JPH04124282A

JPH04124282A - 方向性珪素鋼板への絶縁被膜の形成方法

Info

Publication number: JPH04124282A
Application number: JP2242810A
Authority: JP
Inventors: Kazuki Kobayashi; 和樹小林; Susumu Yoshioka; 進吉岡; Tomohiro Arasawa; 荒沢　友浩
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 1992-04-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は方向性珪素鋼板の製造方法に係わり、特に密着
性がよく、平滑で鉄損低減効果の大きい絶縁被膜を形成
する方法に関する。

〔従来の技術〕

方向性珪素鋼板は、変圧器などの鉄心材料に広く使用さ
れている電ｍ綱板である。電気機器の省エネルギー化、
あるいは発熱による温度上昇を防ぐという観点から鉄損
を低減することが要求されている。一般に方向性珪素鋼
板では、鋼板に張力を付与することにより鉄損が低下す
ることが知られており、鋼板の表面に高温で絶縁被膜を
形成し、絶縁被膜と鋼板の熱膨張差を利用して、冷却後
銅板に張力を付与する方法が実用化されている。

例えば、特公昭５９−１１６７０号記載の発明では、圧
延鋼板を脱炭焼鈍し、鋼板表面に酸化マグネシウムＭｇ
Ｏを主成分とする焼鈍分離剤を塗布し、これを１，１０
０〜１．３００℃で仕上げ焼鈍してフォルステライト（
Ｍ　ｇｚ　Ｓ　ｉ、　０４）を主成分とする無機鉱物層
を形成する。さらにこのフォルステライト層の上に、シ
リカゾルを主成分とし、りん酸アルミニウムと無水クロ
ム酸を粘結剤とする塗布液（例えばシリカゾル：１０重
量％、りん酸アルミニウム：２０重量％、無水クロム酸
：２重量％、残部：水）を塗布・焼付けし絶縁被膜を形
成するという方法により、鋼板に対して張力を付与し鉄
損を低減している（特開昭５０−７９４２号、特公昭５
３−２８３７５号）。

また最近、仕上げ焼鈍後に鋼板表面のフォルステライト
層を除去した後に、鋼板に密着性の良い絶縁被膜を形成
する方法として、イオンブレーティングによる窒化物や
炭化物の被膜形成法が提案されている（特公昭６３−５
４７６７号）。

〔発明が解決しようとする課題〕上記提案においては次の問題点があった。すなわち、無
機鉱物層（フォルステライト等）が存在しない方向性珪
素鋼板に上記の従来技術を適用しようとすると、ａ板表
面にフォルステライト層が無いので鋼板とりん酸アルミ
ニウムが反応し、鉄損低減効果はあるものの反応によっ
て生成した水素ガスによって被膜内部に微細な気泡を形
成して平滑な絶縁被膜を形成できない。

一方、りん酸アルミニウム濃度を低下させると（例えば
シリカゾル：１４重量％、りん酸アルミニウム：１２重
量％、無水クロム酸＝２重量％、残部：水）、平滑な表
面は得られるものの鉄損低減効果は低下してしまう。

また、イオンブレーティング法による方法は、フォルス
テライト層の無い鋼板表面に密着性の良い平滑な被膜を
形成できるが、特殊な装置を必要とし、製造コストが高
くなるという問題点があった。

本発明の目的は、表面にフォルステライト層が存在しな
い゛珪素鋼板に対して、塗布・焼付けによる鉄損低減（
張力発生）効果が大きく、かつ、被膜表面が平滑な絶縁
被膜を低コストで形成する方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、無機鉱物層が存在しない鋼板を温度、濃度
、時間を限定したりん酸アルミニウムと無水クロム酸の
混合液に浸漬して、鋼板表面にりん酸でのエツチングと
りん酸アルミニウムの析出を同時に行いアンカー層を形
成した後、りん酸アルミニウム濃度の低い塗布液（例え
ばシリカゾル：１４重量％、りん酸アルミニウム：１２
重量％、無水クロム酸：２重量％、残部：水）を塗布し
て焼き付けることにより達成される。

