KR20210097180A - 방향성 전자 강판 및 방향성 전자 강판의 제조 방법 - Google Patents

방향성 전자 강판 및 방향성 전자 강판의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

종래보다도 큰 장력 부여가 가능한 붕산알루미늄 피막을 갖는 방향성 전자 강판 및 방향성 전자 강판의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 관한 방향성 전자 강판은, 강판과, 상기 강판 상에 마련된, 알루미늄과 붕소를 포함하는 산화물로 이루어지는 절연 피막을 갖고, 상기 산화물은, 결정질 산화물을 포함하고, 글로 방전 발광 분광 분석법에 의해 측정되는, 상기 절연 피막과 상기 강판의 계면에 있어서의 알루미늄에 대한 붕소의 발광 강도비의 최댓값은, 상기 절연 피막에 있어서의 알루미늄에 대한 붕소의 발광 강도비의 2.5배 이상 4.0배 이하이다.

Description

방향성 전자 강판 및 방향성 전자 강판의 제조 방법
본 발명은, 방향성 전자 강판 및 방향성 전자 강판의 제조 방법에 관한 것이다.
방향성 전자 강판은, {110} <001>을 주 방위로 하는 결정 조직을 갖고, 변압기의 철심 재료로서 다용되고 있고, 특히 에너지 손실을 적게 하기 위하여 철손이 작은 재료가 요구되고 있다.
특허문헌 1에는, 방향성 전자 강판의 철손을 저감하는 수단으로서, 마무리 어닐링 후의 강판 표면에 레이저 빔을 조사하여 국부적인 변형을 부여하고, 그것에 의하여 자구를 세분화하는 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 철심 가공 후의 변형 제거 어닐링(응력 제거 어닐링)을 실시한 후도 그 효과가 소실되지 않는 자구 세분화 수단이 개시되어 있다.
한편으로, 철 및 규소를 함유하는 철 합금은 결정 자기 이방성이 크기 때문에, 외부 장력을 부가하면 자구의 세분화가 일어나고, 철손의 주 요소인 와전류 손실을 저하시킬 수 있다. 특히, 5% 이하의 규소를 함유하는 방향성 전자 강판의 철손의 저감에는 강판에 장력을 부여하는 것이 유효한 것이 알려져 있다. 이 장력은, 표면에 형성된 피막에 의해 부여된다.
방향성 전자 강판에는, 마무리 어닐링 공정에서 강판 표면의 산화물과 어닐링 분리제가 반응하여 생성하는 포르스테라이트를 주체로 하는 1차 피막 및 특허문헌 3 등에 개시된 콜로이드상 실리카와 인산염을 주체로 하는 코팅액을 베이킹함으로써 생성되는 비정질을 주로 하는 2차 피막의 2층의 피막에 의해, 판 두께 0.23mm의 경우에서 10MPa 정도의 장력이 부여되고 있다.
이에 비해, 특허문헌 4에서는, 붕산알루미늄 결정을 주로 하는 피막을 표면에 갖는 방향성 전자 강판이 제안되어 있다.
일본 특허 공개 소55-018566호 공보 일본 특허 공개 소62-86175호 공보 일본 특허 공개 소48-39338호 공보 일본 특허 공개 평6-65754호 공보
특허문헌 3에 개시된 바와 같은 종래 피막의 경우, 피막량을 많게 함으로써 더 큰 장력 부여가 가능해서, 장력 향상에 의한 철손 개선의 가능성은 남겨져 있지만, 부여 장력 향상을 위하여 현 상황 이상으로 피막을 두껍게 하는 것은, 점적률의 저하를 초래하기 때문에 바람직하지 않다. 이 때문에, 점적률 저하를 일으키는 일 없이, 밀착성이 우수하고, 얇아서 강판에 큰 장력을 부여할 수 있는 피막이 요망되고 있다.
어떤 피막이 고장력 피막이 되기 위해서는, 피막의 영률이 높고, 또한 열팽창 계수가 작은 것이 요구된다. 일반적으로, 결정은 비정질보다도 영률이 높다. 특허문헌 4에 기재되는 붕산알루미늄으로 이루어지는 피막은 주된 구성물이 결정이기 때문에 실리카와 인산염으로 이루어지는 종래의 비정질의 피막보다도 영률이 높다. 열팽창 계수도 충분히 낮기 때문에, 영률의 효과와 더불어, 특허문헌 3에 개시된 것과 같은 피막보다도 높은 장력을 얻는 것이 가능하다.
