KR101480504B1 - 방향성 전기강판용 장력코팅 조성물, 이를 이용한 방향성 전기강판의 장력피막 형성방법 및 이에 의해 제조되는 방향성 전기강판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 방향성 전기강판용 장력피막 조성물, 이를 이용한 방향성 전기강판의 장력피막 형성방법 및 이에 의해 제조되는 방향성 전기강판에 관한 것으로, 콜로이달 실리카, 금속 인산염, 유기치환 콜로이달 실리카 및 산화촉진제를 포함하되, 상기 유기치환 콜로이달 실리카는 콜로이달 실리카의 산소 일부를 유기물로 대체한 것인 방향성 전기강판용 장력코팅 조성물 및 이를 이용한 방향성 전기강판의 장력피막 형성방법 및 이에 의해 형성되는 방향성 전기강판이 개시된다.

Description

방향성 전기강판용 장력코팅 조성물, 이를 이용한 방향성 전기강판의 장력피막 형성방법 및 이에 의해 제조되는 방향성 전기강판{TENSION COATING COMPOSITE FOR ORIENTED ELECTRICAL STEEL STEET, FORMING METHOD OF TENSION COATING USING THE SAME AND ORIENTED ELECTRICAL STEEL STEET USING THE METHOD}

본 발명은 방향성 전기강판용 장력코팅 조성물, 이를 이용한 방향성 전기강판의 장력피막 형성방법 및 이에 의해 제조되는 방향성 전기강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 통상 탈탄소둔 공정에서 생성되는 베이스 코팅층의 형성을 방지하는 방향성 전기강판용 장력코팅 조성물 및 이를 이용한 절연피막 형성방법에 관한 것이다.

일반적으로 방향성 전기강판이란 3.1% Si성분을 함유한 것으로써 결정립의 방위가 (110)[001]방향으로 정열된 집합조직을 가지며, 압연방향으로 극히 우수한 자기적 특성을 가지고 있어 이를 이용하여 변압기, 전동기, 발전기 및 기타 전자 기기 등의 철심 재료로 사용된다.

최근, 고자속밀도급의 방향성 전기강판이 상용화되면서 철손이 적은 재료가 요구되고 있다. 전기강판에 있어 철손 개선은 네 가지 기술적 방법으로 접근할 수 있다.

첫째, 방향성 전기강판의 자화용이축을 포함하고 있는 {110} <001> 결정립 방위를 압연방향으로 정확하게 배향하는 방법, 둘째, 재료의 박물화, 셋째, 화학적, 물리적 방법을 통해 마그네틱 도메인을 미세화하는 자구미세화 방법, 넷째, 표면처리 등과 같은 화학적 방법에 의한 표면 물성 개선 또는 표면장력 부여 등이 있다.

대표적인 예로써 방향성 전기강판 표면의 성질을 적극적으로 개선함으로써 소재의 자성을 개선할 수 있는데 공정중 탈탄소둔 과정에서 필연적으로 생성되는 산화층과 코일의 융착방지제로 사용되는 MgO 슬러리의 화학적 반응을 통해 생성되는 베이스 코팅층을 제거함으로써 그 목적을 이룰 수 있다.

베이스 코팅을 제거하는 기술은 통상재와 같이 이미 베이스 코팅이 형성된 제품을 황산 또는 염산으로 강제적으로 제거하는 방법과 더불어 베이스 코팅을 생성하는 과정에서 베이스 코팅을 제거 또는 억제하는 기술(이하 '글라스리스(Glassless)'라 한다)이 제안되었으며(미국특허 4543134), 크게 소둔분리제인 MgO에 염화물을 첨가한 후 고온소둔공정에서 표면 에칭효과를 이용하는 기술과 소둔분리제로 Al₂O₃분말을 도포하여 고온소둔공정에서 베이스 코팅 자체를 형성시키지 않는 기술의 두 가지 방향으로 진행되었다.

상기와 같은 기술의 궁극적인 방향은 결국 전기강판 제조에 있어 통상 탈탄소둔 공정에서 생성되는 산화층과 코일의 융착방지제로 사용되는 MgO 슬러리의 화학적 반응을 통해 생성되는 베이스 코팅층을 의도적으로 방지하여 제품의 자성열화를 초래하는 표면 피닝 사이트(Pinning Site)를 제거함으로써 방향성 전기강판의 자성을 획기적으로 개선한 제조방법에 관한 것이다.

