にある試験材は全て第二層の50%以上が硼酸アル
ミニウム結晶質で構成されていた。表3はニッケル層の
厚さを変えた場合、表4はニッケル層の厚さをほぼ一定
にして、一次被膜に対するニッケル量の違いで整理した
ものである。表4でニッケル層の厚さがほぼ一定にも関
わらず、ニッケル量が異なるのは、鋼板によって一次被
膜の性状が異なり、一次被膜に覆われていない地鉄の部
分の面積が異なる場合があるためである。
の雰囲気中に1週間放置してその前後の重量変化で評価
したが、錆が発生すると重量増加(表中で正の値)が認
められるため、重量増加が少ないものほど耐錆性が良い
と判断した。
性が改善されており、さらにニッケル層の厚さが0.1
μm以上で鋼板の耐食性が大きく向上していることが分
かる。しかし、ニッケル層が厚すぎると鉄損が悪化する
ため、ニッケル層の厚さを1μm以下とすると良い。つ
まり、ニッケル層の厚さの適正な範囲は0.1〜1μm
である。
1〜1μmの範囲であっても、一次被膜に対するニッケ
ル量が10wt%を越えると鉄損が悪化する。従って、ニ
ッケル量の一次被膜に対する比率は10wt%以下(0を
含まず)とすると良い。なお表3、4において、実験 N
o. 2,6,7,12,13は「(比較例)」と記載して
いるが、これらは本願請求項2,3の実施例を示す実験
No. 3,4,5,8〜11に対する比較例であって、い
ずれも本発明の範囲内である。
効果の大きい被膜を有することにより鉄損が著しく改善
され、また耐錆性にも優れる一方向性電磁鋼板を得るこ
とができる。
Claims (5)
- 【請求項1】 表面にフォルステライト質の酸化物被膜
を有する鋼板上に、金属ニッケルを含む第一層と、硼酸
アルミニウムを含む第二層との二層からなる被膜を有し
てなることを特徴とする低鉄損一方向性電磁鋼板。 - 【請求項2】 フォルステライト質の酸化物被膜あるい
はニッケル被膜が地鉄を被覆し、ニッケル被膜の厚さが
0.1〜1.0μmであることを特徴とする請求項1に
記載の低鉄損一方向性電磁鋼板。 - 【請求項3】 フォルステライト質の酸化物とニッケル
の複合層からなる第一層中のニッケルの占める割合が1
0wt%以下(0は含まず)であり、第二層中の硼酸アル
ミニウムの占める割合が50wt%以上であることを特徴
とする請求項1又は2に記載の低鉄損一方向性電磁鋼
板。 - 【請求項4】 硼酸アルミニウムが結晶質として第二層
全体に対して占める割合が50wt%以上であることを特
徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の低鉄損一方
向性電磁鋼板。 - 【請求項5】 請求項1乃至4のいずれかに記載の低鉄
損一方向性電磁鋼板を製造するに際し、フォルステライ
ト質の仕上げ焼鈍被膜を有する鋼板に無電解ニッケルメ
ッキを行った後、第二層として硼素成分とアルミニウム
成分を含む塗布液を作製し、これを鋼板上に塗布、乾燥
し、400〜1000℃にて焼き付けを行なうことを特
徴とする低鉄損一方向性電磁鋼板の製造方法。
Priority Applications (1)
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JP08856496A JP3527008B2 (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 低鉄損一方向性電磁鋼板およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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JPH09279358A JPH09279358A (ja) | 1997-10-28 |
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08856496A Expired - Fee Related JP3527008B2 (ja) | 1996-04-10 | 1996-04-10 | 低鉄損一方向性電磁鋼板およびその製造方法 |
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Country | Link |
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JP (1) | JP3527008B2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080308425A1 (en) * | 2007-06-12 | 2008-12-18 | Honeywell International, Inc. | Corrosion and wear resistant coating for magnetic steel |
-
1996
- 1996-04-10 JP JP08856496A patent/JP3527008B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
JPH09279358A (ja) | 1997-10-28 |
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