그러나, 보다 한층 큰 장력을 부여 가능한 피막이 요구되고 있다. 붕산알루미늄에 의한 고장력 피막을 실현하기 위해서는, 피막 중에 붕산알루미늄 결정을 충분히 생성할 필요가 있다. 장력 피막이 모두 붕산알루미늄 결정으로 구성되어 있으면 이상적이지만, 실제로는 베이킹 시에 있어서의 표면으로부터의 원소의 증산 등에 의해, 피막 내에서의 원소의 불균일성이 발생하는 것은 불가피하다. 원소 분포가 적당하지 않으면 붕산알루미늄이 충분히 형성되지 않고, 높은 장력이 얻어지지 않는다고 생각할 수 있지만, 지금까지 원소 분포와 장력의 관계는 명확하지 않았다.
본 발명은, 종래보다도 큰 장력 부여가 가능한 붕산알루미늄 피막을 갖는 방향성 전자 강판 및 방향성 전자 강판의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자는, 붕산알루미늄 피막에서 보다 높은 장력을 얻기 위해서, 피막 내에서의 원소 분포와 장력의 관계를 밝히고, 높은 장력이 얻어지는 조건을 명확하게 할 필요가 있다고 생각하였다. 그리고 예의 검토한 결과, 피막과 강판의 계면 부근의 붕소량이 많으면 높은 장력이 얻어지는 것을 알아내었다.
본 발명은 상기의 지견에 기초하여 이루어진 것으로서, 그 요지는 이하와 같다.
(1) 강판과,
상기 강판 상에 마련된, 알루미늄과 붕소를 포함하는 산화물로 이루어지는 절연 피막을 갖고,
상기 산화물은, 결정질 산화물을 포함하고,
글로 방전 발광 분광 분석법에 의해 측정되는, 상기 절연 피막과 상기 강판의 계면에 있어서의 알루미늄에 대한 붕소의 발광 강도비의 최댓값은, 상기 절연 피막에 있어서의 알루미늄에 대한 붕소의 발광 강도비의 2.5배 이상 4.0배 이하인, 방향성 전자 강판.
(2) Al2O3/B2O3 환산의 질량비가 1.8 내지 2.6의 붕소원 및 알루미늄원을 포함하는 도포액을 강판 표면에 도포하는 것과,
노점이 0 내지 40℃에서 수소를 0 내지 25체적% 포함하는 불활성 가스 분위기 중에서, 상기 강판을 450 내지 600℃의 범위에 있는 소정의 온도까지, 평균의 승온 속도를 2 내지 5℃/초로 가열한 뒤, 200℃ 이하까지 냉각 속도 10℃/초 이상의 냉각 속도로 냉각하는 것과,
상기 강판을, 750℃까지 승온 속도를 평균으로 10 내지 100℃/초로 승온하고, 750 내지 1000℃의 온도 영역에서 20 내지 120초 동안 열처리하는 것을
가지는, 방향성 전자 강판의 제조 방법.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 절연 피막과 강판의 계면 부근의 붕소량을 제어함으로써, 종래보다도 큰 장력 부여가 가능한 붕산알루미늄 피막을 갖는 방향성 전자 강판을 얻을 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 방향성 전자 강판의 일례에 있어서의 절연 피막 및 강판의 글로 방전 발광 분광 분석 차트이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
<1. 방향성 전자 강판>
이하, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판은, 강판(모재 강판)과, 강판 상에 마련된, 알루미늄과 붕소를 포함하는 산화물로 이루어지는 절연 피막을 갖는다.
본 실시 형태에 있어서 사용 가능한 강판(모재 강판)에 대해서는, 2차 재결품이 완료되어 있는 것이라면 특별히 제한은 없다. 모재 강판으로서 일반적으로 사용되는 강판은, 예를 들어 마무리 어닐링(2차 재결품 어닐링) 시에 형성된 포르스테라이트질의 1차 피막을 갖는 강판이 본 실시 형태에 있어서 사용 가능한 강판이다.
상술한 바와 같이, 강판의 표면 상에는 알루미늄과 붕소를 포함하는 산화물로 이루어지는 절연 피막이 마련되어 있다. 그리고, 절연 피막의 산화물은, 결정질 산화물을 포함하고, 글로 방전 발광 분광 분석법(Grow Discharge optical emission Spectroscopy: GDS)에 의해 측정되는, 절연 피막과 강판의 계면에 있어서의 알루미늄에 대한 붕소의 발광 강도비 B/Al의 최댓값은, 절연 피막에 있어서의 알루미늄에 대한 붕소의 발광 강도비 B/Al의 2.5배 이상 4.0배 이하이다. 이에 의해, 방향성 전자 강판의 장력이 향상된다. 이하, 본 발명자의 착상과 함께, 상세하게 설명한다.