鋼板表面にフォルステライトのような無機鉱物層が存在
しない鋼板は、鋼板表面に金属が剥き出しになっている
ため酸化されやすい状態にある。

このような鋼板をりん酸アルミニウム濃度の高い塗布液
に浸漬塗布・焼付けを行うと鋼板と塗布液の反応により
水素ガスを発生する。このままの状態で焼き付けられた
被膜中には水素ガスによる気泡が取り込まれて被膜表面
に凹凸を生じてしまう。

しかしながら、ある程度のエツチングは平滑な鋼板表面
に凹凸を持たせ被膜の密着性を増加させるために必要で
ある。何故ならば、エツチングされた鋼板表面にりん酸
アルミニウムが析出して効果的なアンカー層を形成する
ためである。

そこで被膜塗布・焼付けに先立って銅板を、りん酸アル
ミニウム濃度２０〜４０重量％単独又はりん酸アルミニ
ウム濃度２０〜４０重量％、無水クロム酸濃度１〜２重
量％、液温１５〜２５℃の溶液に１０〜９０分間浸漬し
て、綱板の反応率を１〜５％としアンカー効果を発揮さ
せる。その後、りん酸アルミニウム濃度が鋼板と反応し
ない程度に低い塗布液を塗布して焼き付ける。また、こ
のとき必要であれば浸漬の後で水洗を行って、りん酸ア
ルミニウム溶液又はりん酸アルミニウムと無水クロム酸
混合液を落とし、過度の反応の進行を防止してもよい。

〔作用〕

前もって行う浸漬処理において、銅板はりん酸アルミニ
ウム溶液中に含まれる遊離りん酸と反応する。このとき
鋼板表面より水素ガスを発生しなからＦｅが溶出する（
エツチング）。

Ｆ　ｅ　＋　２Ｈｓ　　ＰＯａ　　−Ｆ　ｅ　　（Ｈｚ
　　ＰＯｎ）ｚ　　＋Ｈ２このときりん酸が消費される
ので、第一りん酸アルミニウムの分解によりりん酸を補
充し同時に不溶性のりん酸アルミニウム（Ａ　ｊ２　Ｐ
　Ｏａ　）　カ析出する。

Ａｉ　　（８２ＰＯ４）：ｌ→Ａ７！ＰＯａ　＋２Ｈ３
ＰＯ４このエツチングとりん酸アルミニウムの析出が同
時に起こり鋼板表面を凹凸にすることにより、鋼板は塗
布液との密着性を良くするためのアンカー効果を発揮し
て強力な張力が発生し、十分な鉄損低減効果を与えるも
のである。しかし、表面にフォルステライト層が存在し
ない鋼板は、焼付は時に高温条件を経由することもあっ
て過度に上記の反応が進行して多くの気泡を発生してし
まう。

さらに過剰な反応が進行した場合には、鋼板表面の形状
に大きく影響される保磁力が増加し鉄損の悪化を招くこ
とになる。

本発明は焼付けと、鋼板とりん酸アルミニウムの反応を
別々に行うことより、反応を適度に制御することができ
、過度の気泡を発生させることが↑ 無く、制御された反応で適度にアンカー物質が生成され
た後に、りん酸アルミニウム濃度の低い被膜が塗布焼き
付けられるので、鉄損低減効果を損なうことなく平滑な
表面を持つ被膜が得られる。

なお、無水クロム酸は鋼板とりん酸アルミニウムの反応
を促進する酸化剤として作用するもので、その濃度は１
〜３重量％が好ましい。

〔発明の実施例〕

次に本発明の具体例を詳細に説明する。第１図は、本発
明による絶縁被膜の形成工程を示すブロック図である。

矢印は工程の流れを示す。

図中の１０１は、鋼板表面に無機鉱物層（フォルステラ
イト等）が存在しない方向性珪素鋼板、１０２は該珪素
鋼板１０１の表面にアンカー効果を持つ層を形成するた
めに浸漬液で処理するアンカー層の形成工程、１０４は
アンカー層形成後の珪素鋼板１０３に絶縁被膜成分を塗
布する工程、１０６は絶縁被膜成分が塗布された後の珪
素鋼板１０５の焼付は工程である。