그러나, 베이스 코팅 프리형 전기강판을 제조하였을 때 가장 큰 문제점은 제조된 소재의 표면이 너무 미려하고 조도가 낮기 때문에 소재 위에 절연코팅 형성이 가장 어려우며, 소재자체의 베이스 코팅 부재로 인해 일반 절연코팅제로써는 통상의 방향성 전기강판이 요구하는 수준의 절연을 맞출 수 없는 문제가 있었다.

한편, 베이스 코팅이 배제된 글라스리스 타입의 방향성 전기강판의 경우 코팅제의 밀착성이 통상재 대비 현저히 불량하며 이를 극복할 수 있는 방법들이 다양하게 제시되었다. 일본특허 1993-279746호를 보면 포스테라이트 피막이 없는 방향성 전기강판 위에 얇은 산화층 형성을 통한 전처리법으로 절연코팅의 밀착성을 향상시켰으며, 일본특허 1993-311453호에는 황산액에 시편을 침지하여 표면에 미소피트를 형성하는 방법을 통하여 피막과 소재간의 양호한 접착을 유도하였다.

그러나, 상기 기술에서 사용된 방법은 모두 코팅 전에 전처리 과정이 필수적이며 이러한 경우는 전처리에 의한 비용상승과 공정의 복잡성 때문에 글라스리스 또는 베이스 코팅 프리 형태의 강판의 상업화를 저해할 수 있다.

따라서, 글라스리스 또는 베이스 코팅 프리와 같이 포스테라이트 피막이 없는 타입의 강판에 효과적인 코팅제 개발이 시급하다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위한 본 발명은 분자구조 중 일부가 유기물질로 치환된 유기치환 실리카, 콜로이달 실리카 및 금속 인산염 등을 이용한 장력코팅 조성물, 이를 이용하여 절연과 밀착성이 우수한 방향성 전기강판용 장력피막 형성방법 및 이에 의해 제조되는 방향성 전기강판을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 콜로이달 실리카, 금속 인산염, 유기치환 콜로이달 실리카 및 산화촉진제를 포함하되, 상기 유기치환 콜로이달 실리카는 콜로이달 실리카의 산소 일부를 유기물로 대체한 것인 방향성 전기강판용 장력코팅 조성물이 제공될 수 있다.

상기 금속 인산염은 제1인산 마그네슘(Mg(H₂PO₄)₂)과 제1인산 알루미늄(Al(H₂PO₄)₃)의 혼합액이고, 상기 금속 인산염 용액 100 중량부에 대하여 상기 콜로이달 실리카는 15~50 중량부, 상기 산화촉진제는 2~15 중량부를 포함할 수 있다.

상기 금속 인산염은 상기 제1인산 마그네슘과 제1인산 알루미늄이 0.5/9.5~3/7의 부피비로 혼합될 수 있다.

상기 유기치환 콜로이달 실리카는 금속 인산염 용액 100 중량부에 대하여 70~150 중량부가 혼합될 수 있으며, 상기 유기치환 콜로이달 실리카에 포함된 유기물은 알킬기, 메틸기, 에틸기 및 프로필기 중에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 콜로이달 실리카는 고체분율이 25~35중량%인 것을 특징으로 한다.

상기 산화촉진제는 NaNO₃, Zn(NO₃), Ni(NO₃), 과붕산나트륨(Sodium perborate), 피리딘(Pyridine), 황산 히드록실 아민(Hydroxyl amine sulfate), 브롬산 나트륨(Sodium Bromate), 염산 히드록실 아민(Hydroxyl ammonium chloride), N-사이클로헥실술팜산(N-Cyclohexylsulfamic acid)로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 장력코팅 조성물을 마무리 소둔된 1차 피막을 가진 방향성 전기강판 상에 도포하고, 550~900℃에서 가열하여 장력피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판용 장력피막 형성방법이 제공될 수 있다.