본 발명자는, 절연 피막의 특성의 향상에 대하여 조사 및 검토를 행하였다. 그 결과, 절연 피막(장력 피막)과 강판의 계면 부근의 붕소량을 제어함으로써 높은 장력을 가진 방향성 전자 강판이 얻어지는 것을 발견하였다. 구체적으로는, 절연 피막 중의 알루미늄에 대한 붕소의 발광 강도비에 대해서, 절연 피막과 강판의 계면에서의 최댓값이 절연 피막 중의 값의 2.5배 이상 4배 이하인 경우에 높은 장력을 발현하는 절연 피막을 갖는 방향성 전자 강판이 얻어지는 것을 발견하였다.
절연 피막의 깊이 방향의 조성을 측정하는 방법은 여러가지 있지만, 붕산알루미늄을 포함하는 절연 피막은, 성분으로서 붕소, 알루미늄, 산소로 이루어지기 때문에 이들을 간편하게 측정할 수 있는 글로 방전 발광 분광 분석법에 의한 방법이 적당하다. 구체적으로는, 절연 피막 내의 원소 분포를 정량화하기 위하여 측정 결과를 이하와 같이 처리한다.
Al과 B에 대하여 GDS로 스퍼터 시간에 대한 발광 강도의 변화를 측정한 뒤, 양자의 발광 강도의 비 B/Al(이하 B/Al값)의 스퍼터 시간 의존성을 얻지만, 도 1에 도시한 바와 같이, 절연 피막과 강판 계면 부근(이하 계면)에 있는 B/Al값의 최댓값(이하 B/Al 피크)이 높으면 고장력이 얻어지는 것이 명확해졌다. 여기서, 도 1에 있어서의 GDS 차트에 있어서, 계면과는 철(Fe)의 발광 강도가 0 근방에서 일정값으로 상승될 때까지의 사이라고 정의한다. 도 1에 있어서, 철의 발광 강도가 0 근방의 영역은 절연 피막 중의 분석값이고, 또한 철의 발광 강도가 0이 아닌 값으로 거의 일정해지고 있는 영역은, 강판 중의 분석값이다. 따라서, 도 1에 도시한 예에 있어서, 철의 발광 강도가 0 근방(제로 근방이란, 후술 일정값의 5% 이하의 강도의 부분)에서 상승되는 방전 시간 약 100초로부터, 철의 발광 강도가 거의 2로 일정값(여기서, 「일정값」이란, 강판 중의 철 발광 강도값에서, 1초 평균의 값에 대해서, 그 전의 1초 평균의 값으로부터의 변화가 0.05% 이하인 영역의 값을 말한다)이 되는 약 150초까지의 동안이, 피막 성분으로부터 강판 성분에 조성이 변화하는 계면에 대응하는 발광 강도이다. 본 발명에서 정의하는 B/Al 피크는, 이 영역에서 가장 높은 값을 나타내는 피크이다. 따라서, 도 1에 있어서 방전 시간 120초 부근에 있는 B/Al 피크(Y)로 한 피크가 본 발명에서 정의하는 B/Al 피크이고, 방전 시간 10초 부근 혹은 190초 부근에 있는 피크는 본 발명에서 정의하는 B/Al 피크에는 해당하지 않는다. Fe, B, Al의 발광 강도를 얻기 위한 글로 방전 발광 분광 분석법의 측정 조건의 일례를 표 1에 나타낸다.
Figure pct00001
GDS에 있어서, 각 원소의 발광 강도비는, 스퍼터된 시료 부분의 이들 원소의 조성비에 상관하는 값을 나타낸다. 따라서, 절연 피막으로부터 측정되는 B/Al값 및 절연 피막과 강판의 계면 부근의 B/Al 피크의 비를 측정, 산출함으로써, 절연 피막과 비교한 절연 피막과 강판의 계면 부근의 붕소량을 상대적으로 관찰하는 것이 가능하다.
본 발명에서는, 장력 부여 특성이 우수한 붕산알루미늄 피막(절연 피막)을 가진 방향성 전자 강판을 얻기 위해서, 상기와 같이 하여 측정한 붕소의 발광 강도를 알루미늄의 발광 강도로 나눈 값(발광 강도)에 대해서, 절연 피막 중의 B/Al값을 X로 하고, B/Al 피크의 최댓값의 값을 Y로 한 때, Y/X를 2.5 이상 4.0 이하로 한다. 여기서, X의 값은, 절연 피막 중의 B/Al의 값 중, 1초 평균의 B/Al값에 대해서, 그 전의 1초 평균의 값으로부터의 변화가 0.001 이하인 영역 전체의 평균값이다.
