KR20230092484A - 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물의 제조 방법, 전기강판 및 전기강판의 제조방법 - Google Patents
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- C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
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Abstract
본 발명은 인산(H3PO4)에 금속 산화물 및 파우더를 동시에 투입한 후 가열하여 금속 인산염/파우더 혼합물을 제조하는 단계; 상기 금속 인산염/파우더 혼합물에 수용성 폴리머를 투입하고 혼합하여, 금속 인산염 100 중량부, 파우더 20 내지 100 중량부 및 수용성 폴리머 0.01 내지 10 중량부를 포함하는 제1 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제1 조성물에, 금속 인산염 100 중량부에 대하여 콜로이달 실리카 50 내지 250 중량부 및 산화크롬 2 내지 10 중량부를 혼합하는 단계;를 포함하는 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물의 제조 방법을 제공한다.
Description
본 발명의 일 실시예는 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물의 제조 방법, 전기강판 및 전기강판의 제조방법에 대한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예는 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예는 금속 인산염 및 콜로이달 실리카를 기반으로 하는 주성분에 나노 또는 마이크로 단위의 미립 질화티타늄(TiN) 및 탄화실리콘(SiC)을 포함함으로써 절연 피막의 절연 특성을 향상시킴과 동시에 응력 제거 소둔 후에도 고절연 특성을 그대로 유지할 수 있고, 절연 피막에 유려한 색상을 부여함으로써 양산제품의 표면 양품율을 획기적으로 증가시킬 수 있는 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물의 제조 방법, 전기강판 및 전기강판의 제조방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은, 일반적으로 Si 성분을 다량 포함하는 강판으로, 결정립의 방위가 (110)[001]방향으로 정렬된 집합 조직을 가지고 있어, 압연 방향으로 우수한 자기적 특성을 나타낸다.
이러한 자기적 특성은, 방향성 전기강판의 철손을 감소시켜 절연성을 개선하면, 보다 향상되는 것으로 알려져 있다. 현재 상품화 되어 있는 방향성 전기강판은 강판과 포스테라이트계 바탕 피막 (1차 피막) 위에 형성된 절연피막 (2차 피막)의 열팽창계수 차이를 이용하는 것에 의해 강판에 인장응력을 부가함으로써 철손감소 효과를 도모하고 있다. 이와 관련하여, 방향성 전기강판의 철손을 감소시키는 방법 중 하나로, 표면에 고장력의 절연피막을 하는 방법이 활발히 연구되고 있다.
방향성 전기강판의 1차 피막은 소재의 1차 재결정 탈탄소둔과정에서 소재 표면에 생성되는 산화규소(SiO2)와 소둔 분리제로 사용되는 산화마그네슘(MgO)의 반응으로 형성되는 포스테라이트(2MgO·SiO2) 층을 말한다. 이렇게 고온소둔 중에 형성된 1차 피막은, 바람직하게는 외관에 결함이 없는 균일한 색상을 가져야 하고, 기능적으로는 코일상태에서 판과 판사이 융착을 방지하고, 소재와 1차 피막 간의 열팽창 계수 차이로 인해 소재에 인장응력을 부여함으로써 소재의 철손을 개선하는 효과를 가져올 수 있다. 그러나, 무엇보다도 우수한 1차 피막 특성은 기본적으로 소재 표면에 결함이 없는 균일한 색상을 가져야 하며, 특히 상업화되는 제품은 대단위 코일 형태로 제조되기 때문에 코일 전장에 걸쳐 고른 피막 특성을 유지하기 매우 어렵다. 상업적으로 생산되는 코일 형태의 방향성 전기강판의 경우 코일 위치 및 부위별로 수화 수분의 배출량이 달라지기 때문에 베어 스팟 또는 산화성 결함 발생을 피할 수 없다. 특히, 통상의 인산염계 장력 코팅제로 형성된 2차 피막의 경우 고투명도에 의한 차폐성 미흡으로 2차 피막 하지에 존재하는 1차 피막 결함을 그대로 노출하게 된다. 따라서, 양산공정에서는 노출된 결함 부위를 절사한 뒤 출하하므로, 실 수율 저하로 인한 제품 단가가 상승하게 된다.