상기 장력코팅 조성물은 15~25℃의 온도범위로 제어되는 것을 특징으로 하며, 상기 도포량은 0.5~6.0 g/m² 범위에 걸쳐 실시하는 것을 특징으로 하며, 상기 가열시간은 10~50초인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 하나 또는 다수의 실시예에서는 상기 방법 중 어느 하나의 방법에 의해 형성되는 방향성 전기강판이 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면 소재 표면의 조도가 매우 낮고 광택이 우수한 베이스 코팅 프리 방향성 전기강판의 코팅제의 밀착성을 향상시킬 수 있다.

또한, 장력코팅제를 도포, 건조시 코팅제 내에 있는 유기성분이 열적 소실에 의해 규칙적인 미세한 공극 형태를 유도함으로써 절연성을 향상시킬 수 있으며, 금속 인산염의 고체분율을 적절히 조절함으로써 우수한 밀착성을 확보하여 궁극적으로 피막에 의한 장력을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래의 무기성분계 코팅제 건조시의 분자구조를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 장력코팅 조성물의 건조시 분자구조를 도시한 것이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명에 따른 실시예에서는 방향성 전기강판용 장력코팅제를 제조함에 있어 종래의 글라스리스 타입의 방향성 전기강판 또는 베이스 코팅 프리 소재에 적용시 베이스 코팅층의 부재로 인한 절연 불량을 코팅제 내에 유기치환 실리카를 도입하고, 고온 건조시 실리카 내의 유기물의 선택적 열적열화 및 이에 따른 나노 다공성 공극을 유도하였다.

또한, 본 발명에 따른 실시예에서는 방향성 전기강판(소재)과 코팅제간의 밀착성 불량을 금속 인산염의 고체분율을 적절히 조절함으로써, 소재와의 우수한 접착성 및 계면특성을 나타내며, 이에 상응하여 피막 장력을 향상시키도록 하였다.

먼저, 이하에서는 종래의 일반적인 Cr-타입 장력코팅제의 주요성분을 고찰해 본다.

전기강판에 피막장력을 부여하기 위해서는 콜로이달 실리카, 코팅제 및 강판 계면에 접착력을 부여하는 금속 인산염, CrO₃ 그리고 기타 기능성을 보강하기 위한 미량의 첨가제로 구성된다. 따라서, 이러한 구성에서 Cr이 배제되게 되면 밀착성 및 코팅에 의한 궁극적으로 피막에 의한 장력 부여능이 저하되게 되며, 글라스리스(glassless) 타입의 방향성 전기강판 또는 철손이 극히 양호하고 표면이 미려한 베이스 코팅 프리 소재에 장력코팅 적용시 베이스 코팅층의 부재 및 표면조도가 통상재에 비하여 미려하기 때문에 피막형성 후 절연 및 밀착성 확보가 어려웠다.

통상, Cr계 장력코팅제의 주요성분은 피막장력을 부여하는 콜로이달 실리카, 코팅제와, 강판 계면에 접착력을 부여하는 금속 인산염(제1인산 마그네슘(Mg(H₂PO₄)₂)과 제1인산 알루미늄(Al(H₂PO₄)₃) 혼합액), CrO₃ 그리고 기타 기능성을 보강하기 위한 미량의 첨가제를 포함한다.

이때, 콜로이달 실리카는 장력코팅제에 피막장력을 부여하는 역할을 하고, 금속 인산염은 장력코팅제의 바인더로 사용되어 코팅제와 모재간의 밀착력을 제공한다.

이렇게 밀착성을 제공하는 금속 인산염은 건조온도에 따라 탈수 축합 반응이 진행되면서 조막 반응도 진행되는데, 그 반응식은 하기와 같다.

- 저온 상태 (코팅제 온도 ≤ 550 ℃)

인산염: 2Al(H₂PO₄)₃ --> Al₂(H₂P₂O₇)₃ + 3H₂O ↑ ---------------(1)

- 고온 상태 (코팅제 온도 ≥ 650 ℃)

인산염: nAl₂(H₂P₂O₇)₃ --> [Al(PO₃)₃]_2n + 3nH₂O ↑ ---------------(2)

이때, Cr이 코팅제 내에 존재하는 경우에는 상기 식(1)과 같은 저온상태에서 존재하는 자유인산염을 다음과 같은 반응을 통해 저온에서 조막이 가능한 상태로 만들 수 있다.

