JP5471081B2 - 半有機絶縁被膜付き電磁鋼板 - Google Patents
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(1) 溶接性、耐熱性を重視し、歪取り焼鈍に耐える無機被膜、
(2) 打抜性、溶接性の両立を目指し歪取り焼鈍に耐える樹脂含有の無機被膜(すなわち、半有機被膜)、
(3) 特殊用途で歪取り焼鈍不可の有機被膜
の3種に分類されるが、汎用品として歪取り焼鈍に耐えるのは、上記(1), (2)に示した無機成分を含む被膜であり、両者ともクロム化合物を含むものであった。
例えば、特許文献1には、少なくとも1種の2価金属を含む重クロム酸塩系水溶液に、該水溶液中のCrO3:100重量部に対し有機樹脂として酢酸ビニル/ベオバ比が90/10〜40/60の割合になる樹脂エマルジョンを樹脂固形分で5〜120重量部および有機還元剤を10〜60重量部の割合で配合した処理液を、基地鉄板の表面に塗布し、常法による焼付けを施して得た電気絶縁被膜を有する電磁鋼板が記載されている。
これらの問題は、300℃以下の比較的低温で焼き付けた場合に発生しやすい問題であり、200℃以下の場合には、その発生が顕著であった。一方で、焼付け温度は消費エネルギーおよび製造コストの低減等の観点から、できるだけ低くすべきである。
しかしながら、上記のような無機成分を用いた場合には、被膜形成後に被膜が白濁化する現象が生じた。さらに、歪取り焼鈍後には被膜の色が茶系の色調を帯び、甚だしい場合にはヒビ割れが生じることもあった。
本発明は、上記の知見に立脚するものである。
1.表面に、無機成分と有機樹脂からなる半有機絶縁被膜をそなえる電磁鋼板であって、
該無機成分としてZr化合物、B化合物およびSi化合物をそれぞれ、全無機成分における比率で、Zr化合物(ZrO2換算):10〜80質量%、B化合物(B2O3換算):1〜20質量%、Si化合物(SiO2換算):19〜70質量%含有し、
該無機成分と該有機樹脂の割合が、固形分換算で、無機成分:100質量部に対して有機樹脂:10〜100質量部であり、
さらに、アクリル酸イタコン酸共重合体、コハク酸およびクエン酸のうちから選んだ少なくとも一種の有機酸を、固形分換算で、無機成分:100質量部に対して5〜20質量部の割合で含有することを特徴とする半有機絶縁被膜付き電磁鋼板。
まず、本発明において、半有機被膜の無機成分として、Zr化合物、B化合物およびSi化合物を、前記の成分範囲に限定した理由について説明する。
なお、これらの成分の質量%は、全無機成分における比率である。
本発明において、Zr化合物としては、例えば、酢酸ジルコニウム、プロピオン酸ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、炭酸ジルコニウムアンモニウム、炭酸ジルコニウムカリウム、ヒドロキシ塩化ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、リン酸ジルコニウム、リン酸ナトリウムジルコニウム、六フッ化ジルコニウムカリウム、テトラノルマルプロポキシジルコニウム、テトラノルマルブトキシジルコニウム、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムトリブトキシアセチルアセトネート、ジルコニウムトリブトキシステアレート等が挙げられる。これらは、単独添加は勿論のこと、2種以上複合して用いることもできる。
本発明において、B化合物としては、ホウ酸、オルトホウ酸、メタホウ酸、四ホウ酸、メタホウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム等が挙げられ、これらを単独または複合して使用することができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、例えば、水に溶けてホウ酸イオンを生じさせるような化合物でもよく、またホウ酸イオンは直線型や環状に重合していてもよい。