Y/X가 2.5 이상 4.0 이하라고 하는 것은, 계면에서의 B/Al값이 절연 피막 중의 B/Al값보다 큰 것을 의미하고, 이것은 즉 Al의 양을 기준으로 하면, 계면에서의 B의 양은 절연 피막 중의 B의 양보다 상대적으로 많은 것을 의미한다. Y/X의 값이 적당하면 장력이 높아지는 이유는 명백하지 않지만, 피막 장력이 높은 절연 피막의 강판과의 계면에서는 붕산알루미늄 결정의 생성이 많이 일어나고 있다고 추정되고, 이 때문에 고장력이 발현하고 있다고 생각된다. 이 이유는 이하와 같이 추정하고 있다.
산화붕소는 융점이 낮기 때문에, 절연 피막 중에서 붕산량이 많은 부분은 용융한 산화붕소가 원소의 확산을 빠르게 하고 있다고 생각된다. 원소의 확산이 빠르면 붕산알루미늄을 형성하기 쉬워진다고 추정되어, 절연 피막 베이킹 시에 저온으로부터 붕산알루미늄 결정이 생성되고, 결과적으로 붕산알루미늄 결정이 많아진다고 생각된다. 상기와 같은 기구에서 붕산알루미늄 결정이 많아지면, 피막 장력이 높아지는 것으로 생각된다. 본 발명에서는 계면에서의 붕산의 양을 확보하기 위하여 B의 양에 착안하여, 동일하게 절연 피막 중에 존재하는 Al의 양으로 규격화한 B/Al값을 규정하고, 그 값에 대하여 절연 피막 중의 값에 대하여 그 하한을 2.5배로 하였다. 단, B/Al 피크가 너무 높으면, 계면 미반응된 붕소가 많아지고 습윤 분위기 하에서는 강판 표면에 수분이 도달하기 쉬워져, 녹의 발생 등 문제가 발생하는 경우가 있다. 또한, B/Al 피크가 너무 높은 경우에는 오히려 피막 장력이 저하되는 경우가 있다. 이 원인은, B가 계면에 너무 집적하면 절연 피막 중에서의 붕소의 존재가 불균일해지고, 절연 피막의 일부에서는 붕산알루미늄 결정의 형성이 충분하지 않아져서 피막 장력이 저하되기 때문이라고 추정된다. 이러한 점에서 본 발명에서는 피막 중의 B/Al에 대한 B/Al 피크의 값에 상한을 마련하고 있고, 그 값을 4.0배로 하면 되는 결과가 얻어진다.
Y/X는, 상술한 범위 내이면 되지만, 절연 피막의 강판과의 계면에 있어서의 붕산알루미늄 결정을 보다 많이 하고, 피막 장력을 보다 한층 크게 하기 위해서, 바람직하게는 2.6 이상, 보다 바람직하게는 2.7 이상이다. 또한, Y/X는, 절연 피막의 강판과의 계면에 있어서의 과잉 붕소를 억제하고, 피막 장력의 저하를 억제하기 위해서, 바람직하게는 3.8 이하, 보다 바람직하게는 3.5 이하이다.
본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 절연 피막은, 너무 두꺼운 경우에는 방향성 전자 강판에 차지하는 모재 강판의 점적률이 저하되기 때문에 목적에 따라서 가능한 한 얇은 것이 좋고, 모재 강판 두께에 대하여 5% 이하의 두께가 바람직하다. 보다 바람직하게는 2% 이하이다. 또한 이 피막 두께는, 강판 양면의 합계의 두께이고, 모재 강판 판 두께 0.23mm인 경우에서 예시하면, 바람직한 5% 이하로는 양면 합계로 11.5㎛ 이하이고, 편면당의 5.75㎛ 이하이다. 마찬가지로, 보다 바람직한 2% 이하는, 양면 합계로 4.6㎛ 이하이고, 편면당 2.3㎛ 이하이다. 또한, 장력 부여의 관점에서는, 극단적으로 얇아서는 충분한 효과가 얻어지지 않고, 강판 편면당 0.1㎛ 이상이 바람직하다. 또한, 강판 판 두께는 특별히 제한되는 것은 아니고, 일례로서 0.10mm 이상 0.35mm 이하로 해도 된다.