CrO₃ + 2H₃PO₄ --> Cr(PO₄)₂ + 6 H₂O --------------------(3)

상기와 같이 Cr을 함유하고 있는 장력코팅제의 경우 식(3)에서와 같이, 산화크롬은 피막 건조 후 스티키(sticky) 불량을 일으키는 자유인산 발생을 억제함은 물론 저온에서도 인산염의 반응성을 향상시킨다.

또한, 피막건조시 6가 크롬(Cr⁶⁺)이 코팅제 내에 존재하는 물과 반응하여 H₂CrO₄ 화합물로 변하며, H₂CrO₄는 강판에 존재하는 Fe와 반응하여 FeO를 생성함으로써 FeO와 금속 인산염과 반응할 수 있는 상태를 만든다. 이러한 작용은 강판과 코팅제 간의 밀착성을 향상시키는데 많은 도움을 주며, 결과적으로 피막장력의 향상에 도움이 된다.

뿐만 아니라, Cr⁶⁺는 생성된 FeO와도 반응하여 Cr³⁺로 환원되기도 하며 환원된 Cr³⁺의 축합중합에 의해 피막치밀성을 높일 수 있고, 이는 피막장력 향상에 지대한 영향을 미친다. 그러나, 크롬이 배제되게 되면 이러한 영향을 가질 수 없기 때문에 본 발명에 따른 실시예에서는 장력코팅제 성분 각각의 건조 메커니즘과 전기절연성 및 피막장력과의 관계에 주목하였다.

본 발명에 따른 실시예에서는 상기 성분들간의 건조 메커니즘이 다르고, 건조가 완벽하게 이루어지지 않을 때 절연성과 코팅 밀착성이 저하됨을 알게 되었다. 특히, 장력코팅제를 구성하는 물은 각각의 성분 자체가 가지고 있는 물과 전체적으로 비중을 맞추어 주기 위해 첨가된 물로 구성되어 있는데 이들의 건조 메커니즘에 대한 해석은 아직까지 알려져 있지 않은 실정이다.

그러나, 본 발명에 따른 실시예에서는 장력코팅제 성분 중 금속 인산염 특히, 제1인산 마그네슘(Mg(H₂PO₄)₂) 인산염의 건조속도가 다른 성분에 비하여 열위하며, 코팅 성분 중 금속 인산염의 구성 성분비를 제1인산 알루미늄(Al(H₂PO₄)₃) 위주로 설계하여 코팅제 건조 능력을 향상시킬 수 있도록 하였다.

따라서, 금속 인산염의 경우에는 후술되는 실시예1에서와 같이, 제1인산 마그네슘과 제1인산 알루미늄의 혼합액을 구성할 때 제1인산 마그네슘/제1인산 알루미늄의 비가 0.5/9.5~3/7의 범위를 유지하는 것이 소재와 피막간의 밀착성이 가장 우수하였으며 이에 관한 사항은 실시예1에서 후술하기로 한다.

이와 더불어 코팅과 강판과의 밀착성도 향상되어 코팅제의 주요 목적인 인장응력을 향상시킬 수 있으며, 밀착성이 향상됨에 의해 코팅에 의한 인장응력은 하기 식 (4)에 의해 확인될 수 있다.

식 (4)에서 보는 바와 같이, 코팅제 건조시 800℃ 이상의 고온에서 발생되는 실리카의 연쇄반응 외에 저온에서 발생될 수 있는 성분간의 복합적인 화학반응에 의한 공고한 피막 형성 과정 및 이렇게 생성된 물질이 모재와 코팅제의 바인더 역할을 하는 금속 인산염과의 반응을 통해 접착력을 추가적으로 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

따라서, 피막에 의한 장력을 측정함에 의해 밀착성을 간접적으로 확인 할 수 있으며, 본 발명에 따른 실시예에서는 제1인산 마그네슘/제1인산 알루미늄의 비가 0.5/9.5~3/7에서 피막장력이 가장 우수함을 확인하였다.