工程１０２では浸漬液のりん酸アルミニウム２０〜４０
重量％、無水クロム酸１〜２重量％、液温１５〜２５℃
で１０〜９０分とし鋼板の反応率は１〜５％の範囲が好
適である。また、このとき化合物被膜形成後の珪素鋼板
１０３は付着している浸漬液と反応が進行するので、必
要であれば浸漬の後で水洗を行って、りん酸アルミニウ
ムと無水クロム酸混合液を落とし、過度の反応の進行を
防止してもよい。

工程１０４ではシリカゾル９〜１３重量％、第一りん酸
アルミニウムとしてりん酸アルミニウム１４〜２０重量
％、無水クロム酸１〜３重量％からなる塗布液を塗布す
る。

工程１０６の焼付けは３００〜９００℃の範囲で行うが
、−旦５００℃程度で焼き付けた後、歪み取り焼鈍を兼
ねた７５０℃以上の熱処理を行っても良い。

本発明は以上の主要工程からなり、鋼板表面に無機鉱物
層（フォルステライト等）が存在しない方向性珪素鋼板
１０１に平滑で密着性が良い被膜を形成し鉄損を大幅に
低減した低鉄損方向性珪素鋼板１０７を得ることができ
る。

次に本発明の具体例をより詳しく説明する。実験には、
熱処理に焼鈍分離剤を塗布することなく、真空２Ｘ１０
−’Ｔｏｒｒ中、１２００’Ｃで７時間熱処理した３次
再結晶粒よりなる方向性珪素鋼板で、８００℃で１時間
歪み取り焼鈍した後の鉄損Ｗ＋７１５゜（１，７Ｔ、５
０Ｈｚにおける鉄損）＝０゜８２Ｗ／ｋｇ、磁束密度Ｂ
ｌｌ　（８ｏｏＡ／ｍにおける磁束密度）＝１．９６７
、板厚０．０８５ｍｍのものを用いた。

浸漬液、塗布液として使用するりん酸アルミニウム溶液
としては、市販の第一りん酸アルミニウムの５０％水溶
液を用いた。また塗布液として使用するシリカゾル溶液
としては、コロイド状シリカ２０％を含有する市販のス
ノーテックス０（日産化学商品名）を用いた。塗布液の
塗布は浸漬法で行い、液切り時間は１５秒とした。液切
り時間とは、試料を塗布液から引き上げてから焼付は炉
に挿入されるまでの時間である。

（実施例１）上述の熱処理によって得た三次再結晶粒よりなる板厚０
．０８５ｍｍの方向性珪素鋼板から、幅ＩＱｍｍ、圧延
方向の長さ１００ｍ、ｍの試験片を切り出し、８００℃
で１時間歪み取り焼鈍した。鉄構値はＷ＋ｔｚｓ。−０
，８２ｗ／ｋｇ、磁束密度はＢ８＝１．９６Ｔであった
。

この試料をりん酸アルミニウム２５重量％、無水クロム
酸１重量％からなる浸漬液に、液温２０℃で３０分間浸
漬した後、シリカゾル９重量％、りん酸アルミニウム１
９重量％、無水クロム酸１重量％からなる塗布液を浸漬
法で塗布、液切り時間を１５秒とし、５００℃で焼き付
けた後、歪み取り焼鈍を兼ねた８００℃、１時間の熱処
理をＡｒ雰囲気中で行い、その後、鉄損（Ｗ＋ｔ／ｓ。

）を測定した。鉄損の測定は単板試験器を用いた。被膜
表面の凹凸は肉眼及び走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によ
り観察して、被膜表面の気泡による膨らみの有無で判定
した。また、被膜の密着性を試験するためφ２０曲げ試
験を行い表面の剥離の有無を確認した。

第１表に被膜処理前及び被膜処理後の試料の歪み取り焼
鈍後の鉄損を示したが、ＷＢｚｓ。−０，５２ｗ／ｋｇ
という低鉄損特性を示した。また、曲げ試験による剥離
は見られず良好な密着性を示した。さらにＳＥＭ観察に
おいても被膜中に気泡の存在は認められず、平滑な被膜
が形成された。