<2. 방향성 전자 강판의 제조 방법>
이어서, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 제조 방법은, Al2O3/B2O3 환산의 질량비가 1.8 내지 2.6의 붕소원 및 알루미늄원을 포함하는 도포액을 강판 표면에 도포하는 것과, 노점이 0 내지 40℃에서 수소를 0 내지 25체적% 포함하는 불활성 가스 분위기 중에서, 상기 강판을 450 내지 600℃의 범위에 있는 소정의 온도까지, 평균의 승온 속도를 2 내지 5℃/초로 가열한 후, 200℃ 이하까지 냉각 속도 10℃/초 이상의 냉각 속도로 냉각하는 것과, 상기 강판을, 750℃까지 승온 속도를 평균으로 10 내지 100℃/초로 승온하고, 750 내지 1000℃의 온도 영역에서 20 내지 120초 동안 열처리하는 것을 갖는다.
본 발명자는, 상술한 바와 같은 절연 피막을 실현하는 수단에 대해서, 프로세스 조건을 상세하게 검토하였다. 프로세스 검토의 결과, 상술한 조건을 만족시키는 절연 피막을 형성하기 위해서는, 방향성 전자 강판의 모재 강판에 산화알루미늄과 산화붕소의 질량 비율 Al2O3/B2O3이, 1.8 내지 2.6이 되는 도포액을 도포한 뒤, 도포 후의 건조 및 베이킹 온도를 포함하는 열처리의 온도 및 분위기 조건을 한정하면 되는 것이 밝혀졌다. 이 프로세스는, (i) 도포액 건조 후 붕산알루미늄 결정화 전의 승온 중에 있어서의 붕소의 확산, (ii) 붕산알루미늄 결정의 핵 생성, (iii) 붕산알루미늄 결정 성장으로 이루어진다.
이하, 상기의 프로세스 (i) 내지 (iii)의 대응을 언급하면서, 본 실시 형태에 관한 방향성 전자 강판의 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 각 공정에 앞서, 절연 피막을 형성하는 모재 강판을 준비한다. 모재 강판으로서는, 상술한 바와 같은 강판을 준비하면 되지만, 구체적으로는, 종래 공지된 방법으로 마무리 어닐링을 행하고, 표면에 포르스테라이트질의 1차 피막이 형성된 강판을 준비하면 된다.
이어서, 이러한 모재 강판에 대하여, 절연 피막을 형성하기 위한 도포액을 도포한다. 도포액은, Al2O3/B2O3 환산의 질량비가 1.8 내지 2.6의 붕소원 및 알루미늄원을 포함한다.
붕소원으로서는, H3BO3으로 표시되는 오르토붕산이 작업성, 가격 등의 점에서 가장 바람직하지만, HBO2로 표시되는 메타붕산, B2O3으로 표시되는 산화붕소, 혹은 이들의 혼합물도 사용할 수 있다.
알루미늄원으로서는, 산화알루미늄이나 산화알루미늄 전구체 화합물을 들 수 있다. 산화알루미늄 전구체 화합물로서는, 예를 들어 베마이트와 같은 Al2O3·mH2O로 표기되는 산화알루미늄의 수화물, 수산화알루미늄 등이나, 질산알루미늄, 염화알루미늄을 비롯한 각종 알루미늄 염류 등이 적합하게 사용된다.
또한, 도포액 중에 있어서의 붕소원 및 알루미늄원은, Al2O3/B2O3 환산의 질량비가 1.8 내지 2.6이 되도록 포함된다. 이에 의해, 적절한 조성비로 상기 절연 피막을 형성할 수 있다. 이에 비해, 상기 질량비가 1.8 미만인 경우, 절연 피막 중의 붕소량이 너무 많아지는 결과, 붕소가 계면에 너무 집적하여, 절연 피막 중에서의 붕소의 존재가 불균일해지고, 절연 피막의 일부에서는 붕산알루미늄 결정의 형성이 충분하지 않아져서 피막 장력이 저하되는 경우가 있다. 또한, 상기 질량비가 2.6을 초과하면, 알루미늄원이 너무 많아지는 결과, 절연 피막과 모재 강판의 계면 부근에 있어서의 붕소가 충분한 양이 되지 않고, 생성되는 붕산알루미늄 결정이 적어지고, 피막 장력이 높아지지 않는다.
상기 질량비는, 바람직하게는 1.9 이상 2.4 이하, 보다 바람직하게는 2.0 이상 2.2 이하이다.
이들의 원료를 분산매에 분산시켜서 도포액으로서의 슬러리를 제작한다. 분산매는 물이 가장 좋지만, 다른 공정에서 특별히 지장이 없으면 유기 용매, 혹은 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 슬러리의 고형분 농도는, 그 작업성 등에 따라서 적절히 선택되고 특별히 한정되지 않는다.
또한, 이 슬러리 중 산화알루미늄 전구체로서, 소위 졸이라고 불리는 미립자 분산계를 사용함으로써 얇고 균일, 또한, 밀착성이 좋은 절연 피막이 얻어지는 경우가 있다. 이것은, 강판의 표면에 비금속 물질이 존재하지 않고, 강판의 금속면 상에 직접 절연 피막을 형성하는 경우에 특히 현저하다.