그러나, 후술하는 실시예1의 표 1에서 알 수 있듯이, 코팅제 내의 금속 인산염의 성분 조정에 의해 밀착성 확보는 가능하나 절연은 통상재에 비하여 극히 저조하며, 이로 인해 제품의 상업화 요구수준에는 부합될 수 없었다. 이와 같은 이유는 종래의 글라스리스 타입의 방향성 전기강판 또는 베이스 코팅 프리 소재에 적용시 베이스 코팅층의 부재로 제품의 절연은 절연코팅 단독효과 밖에 기대할 수 없었고, 종래의 방향성 전기강판 제품과 같이 베이스 코팅층과 장력코팅에 의한 이중절연효과를 볼 수 없었기 때문이다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 본 발명에 따른 실시예에서는 종래의 절연코팅, 즉 장력코팅에 의한 절연기여도의 한계성을 파악하여, 베이스 코팅에 의한 절연기여도 없이 오직 장력코팅 단독에 의해 절연성을 확보하고자 하였다.

이를 위해 본 발명에 따른 실시예에서는 유전율이 낮은 물질을 코팅제 내에 도입하여 유전계수가 가장 낮은 공기층을 코팅제 내에 형성할 수 있도록 하였다.

상기에서 살펴본 바와 같이 종래의 장력코팅제의 주요성분들은 무기물질로 이루어져 있어, 건조 조건인 850℃ 부근에서는 열적으로 안정하고 매우 치밀한 형태의 피막을 형성하게 된다. 그러나, 절연향상만을 목적으로 치밀한 피막에 다공질의 불규칙한 공극을 형성하게 되면 코팅 표면이 습기와 같은 물질의 침투에 의해 내식성이 급격히 저하되는 현상을 발견하였다.

결국, 치밀하게 형성된 피막의 절연성을 향상시키면서 내식성이 저하되는 현상을 방지하기 위해서는 피막에 나노 수준의 공극을 균일하게 형성하는 것이 관건인데, 본 발명에 따른 실시예에서는 유기치환된 콜로이달 실리카를 코팅제에 도입하고, 코팅제 건조시 유기치환된 화학사슬만 선택적으로 열적 열화(degradation)를 유도함으로써 피막내에 아주 미세한 기공을 형성하도록 하였다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 장력코팅제의 건조시 분자구조를 도시한 것인데, 도 2를 참조하면, 유기치환된 화학사슬에서 유기치환된 콜로이달 실리카만을 선택적으로 열화시킴으로써 피막 내에 미세 공극이 형성된 것을 알 수 있다.

반면, 도 1은 종래의 장력코팅제의 건조시의 분자구조를 도시한 것인데, 도 1을 참조하면, 건조시에 공극이 형성되지 않음을 알 수 있다.

상기와 같은 방법으로 피막의 절연성은 향상되고, 내식성은 저하되지 않은 나노기공형 장력코팅제를 얻을 수 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 장력피막 조성물에 대하여 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 실시예에서의 장력피막 조성물은 유기치환 콜로이달 실리카, 금속 인산염, 콜로이달 실리카 및 산화촉진제를 포함한다. 상기 유기치환 콜로이달 실리카는 피막의 절연성 향상에 결정적 기여를 한다. 본 발명에 따른 실시예에서의 유기치환 콜로이달 실리카는 콜로이달 실리카 성분 중 산소 성분을 부분적으로 유기물로 대체한 것을 의미한다.

본 발명에 따른 실시예에서의 장력피막 조성물은 상기 금속 인산염 용액 100 중량부에 대하여 콜로이달 실리카 15~50 중량부, 유기치환 콜로이달 실리카는 70~150 중량부 및 산화촉진제 2~15 중량부를 포함한다.

만약, 상기의 유기치환 콜로이탈 실리카의 첨가량이 70 중량부 미만인 경우에는 피막 내에 적당한 기공을 형성하지 못하여 피막절연성이 떨어지고, 150 중량부를 초과하는 경우에는 피막내에 거친 기공을 형성하여 내식성이 저하되므로 본 발명에 따른 실시예에서의 유기치환 콜로이달 실리카의 함량은 상기 범위로 한정한다. 이때, 유기치환 실리카에 포함된 유기물질은 알킬기, 메틸기, 에틸기, 프로필기 중에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.

또한, 상기 콜로이달 실리카는 코팅제 소부시 열팽창 계수가 낮은 세라믹층을 형성하여 소재에 인장응력을 부여하는 작용을 하며, 금속 인산염 용액 100 중량부에 대하여 콜로이달 실리카 15~50 중량부를 포함한다. 본 발명에 따른 실시예에서는 상기 콜로이달 실리카의 고체분율이 25~35중량%인 것을 사용하며, 특히 pH가 산성 타입의 물질을 사용한다.