またここで、浸漬液の無水クロム酸の濃度を２及び３重
量％に変えた浸漬液についても同様の結果であった。

第１表 ※剥離はφ２０曲げ試Ｍ、後（実施例２）実施例１と同じ方向性珪素鋼板から得た実施例Ｉと同じ
寸法、特性の試料をりん酸アルミニウム２５重量％から
なる浸漬液に、液温２０℃で３０分間浸漬した後、シリ
カゾル９重量％、りん酸アルミニウム１９重量％、無水
クロム酸１重量％からなる塗布液を浸漬法で塗布、液切
り時間を１５秒とし、５００℃で焼き付けた後、歪み取
り焼鈍を兼ねた８００℃１時間の熱処理をＡｒ雰囲気中
で行い、その後、鉄損（Ｗ＋？／Ｓ。）を測定し実施例
１と同様の評価を行った。

結果は実施例１と同様、Ｗ＋７ｙｓ。≦０．５５Ｗ／ｋ
ｇという低鉄損特性を示した。また曲げ試験による剥離
は見られず良好な密着性を示した。さらにＳＥＭ観察に
おいても被膜中に気泡の存在は認められず、平滑な被膜
が形成された。

（比較例１）実施例１と同じ寸法、特性の試料に対して、鋼板表面を
浸漬液で処理することなく塗布剤の塗布焼付けを行った
。

塗布液としてシリカゾルを１１重量％、無水クロム酸を
２．５重量％含む溶液にりん酸アルミニウム濃度を１０
〜２５重量％に変えて調整した。この溶液を上記の三次
再結晶粒よりなる方向性珪素鋼板に浸漬塗布し、５００
℃で焼き付けた後、８００℃１時間の熱処理をＡｒ雰囲
気中で行った。

このときのりん酸アルミニウム含有量と鉄損低減率の関
係を第２図に示す。りん酸アルミニウム濃度２０重量％
以上では、鉄損低減率は４０％以上を達成した。しかし
、被膜表面には気泡含有による凹凸が存在した。一方、
りん酸アルミニウム濃度２０重量％以下では、気泡の含
有による被膜表面の凹凸は無いものの鉄損低減率は１０
％以下であった。

ここで、りん酸アルミニウム濃度２０重量％以下で鉄損
低減率が低いのは鋼板表面が平滑なために、鋼板と被膜
の間の密着性が不十分であるためと考えられる。一方、
りん酸アルミニウム濃度２０重量％以上では、被膜表面
に気泡含有による凹凸が存在するものの鉄損低減率は４
０％以上を達成した理由は、鋼板とりん酸アルミニウム
溶液中の遊離りん酸の反応によるエツチング及びりん酸
アルミニウムの析出により鋼板表面に適度なアンカー効
果を持つ層を形成して被膜との密着性を向上したためだ
と考えられる。このことは被膜中に鋼板とりん酸のエツ
チング反応により性成した水素ガスによる気泡を取り込
んでいることからも明らかである。

以上のことから鋼板表面にフォルステライトのような無
機鉱物層が存在しない銅板表面に平滑な被膜を形成する
ためには、鋼板とりん酸アルミニウムを含む溶液との反
応を適度に制御し、水素ガスが発生しない状態で被膜を
焼き付けなければならない。そこで鋼板とりん酸アルミ
ニウムを含む溶液との反応率について検討した。第３図
、第４図はりん酸アルミニウム溶液への浸漬条件と鋼板
腐食率の関係を示している。鋼板腐食率は、鋼板の重量
減少量を浸漬前の重量で割ったものと定義した。第２図
で鉄損低減率の大きかったりん酸アルミニウム２０重量
％以上では常温（２０℃）で１〜５％の鋼板が反応して
いる。また第３図から、溶液温度としては反応を進行さ
せるために１５℃以上が、過度の反応を防止するために
２５℃以下が最適である。