도포액에 졸을 사용하는 경우에는, 산화알루미늄 전구체로서 상술한 베마이트 졸, 및/또는 알루미나 졸이라고 불리고 있는 것이 작업성, 혹은 가격 등의 점에서 특히 적합하다.
또한, 도포액은, 본 발명이 발휘하는 효과를 저해하지 않는 범위에 있어서, 상술한 것 이외의 성분을 포함하고 있어도 된다.
얻어진 슬러리(도포액)는, 롤 코터 등의 코터, 침지법, 스프레이 분사 혹은 전기 영동 등, 종래 공지된 방법에 의해 마무리 어닐링이 완료된 방향성 전자 강판 표면에 도포된다.
또한, 도포(코팅) 전의 도포액은, 붕산의 석출이나 과도한 수분의 증발을 방지하기 때문에, 예를 들어 20℃ 이상 40℃ 이하의 온도로 유지하면 된다. 도포액의 온도가 너무 낮으면, 붕소원의 종류나 농도에 따라서는, 도포액 중에서 붕산의 석출이 일어나고, 온도가 너무 높으면 수분이 적어지기 쉽고, 정상적인 도포를 할 수 없어지고, 어느 경우도 목적으로 하는 피막이 얻어지지 않게 되는 경우가 있다.
이어서, 노점이 0 내지 40℃에서 수소를 0 내지 25체적% 포함하는 불활성 가스 분위기 중에서, 강판을 450 내지 600℃의 범위에 있는 소정의 온도까지, 평균의 승온 속도를 2 내지 5℃/초로 가열한다. 이러한 실온으로부터 450 내지 600℃ 사이의 소정의 온도까지의 온도역에서는, 도포액의 가열, 건조 및 건조 종료 후에 모재 강판 상에 형성된 붕소 화합물과 알루미늄 화합물의 혼합물로 이루어지는 막상 물질의 가열이 행하여진다.
450 내지 600℃의 범위에 있는 소정의 온도까지의 승온 속도를 2 내지 5℃/초로 한정하는 것은, 상기 프로세스(i)에 관하여, 붕소의 확산을 충분히 행하기 위해서이다. 승온 속도가 너무 빠르면 붕소의 확산이 충분하지 않게 되고, 목표로 하는 수용성 성분의 조성, 양이 얻어지지 않는 것에 추가하여, 도포액의 건조 시에 돌비에 의한 피막 결함이 발생하기 쉬워진다. 한편, 너무 늦으면 붕소의 증산이 너무 진행하는 결과, 목표로 한 조성의 절연 피막이 얻어지지 않게 된다.
또한, 상기 강판의 가열에 있어서의 도달 온도는, 450℃ 이상 600℃ 이하인 것이면 되지만, 바람직하게는 480℃ 이상 530℃ 이하이다. 이에 의해, 붕소의 증산을 억제한 다음 충분히 붕소를 확산시킬 수 있음과 함께, 불필요한 결정의 생성을 억제할 수 있다.
또한, 가열 시에 있어서의 분위기 중의 불활성 가스로서는, 예를 들어 질소나, 헬륨, 아르곤, 크세논 등의 희가스를 들 수 있다. 이 중, 비용을 억제하기 위해서도, 질소가 바람직하다.
또한, 가열 시에 있어서의 분위기는, 수소를 0 내지 25체적% 포함한다. 이에 의해, 강판과 절연 피막 사이의 산화를 억제하고, 밀착성을 확보할 수 있다. 이에 비해, 수소의 함유량이 25체적%를 초과해도, 특별히 문제는 없지만, 너무 비용이 드는 관점에서 바람직하지 않다.
또한, 가열 시에 있어서의 분위기의 노점은, 0℃ 이상 40℃ 이하이다. 상기 노점이 0℃ 미만인 경우, 절연 피막의 장력을 충분히 확보할 수 없다. 또한, 상기 노점이 40℃를 초과하면 강판과 절연 피막 계면의 산화가 발생하기 쉽고, 밀착성이 열화되는 경우가 있다는 문제가 발생한다. 가열 시에 있어서의 분위기의 노점은, 바람직하게는 10℃ 이상 30℃ 이하이다.