만약, 상기 콜로이탈 실리카의 첨가량이 15 중량부 미만인 경우에는 적절한 세라믹층을 형성하지 못하여 소재에 인장응력을 부여하는 것이 부족하게 되고, 50 중량부를 초과하는 경우에는 코팅제에 고형분비가 높아져 강판의 표면품질을 저하시킬 수 있으므로 본 발명에 따른 실시예에서의 콜로이달 실리카의 함량은 상기 범위로 한정한다.

또한, 본 발명에 따른 실시예에서는 피막건조를 돕는 조막촉진제를 첨가함으로써 코팅제의 밀착성을 향상 시킬 수 있는데, 상기 조막촉진제로는 산화제 형태가 사용될 수 있으며, 본 발명에 따른 실시예에서는 NaNO₃, Zn(NO₃), Ni(NO₃), 과붕산나트륨(Sodium perborate), 피리딘(Pyridine), 황산 히드록실 아민(Hydroxyl amine sulfate), 브롬산 나트륨(Sodium Bromate), 염산 히드록실 아민(Hydroxyl ammonium chloride), N-사이클로헥실술팜산(N-Cyclohexylsulfamic acid)로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.

또한, 상기 산화촉진제는 상기 금속 인산염 용액 100 중량부에 대하여 2~15 중량부를 첨가하는데, 만약 2 중량부 미만으로 첨가되면 피막의 치밀성이 낮아져 내식성이 저하되며, 15 중량부를 초과하여 첨가되면 코팅제의 점도를 증가시켜 적용성에 문제가 생길 수 있으므로, 본 발명에 따른 실시예에서의 산화촉진제는 상기 범위로 한정한다.

본 발명에 따른 실시예에서는 상기와 같은 조성으로 이루어진 장력코팅 조성물을 방향성 전기강판의 표면에 건조 피막 도포량이 0.5 ~ 6.0 g/m², 특히 4.0 ~ 5.0 g/m² 되도록 도포한 후, 550 ~ 900 ℃의 온도 범위에서 10 ~ 50 초간 가열함으로써 절연피막을 형성한다. 이때, 도포량을 4.0~5.0 g/m² 이 되도록 구현될 수 있도록 하기 위하여 장력코팅 조성물의 용액온도는 15~25℃로 제어한다.

만약, 상기 장력코팅 조성물의 온도가 15℃ 보다 낮은 경우에는 점도가 증가하여 일정한 도포량을 관리하기 어렵고, 25℃ 보다 높은 경우에는 코팅제의 주요성분인 콜로이달 실리카의 겔화 현상이 가속화되여 표면 품질을 저하 시킬 수 있으므로 본 발명에 따른 실시예에서의 장력코팅제의 조성물의 온도는 상기 범위로 한정한다.

이하에서는 본 발명에 따른 실시예에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.

[실시예 1]

중량%로, Si: 3.26%, C: 0.055%, Mn: 0.12%, Sol. Al: 0.026%, N: 0.0042%, S: 0.0045% 및 Sn, Sb, P를 포함하는 방향성 전기강판을 베이스 코팅이 존재하는 종래의 통상재(비교예)와 철손 저감을 위해 포스테라이트층 생성을 의도적으로 방지한 베이스 코팅 프리형 타입(발명예) 두 종류의 강판을 제조하였다.

상기 강판을 판 두께 0.23mm 마무리 소둔된 1차 피막을 가진 방향성 전기강판(300*60mm)을 공시재로 하여, 850℃ 에서 30초 동안 건조시키면 코팅된 면은 코팅제에 의한 인장응력 부가로 한 쪽 방향으로 휘게 되고, 이러한 휨의 정도(H)를 측정하여 피막에 의한 장력을 평가하였다.

평가방법은 다음과 같다.

SRA(응력제거소둔, Stress Relief Annealing)는 건조한 100% N2 가스분위기에 750℃, 2시간 열처리하였으며, 절연성은 300PSI 압력하에서 입력 0.5V, 1.0A의 전류를 통하였을 때의 수납 전류 값으로 나타낸 것이고, 밀착성은 SRA 전, 후 시편을 10, 20, 30 ~ 100 mmf인 원호에 접하여 180°구부릴 때 피막박리가 없는 최소원호직경으로 나타낸 것이다.