（比較例２）実施例１と同じ寸法、特性の試料に対して、りん酸アル
ミニウム１５重量％、無水クロム酸２重量％からなる浸
漬液に、液温２０℃で３０分間浸漬した。その後、シリ
カゾル９重量％、りん酸アルミニウム１９重量％、無水
クロム酸１重量％からなる塗布液を浸漬法で塗布、液切
り時間を１５秒とし、５００℃で焼き付けた後、歪み取
り焼鈍を兼ねた８００℃１時間の熱処理をＡｒ雰囲気中
で行い、その後、鉄損（Ｗ＋７／Ｓ。）を測定し実施例
１と同様の評価を行った。

結果はＷ＋７／Ｓ。−０，８１ｗ／ｋｇであった。また
、りん酸アルミニウム濃度を１０．４５．５０重量％に
変えた浸漬液についても同様に鉄損は改善されなかった
。このことからりん酸アルミニウム濃度１５重量％以下
では鋼板との反応が不十分であり、また４５重量％以上
では反応が過剰であることがわかる。反応が過剰である
と、鋼板表面の形状に大きく影響される保磁力が増加し
鉄損の悪化を招くことになる。

（比較例３）実施例１と同じ寸法、特性の試料に対して、りんＭ２５
重量％からなる浸漬液に、液温２０℃で３０分間浸漬し
た。その後、シリカゾル９重蓋％、りん酸アルミニウム
１９重量％、無水クロム酸１重量％からなる塗布液を浸
漬法で塗布、液切り時間を１５秒とし、５００℃で焼き
付けた後、歪み取り焼鈍を兼ねた８００℃１時間の熱処
理をＡｒ雰囲気中で行い、その後、鉄損（Ｗ！？／Ｓ。

）を測定し実施例１と同様の評価を行った。

結果はＷ＋？１５１１　＝　０．９　ｗ／　ｋ　ｇとな
り、被膜形成前の鉄損値より悪くなった。また、浸漬液
としてりん酸の他に硝酸、塩酸溶液についても同様の検
討を行ったが、同様の結果であった。このことからエツ
チングを行う浸漬液はりん酸アルミニウム溶液を含むも
のに限定される。

〔発明の効果〕

本発明によれば、鋼板表面に無機鉱物層（フォルステラ
イト層等）を持たない方向性珪素鋼板の表面に密着性が
良く、平滑で鉄損低減効果の大きい絶縁被膜を形成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方向性珪素鋼板の被膜形成工程を
示すブロック図、第２図はりん酸アルミニウム濃度と鉄
損低減率の関係を示す特性図、第３図はりん酸アルミニ
ウム溶液温度と鋼板腐食率の関係を示す特性図、第４図
はりん酸アルミニウム濃度と針板腐食率の関係を示す特
性図である。１０１・・・方向性珪素鋼板、１０２・・・アンカー層
形成工程、１０４・・・塗布工程、１０６・・・焼付は
工程。第区七すク轟１因第−リン詐げルミニウムｊ亀ＰＩＬ（ｗｔ’／、）〆ア４マ区 ○ 溶竣私度（’Ｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋼板表面に無機鉱物層の存在しない方向性珪素鋼
板をりん酸アルミニウム溶液に浸漬し、りん酸アルミニ
ウムと鋼板を反応させ鋼板表面にりん酸アルミニウム層
を形成させた後、シリカゾル９〜１３重量％、第一リん
酸アルミニウム１４〜２０重量％、無水クロム酸及びク
ロム酸塩の１種または２種以上が１〜３重量％からなる
塗布液を塗布し、これを３００℃〜９００℃の温度で焼
き付けることを特徴とする低鉄損方向性珪素鋼板への絶
縁被膜の形成方法。
（２）請求項（１）記載において、前記りん酸アルミニ
ウム層を形成させるために浸漬する浸漬液の組成及び濃
度が、第一リん酸アルミニウム２０〜４０重量％単独、
または第一リん酸アルミニウム２０〜４０重量％及び無
水クロム酸１〜２重量％として、液温１５〜２５℃にお
いて３０〜９０分間処理することを特徴とする低鉄損方
向性珪素鋼板への絶縁被膜の形成方法。