これに対し、B化合物をZr化合物に適量配合することにより、Zr単独の場合に発生していた被膜割れが効果的に緩和され、耐粉吹き性を著しく改善することができる。
ここに、無機成分の全固形分に対するB化合物の含有量がB2O3換算で1質量%に満たないとその添加効果に乏しく、一方20質量%を超えると未反応物が被膜中に残存して、歪取り焼鈍後に被膜同士が融着する不具合(スティック)が発生するので、B化合物はB2O3換算で1〜20質量%の範囲に限定した。
Si化合物としては、コロイダルシリカ、フュームドシリカ、アルコキシシランおよびシロキサン等が挙げられる。
このSi化合物は、B化合物と同様、Zr化合物を単独で添加した場合の問題の解決に有用である。すなわち、Zr化合物を単独で用いた場合には耐食性や耐粉吹き性が劣化し、歪取り焼鈍板での耐キズ性も著しく劣化する傾向が見られたが、Si化合物を適量配合することによって、耐粉吹き性を大幅に改善することができる。
ここに、Si化合物の含有量が、無機成分の全固形分に対するSiO2換算値で19質量%に満たないと十分な耐食性が得られず、一方70質量%を超えると耐粉吹き性が劣化し、また歪取り焼鈍板での耐キズ性も劣化するのでSi化合物は19〜70質量%の範囲に限定した。
リン化合物:PO4換算で35質量%以下
本発明におけるリン化合物は、種々のリン酸およびリン酸塩を含むものである。ここに、リン酸としては、例えばオルトリン酸、無水リン酸、直鎖状ポリリン酸、環状メタリン酸が、またリン酸塩としては、リン酸Mg、リン酸Al、リン酸Ca、リン酸Zn等が好適である。
かようなリン化合物は、耐食性および耐キズ性の改善に有効に寄与するが、無機成分の全固形分に対するPO4換算値で35質量%を超えると、未反応物が被膜中に残存して耐水性を低下させるので、リン化合物はPO4換算で35質量%以下とすることが好ましい。
本発明において、有機樹脂としては特に制限はなく、従来から使用されている公知のものいずれもが有利に適合する。例えば、アクリル樹脂、アルキッド樹脂、ポリオレフイン樹脂、スチレン樹脂、酢酸ビニル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂等の水性樹脂(エマルジョン、ディスパーション、水溶性)が挙げられる。特に好ましくはアクリル樹脂やエチレンアクリル酸樹脂のエマルジョンである。
ここに、かかる有機酸の配合割合は、固形分換算で、無機成分:100質量部に対して5〜20質量部の範囲とする必要がある。
というのは、かかる有機酸の割合配合が5質量部に満たないと、被膜の白濁化を完全に防止することが難しく、一方20質量部を超えると耐水性が劣化するからである。
また、かかる有機酸は、アンモニアで中和されていることが好ましい。というのは、処理液中で安定となり、無機成分と有機成分との接触抑制剤として有効に作用することが可能となるためである。
乾燥後の絶縁被膜の成分が、無機成分:100質量部に対して、固形分換算で有機樹脂(エポキシ樹脂:荒川化学工業(株)商品名モデピクス302):10質量部で、無機成分がそれぞれ、全無機成分における比率で、炭酸ジルコニウムカリウム(日本軽金属(株)商品名ジルメル100):ZrO2換算で30質量%、ホウ酸(関東化学(株)一般試薬):B2O3換算で10質量%、シリカ(日産化学工業(株)商品名スノーテックスN):SiO2換算で60質量%含有する割合になるように、Zr化合物、B化合物、Si化合物および有機樹脂を脱イオン水に添加し、処理液とした。このとき、脱イオン水に対する添加濃度は50g/lとした。