그리고, 장력코팅제의 절연과 밀착성을 향상시키기 위해 우선 건조속도를 늦추고 불완전한 건조를 초래하여 절연을 저하시키는 주요 성분인 제1인산 마그네슘(Mg(H₂PO₄)₂) 인산염 성분을 하향 조정하여 금속 인산염을 제조하였다.

상기와 같이 제조된 코팅제를 시편에 공히 4g/m² 도포한 후 절연성과 코팅장력을 측정하였다. 이 때, 표 1에서 보는 바와 같이 금속 인산염 구성비 중 Mg 비율을 올렸을 경우 절연성 및 코팅장력이 저하되었다. 이는 앞에서 설명한 바와 같이 제1 인산 마그네슘의 경우 제 1인산 알루미늄 대비 건조속도가 느리고, 코팅제의 다른 성분이 건조로에서 완벽하게 건조되는 것을 방해하여 생기는 결과이며, 코팅제와 강판간의 바인더 역할을 하는 인산염의 본래의 기능을 수행하지 못해 밀착성 및 코팅장력 저하를 가져오는 것으로 예상된다.

특히, 이러한 결과는 베이스 코팅이 소재 표면에 존재하지 않는 베이스 코팅 프리 소재에서 극명한 대조를 나타내는데 소재의 표면이 미려한 베이스 코팅 프리 소재의 경우 조도가 매우 낮기 때문에 코팅제의 젖음성(wettability)이 통상재에 비하여 떨어지고 일반적인 장력코팅제, 즉 금속 인산염 성분간의 비가 적절히 조정되지 않은 성분계에서는 상업적 이용이 불가할 정도의 코팅 밀착성을 나타낸다.

본 발명에 따른 실시예에서는 제1인산 알루미늄 구성비를 지나치게 높은 성분계(표 1의 마그네슘 인산염 비가 0.5 미만일 경우)의 경우 코팅 처리 후 공기중에 존재하는 습도에 민감해져 생기는 스티키(sticky)성 불량이 생길 수 있는 경우는 성분계로써 배제하였다.

이에, 본 발명에 따른 실시예에서는 표 1의 마그네슘/알루미늄 인산염 비가 2.5/7.5의 조건을 기준으로 삼았으며, 이 기준의 성분비를 바탕으로 절연성을 향상시키는 방법을 모색하였다.

시편 종류	금속 인산염 (50g)		실리카 (g)	고체실리카 (g)	절연성 (mA)	코팅장력 (kgf/mm2)	Sticky성
	Mg	Al
통상재 (베이스 코팅)	0	100	48	2.5	95	0.45	sticky
	5	95	48	2.5	110	0.42	양호
	15	85	48	2.5	143	0.41	양호
	25	75	48	2.5	150	0.41	양호
	40	60	48	2.5	250	0.39	양호
	50	50	48	2.5	263	0.39	양호
	75	25	48	2.5	270	0.38	양호
	90	10	48	2.5	298	0.36	양호
	100	0	48	2.5	310	0.36	양호
베이스 코팅 프리 제품	0	100	48	2.5	350	0.39	sticky
	5	95	48	2.5	362	0.36	양호
	15	85	48	2.5	388	0.37	양호
	25	75	48	2.5	392	0.40	양호
	40	60	48	2.5	400	0.34	양호
	50	50	48	2.5	436	0.33	양호
	75	25	48	2.5	449	0.31	양호
	90	10	48	2.5	498	0.30	양호
	100	0	48	2.5	520	0.28	양호
	통상 Cr-type 코팅제				630	0.15	불량

시편 종류	금속 인산염 (100g)		콜로이달 실리카 (g)	유기치환 콜로이달 실리카 (g)	절연성 (mA)	코팅장력 (kgf/mm2)	비고
	Mg	Al
베이스 코팅 프리	25	75	35	0	332	0.40
				25	150	0.46
				50	98	0.49
				70	46	0.50
				90	32	0.51
				120	55	0.49
				150	84	0.42
				170	106	0.43
				200	120	0.42
	50	50	100	-	392	0.40	Cr-type 코팅제 적용
통상재 (베이스 코팅)	50	50	100	-	150	0.41

표 2는 표 1에서 얻은 기본 성분계를 바탕으로 유기치환 콜로이달 실리카를 다양하게 적용하여 코팅제를 제조하였으며, 제조된 코팅제를 시편에 일정량 도포한 후 표면 물성을 확인하였다.