이어서, 강판을, 상술한 승온 속도로 가열 후, 200℃ 이하까지 냉각 속도 10℃/초 이상의 냉각 속도로 냉각한다. 이유는 명백하지 않지만, 상술한 프로세스(ii)에 관하여, 이러한 냉각 처리에 의해, 붕산알루미늄 결정의 핵 생성이 촉진된다고 추측된다. 냉각 온도가 200℃ 이하가 아닌 경우, 혹은 냉각 속도가 10℃/초 미만인 경우에는 충분한 피막 장력이 얻어지지 않는다. 냉각 온도는, 200℃ 이하이면 되지만, 비용, 소요 시간의 관점에서, 과도하게 저온으로 하는 것은 바람직하지 않고, 바람직하게는 100℃ 이상 200℃ 이하이다. 또한, 냉각 속도는, 10℃/초 이상이면 되지만 너무 빠르면 균일한 냉각이 곤란해지는 점에서 바람직하게는 10℃/초 이상 150℃/초 이하이다. 또한, 통상, 상술한 승온 속도에서의 가열 후 즉시 냉각이 행하여진다.
이어서, 강판을, 750℃까지 승온 속도를 평균으로 10 내지 100℃/초로 승온하고, 750 내지 1000℃의 온도 영역에서 20 내지 120초 동안 열처리한다. 이상과 같이 하여 도포 후의 강판을 건조 후, 750℃ 이상에서 베이킹함으로써 표면에 절연 피막으로서의 산화물 피막을 형성한다.
그리고 상술한 바와 같이, 강판을, 750℃까지 10 내지 100℃/초의 평균 승온 속도로 승온함으로써, 상술한 프로세스(i)에 관하여, 붕소의 증산을 억제할 수 있다. 즉, 600℃ 이상의 온도 영역에서는, 특히 붕소의 증산이 진행되기 쉽기 때문에, 상기와 같이 비교적 빠른 속도로 강판의 승온을 행한다. 승온 속도가 느리면 붕소의 증산이 진행되고, 목표로 한 조성의 절연 피막이 얻어지지 않게 된다. 승온 속도가 빨라도 문제는 없지만, 100℃/초를 초과해도, 보다 낮은 승온 속도의 경우와 비교해도 개선이 보이지 않게 되고, 또한 급속한 승온은 설비 비용을 밀어 올리는 요인도 될 수 있는 점에서, 승온 속도의 실질적인 상한은 100℃/초이다. 승온 속도는, 바람직하게는 50℃/초 이상 80℃/초 이하이다.
750 내지 1000℃ 사이에서 20 내지 120초 열처리 할 필요가 있는 것은, 상술한 프로세스(iii)에 관하여, 750℃ 이상에서 붕산알루미늄의 결정 성장이 일어나고, 결정화가 진행되기 때문이다. 온도 및 시간이 상기의 범위에 미치지 않으면, 붕산알루미늄의 결정화가 충분히 진행되지 않고, 충분한 장력이 얻어지지 않게 된다. 또한, 베이킹 온도(열처리 온도)가 750℃ 미만인 경우, 도포한 전구체가 산화물이 되지 않는 경우가 있고, 또한 베이킹 온도가 낮기 때문에 충분한 장력이 발현되지 않고, 바람직하지 않다.
열처리 온도는, 상술한 범위 내이면 되지만, 장력 향상으로의 효과와 비용의 밸런스의 관점에서, 바람직하게는 800℃ 이상 950℃ 이하이다. 또한, 열처리 시간은, 상술한 범위 내이면 되지만, 바람직하게는 50초 이상 90초 이하이다.
또한, 750℃를 초과하여 승온을 행하는 경우, 750℃를 초과한 시점으로부터 다음으로 750℃ 미만이 될 때까지의 시간을 열처리 시간으로 한다.
베이킹 시(승온 및 열처리 시)의 분위기는, 질소 등의 불활성 가스 분위기, 질소-수소 혼합 분위기 등의 환원성 분위기가 바람직하고, 공기, 혹은 산소를 과도하게 포함하는 분위기는 강판을 과도하게 산화시킬 가능성이 있어 바람직하지 않다.
분위기 가스의 노점에 대해서는 0 내지 40℃에서 양호한 결과가 얻어진다.
혹은, 베이킹 시의 분위기는, 도포액의 건조 시에 있어서의 분위기와 동일해도 된다.
이상과 같이 하여, 상술한 바와 같은 절연 피막을 갖는, 높은 장력을 갖는 방향성 전자 강판이 얻어진다.
실시예
이하에 본 발명을 실시예에 기초하여 보다 상세하게 설명하지만, 이하에 나타내는 실시예는, 본 발명의 어디까지나 일례이며, 본 발명은 이러한 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
시판하고 있는 붕산 시약 및 산화알루미늄(Al2O3) 분말(평균 입경: 0.4㎛)을 표 2에 나타낸 비율로 혼합하였다. 또한, 붕산은 산화붕소(B2O3) 상당으로 환산하여 칭량하였다. 이것에 증류수를 첨가하여 슬러리를 제작하였다.