この処理液を、板厚:0.5mmの電磁鋼板から幅:150mm、長さ:300mmの大きさに切り出した試験片の表面にロールコーターで塗布し、熱風焼付け炉にて到達鋼板温度:260℃の条件で焼付けした後、常温に放冷して、半有機絶縁被膜を形成した。
かくして得られた半有機絶縁被膜付き電磁鋼板の被膜外観について調査した結果、図1に示すように、被膜が白濁化しており、また割れの発生が見られた。
次に、無機成分および有機樹脂の種類および配合割合は、実験1と同じながら、さらにアンモニアで中和したアクリル酸イタコン酸共重合体を、無機成分:100質量部に対して、固形分換算で10質量部配合した処理液を準備した。そして、この処理液を、実験1と同様に電磁鋼板の表面に塗布し、焼き付けて得られた半有機絶縁被膜付き電磁鋼板の被膜外観について調査した。
その結果、図2に示すように、被膜の白濁化は全く見られず、透明で割れのない被膜を得ることができた。
ここに、添加剤は、絶縁被膜の性能や均一性を一層向上させるために添加されるもので、界面活性剤や防錆剤、シランカップリング剤、潤滑剤、酸化防止剤等が挙げられる。なお、かかる添加剤の配合量は、十分な被膜特性を維持する観点から、絶縁被膜の全固形分質量に対して10質量%程度以下とすることが好ましい。
すなわち、磁束密度の高いいわゆる軟鉄板(電気鉄板)やSPCC等の一般冷延鋼板、また比抵抗を上げるためにSiやAlを含有させた無方向性電磁鋼板などいずれもが有利に適合する。
本発明では、素材である電磁鋼板の前処理については特に規定しない。すなわち、未処理でもよいが、アルカリなどの脱脂処理、塩酸、硫酸、リン酸などの酸洗処理を施すことは有利である。
そして、この電磁鋼板の表面に、Zr化合物、B化合物およびSi化合物、さらにはリン化合物や、必要に応じて添加剤等を、有機樹脂および有機酸と共に所定の割合で配合した処理液を塗布し、焼き付けることにより絶縁被膜を形成させる。絶縁被膜用処理液の塗布方法は、一般工業的に用いられるロールコーター、フローコーター、スプレー、ナイフコーター等種々の方法が適用可能である。また、焼き付け方法についても、通常実施されるような熱風式、赤外式、誘導加熱式等が可能である。焼付け温度も通常レベルであればよく、到達鋼板温度で150〜350℃程度であればよい。
乾燥後の絶縁被膜の成分が表1−1,表1−2に示す割合になるように、Zr化合物、B化合物およびSi化合物、さらにはリン化合物や添加剤を、有機樹脂および有機酸と共に脱イオン水に添加し、処理液とした。なお、脱イオン水量に対する添加濃度は50g/lとした。
これらの各処理液を、板厚:0.5mmの電磁鋼板〔A230(JIS C 2552(2000))〕から幅:150mm、長さ:300mmの大きさに切り出した試験片の表面にロールコーターで塗布し、熱風焼付け炉により表1−1,表1−2に示す焼付け温度(到達鋼板温度)で焼付けした後、常温に放冷して、絶縁被膜を形成した。
かくして得られた半有機絶縁被膜付き電磁鋼板の白濁性、耐食性および耐粉吹き性について調べた結果を、表2に示す。
さらに、窒素雰囲気中にて750℃、2時間の歪取り焼鈍を行ったのちの耐キズ性、スティッキング性、打抜性および耐水性について調査を行い、得られた結果を表2に併記する。
<白濁性>
塗装焼付け後の表面を目視で観察し、判定した。
(判定基準)
◎;白濁全くなし、SEM観察による被膜割れなし
○;若干白いが、SEM観察で割れなし
△;若干白く、SEM観察で被膜割れ有り
×;白濁大
供試材に対して湿潤試験(50℃、相対湿度 >98%)を行い、48時間後の赤錆発生率を目視で観察し、面積率で評価した。
(判定基準)
◎:赤錆面積率 20%未満
○:赤錆面積率 20%以上、40%未満
△:赤錆面積率 40%以上、60%未満
×:赤錆面積率 60%以上