표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 유기치환 콜로이달 실리카의 중량에 따라 절연성이 달라짐을 알 수 있다. 특히, 50g 이상 첨가하였을 경우 베이스 코팅과 장력코팅 두 층이 동시에 존재하는 통상의 방향성 전기강판 절연코팅제 대비 50~100 mA 이상 우수한 절연성을 나타내었으며, 코팅장력 또한 20% 이상 향상된 것으로 보아 밀착성 또한 우수함을 알 수 있다.

이상 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

1. 콜로이달 실리카, 금속 인산염, 유기치환 콜로이달 실리카 및 산화촉진제를 포함하되,
   상기 유기치환 콜로이달 실리카는 콜로이달 실리카의 산소 일부를 유기물로 대체한 것인 방향성 전기강판용 장력코팅 조성물이되,
   상기 유기치환 콜로이달 실리카에 포함된 유기물은 메틸기, 에틸기 및 프로필기 중에서 선택되는 하나 이상인 것인 방향성 전기강판용 장력코팅 조성물.
2. 제1항에 있어서,
   상기 금속 인산염은 제1인산 마그네슘(Mg(H₂PO₄)₂)과 제1인산 알루미늄(Al(H₂PO₄)₃)의 혼합액이고,
   상기 금속 인산염 용액 100 중량부에 대하여 상기 콜로이달 실리카는 15~50 중량부, 상기 산화촉진제는 2~15 중량부를 포함하는 방향성 전기강판용 장력코팅 조성물.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 금속 인산염은 제1인산 마그네슘(Mg(H₂PO₄)₂)과 제1인산 알루미늄(Al(H₂PO₄)₃)의 혼합액이고,
   상기 제1인산 알루미늄에 대하여, 상기 제1인산 마그네슘은 0.5/9.5-3/7의 부피비로 혼합된 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판용 장력코팅 조성물.
4. 제3항에 있어서,
   상기 유기치환 콜로이달 실리카는 금속 인산염 용액 100 중량부에 대하여 70~150 중량부가 혼합되는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판용 장력코팅 조성물.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 콜로이달 실리카는 고체분율이 25~35중량%인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판용 장력코팅 조성물.
7. 제1항에 있어서,
   상기 산화촉진제는 NaNO₃, Zn(NO₃), Ni(NO₃), 과붕산나트륨(Sodium perborate), 피리딘(Pyridine), 황산 히드록실 아민(Hydroxyl amine sulfate), 브롬산 나트륨(Sodium Bromate), 염산 히드록실 아민(Hydroxyl ammonium chloride), N-사이클로헥실술팜산(N-Cyclohexylsulfamic acid)로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판용 장력코팅 조성물.
8. 제1항 내지 제2항, 및 제6항 내지 제7항 중 어느 하나의 항의 장력코팅 조성물을 마무리 소둔된 1차 피막을 가진 방향성 전기강판 상에 도포하고, 550~900℃에서 가열하여 장력피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판용 장력피막 형성방법.
9. 제8항에 있어서,
   상기 장력코팅 조성물은 15~25℃의 온도범위로 제어되는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판용 장력피막 형성방법.
10. 제8항에 있어서,
    상기 도포량은 0.5~6.0 g/m² 범위에 걸쳐 실시하며, 상기 가열시간은 10~50초인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판용 장력피막 형성방법.
11. 제8항에 의해 형성되는 방향성 전기강판.
12. 제3항의 장력코팅 조성물을 마무리 소둔된 1차 피막을 가진 방향성 전기강판 상에 도포하고, 550~900℃에서 가열하여 장력피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판용 장력피막 형성방법.
13. 제12항에 있어서,
    상기 장력코팅 조성물은 15~25℃의 온도범위로 제어되는 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판용 장력피막 형성방법.
14. 제12항에 있어서,
    상기 도포량은 0.5~6.0 g/m² 범위에 걸쳐 실시하며, 상기 가열시간은 10~50초인 것을 특징으로 하는 방향성 전기강판용 장력피막 형성방법.
15. 제12항에 의해 형성되는 방향성 전기강판.

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