얻어진 슬러리를, Si를 3.2% 함유하는 두께 0.23mm의 마무리 어닐링이 완료된 일방향성 규소 강판(포르스테라이트질의 1차 피막 있음)에, 베이킹 후의 피막 질량으로 4.5g/㎡가 되도록 도포하였다. 그 후, 표 2에 나타내는 조건으로 건조, 냉각 후, 750℃까지 승온하고, 이 온도에서 균열 시간을 100초로 하여 베이킹하고, 절연 피막을 형성하였다. 건조 시의 강판의 도달 온도는 500℃로 하였다. 건조, 냉각, 승온, 베이킹 시의 분위기는, 수소를 10% 포함하는 질소 분위기에서, 노점은 30℃로 하였다.
절연 피막을 형성한 시료를 X선 회절에서 측정하고, 회절 선으로부터 결정질 붕산알루미늄의 존재를 확인하였다.
절연 피막을 형성한 강판의 편측 피막을 제거하고, 강판의 굴곡으로부터 피막 장력을 산출하였다. 이 장력은, 포르스테라이트층을 포함하지 않는, 붕산알루미늄 피막만의 장력이다. 절연 피막의 제거에는 수산화나트륨 수용액을 사용하였다. 장력은 15MPa 이상을 높은 장력이라고 정의하였다. 표 2의 결과로부터, 실시예에서는, 장력이 높은 절연 피막이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.
Figure pct00002
실시예 2
시판하고 있는 산화알루미늄(Al2O3) 분말(평균 입경: 0.4㎛) 100g에 대하여, 붕산 시약을 산화붕소(B2O3) 상당으로 45.3g로 하고, 이것에 증류수를 첨가하여 슬러리를 제작하였다. Al2O3/B2O3은 2.2이다.
이것을, Si를 3.2% 함유하는 두께 0.23mm의 마무리 어닐링이 완료된 일방향성 규소 강판(포르스테라이트질의 1차 피막 있음)에 베이킹 후의 피막 중량으로 4.5g/㎡가 되도록 도포하였다. 이것을 노점 30℃에서 수소를 10체적% 포함하는 질소 분위기 중에서 500℃까지 평균 3℃/초로 승온 후, 200℃까지 60℃/초로 냉각한 뒤, 균열 온도까지 평균 50℃/초로 승온하고, 표 3에 나타내는 조건에서 베이킹하여, 절연 피막을 형성하였다.
실시예 1과 마찬가지로, 절연 피막을 형성한 강판의 편측 피막을 제거하고, 강판의 굴곡으로부터 피막 장력을 산출하였다. 이 장력은, 포르스테라이트층을 포함하지 않는, 붕산알루미늄 피막만의 장력이다. 절연 피막의 제거에는 수산화나트륨 수용액을 사용하였다. 장력은 15MPa 이상을 높은 장력으로 정의하였다. 표 3의 결과로부터, 실시예에서는, 높은 피막 장력이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.
Figure pct00003
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이라면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명확하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

Claims (2)

  1. 강판과,
    상기 강판 상에 마련된, 알루미늄과 붕소를 포함하는 산화물로 이루어지는 절연 피막을 갖고,
    상기 산화물은, 결정질 산화물을 포함하고,
    글로 방전 발광 분광 분석법에 의해 측정되는, 상기 절연 피막과 상기 강판의 계면에 있어서의 알루미늄에 대한 붕소의 발광 강도비의 최댓값은, 상기 절연 피막에 있어서의 알루미늄에 대한 붕소의 발광 강도비의 2.5배 이상 4.0배 이하인, 방향성 전자 강판.
  2. Al2O3/B2O3 환산의 질량비가 1.8 내지 2.6의 붕소원 및 알루미늄원을 포함하는 도포액을 강판 표면에 도포하는 것과,
    노점이 0 내지 40℃에서 수소를 0 내지 25체적% 포함하는 불활성 가스 분위기 중에서, 상기 강판을 450 내지 600℃의 범위에 있는 소정의 온도까지, 평균의 승온 속도를 2 내지 5℃/초로 가열한 뒤, 200℃ 이하까지 냉각 속도 10℃/초 이상의 냉각 속도로 냉각하는 것과,
    상기 강판을, 750℃까지 승온 속도를 평균으로 10 내지 100℃/초로 승온하고, 750 내지 1000℃의 온도 영역에서 20 내지 120초 동안 열처리하는 것을
    가지는, 방향성 전자 강판의 제조 방법.
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