試験条件;フェルト接触面幅20mm×10mm、荷重:3.8kg/cm2(0.4MPa)、被膜表面を100回単純往復。試験後の擦り跡を目視観察し、被膜の剥離状態および粉吹き状態を評価した。
(判定基準)
◎:ほとんど擦り跡が認められない
○:若干の擦り跡および若干の粉吹きが認められる程度
△:被膜の剥離が進行し擦り跡および粉吹きがはっきりわかる程度
×:地鉄が露出するほど剥離し粉塵が甚大
試験条件;N2雰囲気、750℃で2時間保持して焼鈍したサンプル表面を鋼板せん断エッジで引っかき、キズ、粉吹きの程度を判定した。
(判定基準)
◎:キズ、粉吹きの発生がほとんど認められない
○:若干の擦り跡および若干の粉吹きが認められる程度
△:擦り跡および粉吹きがはっきりわかる程度
×:地鉄が露出するほど剥離し粉塵が甚大
50mm角の供試材10枚を重ねて荷重(200g/cm2:20kPa)をかけながら窒素雰囲気下で750℃,2時間の条件にて焼鈍を行った。ついで、供試材(鋼板)上に500gの分銅を落下させ、5分割するときの落下高さを調査した。
(判定基準)
◎:10cm以下
○:10cm超、15cm以下
△:15cm超、30cm以下
×:30cm超
供試材に対して、15mmφスチールダイスを用いて、かえり高さが50μmに達するまで打ち抜きを行い、その打ち抜き数で評価した。
(判定基準)
◎:100万回以上
○:50万回以上、100万回未満
△:10万回以上、50万回未満
×:10万回未満
供試材に対して、沸騰水蒸気中に30分暴露させ、外観変化を観察した。
(判定基準)
◎:変化なし
○:目視で若干の変色が認められる程度
△:目視で変色がはっきり認められる程度
×:被膜溶解
ただし、リン化合物が好適範囲を超えた発明例39は、耐食性が若干劣っていた。
また、絶縁被膜の付着量が好適範囲より少ない発明例40は、耐食性、打抜性が若干劣り、一方絶縁被膜の付着量が好適範囲より多すぎる発明例41は、白濁性、耐粉吹き性、耐水性が若干劣っていた。
これに対し、Zr化合物が適正範囲から外れた比較例1,2は、耐食性、耐粉吹き性、さらには焼鈍後耐キズ性、打抜性に劣っていた。
また、B化合物が適正範囲から外れた比較例3,4はそれぞれ、耐食性、スティッキング性に劣っていた。
Si化合物が適正範囲に満たない比較例5は、白濁性、耐食性に劣り、一方Si化合物が適正範囲を超えた比較例6は、耐粉吹き性、焼鈍後耐キズ性、打抜性に劣っていた。
有機樹脂が適正範囲に満たない比較例7は、耐粉吹き性、打抜性に劣っていた。一方、有機樹脂量が多すぎる比較例8は、焼鈍後耐キズ性に劣っていた。
有機酸が下限に満たない比較例9は、白濁性が劣り、一方有機酸が上限を超えた比較例10は、耐水性に劣っていた。
Claims (2)
- 表面に、無機成分と有機樹脂からなる半有機絶縁被膜をそなえる電磁鋼板であって、
該無機成分としてZr化合物、B化合物およびSi化合物をそれぞれ、全無機成分における比率で、Zr化合物(ZrO2換算):10〜80質量%、B化合物(B2O3換算):1〜20質量%、Si化合物(SiO2換算):19〜70質量%含有し、
該無機成分と該有機樹脂の割合が、固形分換算で、無機成分:100質量部に対して有機樹脂:10〜100質量部であり、
さらに、アクリル酸イタコン酸共重合体、コハク酸およびクエン酸のうちから選んだ少なくとも一種の有機酸を、固形分換算で、無機成分:100質量部に対して5〜20質量部の割合で含有することを特徴とする半有機絶縁被膜付き電磁鋼板。 - 前記無機成分として、さらにリン化合物(PO4換算)を、全無機成分における比率で35質量%以下の割合で含有することを特徴とする請求項1記載の半有機絶縁被膜付き電磁鋼板。
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