이렇게 2차 피막인 장력 코팅까지 형성된 코일은 변압기 제조사가 원하는 크기로 슬리팅한 후 후프(hoop)형태로 공급되는데, 그 용도에 따라 적철심형 변압기와 권철심형 변압기로 제작된다. 변압기 제작시 효율을 향상시키기 위해선 판간 절연성이 매우 중요하며, 일반적으로 코팅 두께를 높이면 절연성은 향상되나 무부하손이 저하되어 궁극적으로는 변압기 효율이 오히려 저하될 수 있다.
한편, 투명한 피막 성질을 가지고 있는 코팅제에 색상을 부여하기 위해서 안료나 염료 등의 첨가제 도입을 고려해 볼 수 있다. 그러나, 일반적으로 안료나 염료를 코팅제에 도입했을 경우, 도입된 안료나 염료 첨가제가 코팅제 내에 균일하게 분산되지 못하고 응집하게 되어 침강하기 때문에, 코팅 후 피막에 첨가제가 부분적으로 뭉친 상태로 도포되어 균일한 색상을 구현할 수 없다는 문제점을 가지고 있다. 이러한 이유로 이제까지 색상을 지닌 방향성 전기강판용 장력 코팅제가 상업화된 적은 없으며, 다만 통상의 투명 장력 코팅 위에 유색 수지 코팅과 같은 3차코팅을 더해 기능성을 부여한 예만 보고되어 있다. 그러나 3차 코팅을 통해 소재에 색상 또는 기능성을 부여하였을 때는 점적율이 증가되어 변압기 코어로 적용될 경우 무부하손이 증가되어 방향성 전기강판의 고유특성을 저해할 수 있다.
따라서, 1차 피막에서 발생되는 산화성 결함을 차폐할 수 있고 박막 코팅 두께에서도 절연성이 우수한 유색 2차 피막 제품이 요구되고 있으나, 통상 방향성 전기강판 코팅제의 경우 이와 같은 조건을 만족하지 못하고 있어 이에 대한 상용화 기술이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 일 실시예에서는 전기강판의 절연피막 형성용 조성물의 제조 방법, 전기강판 및 전기강판의 제조방법을 제공한다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는 질화티타늄(TiN) 및 탄화실리콘(SiC) 나노 파우더를 포함함으로써, 유색의 미려한 표면 특성을 갖고, 통상의 코팅 두께보다 얇은 박막으로 처리한 후에도 절연성, 내식성, 차폐성, 표면조도 및 피막 장력이 우수한 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물의 제조 방법, 전기강판 및 전기강판의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물의 제조 방법은 인산(H3PO4)에 금속 산화물 및 파우더를 동시에 투입한 후 가열하여 금속 인산염/파우더 혼합물을 제조하는 단계; 금속 인산염/파우더 혼합물에 수용성 폴리머를 투입하고 혼합하여, 금속 인산염 100 중량부, 파우더 20 내지 100 중량부 및 수용성 폴리머 0.01 내지 10 중량부를 포함하는 제1 조성물을 제조하는 단계; 및 제1 조성물에, 금속 인산염 100 중량부에 대하여 콜로이달 실리카 50 내지 250 중량부 및 산화크롬 2 내지 10 중량부를 혼합하는 단계;를 포함할 수 있다.
금속 산화물은 산화물은 산화마그네슘(MgO) 및 산화알루미늄(Al2O3) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
파우더는 질화물 및 탄화물을 동시에 포함할 수 있다.
산화물 및 탄화물은 각각 Li, B, Ca, Sr, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Sn 및 Ba으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 성분으로 포함할 수 있다.
질화물 및 탄화물의 총 질량을 기준으로 질화물의 비율은 5 질량% 내지 95 질량% 일 수 있다.
수용성 폴리머는 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴아마이드, 구아검, 카세인, 젤라틴 및 폴리아크릴산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.
금속 인산염은 제1인산 마그네슘(Mg(H2PO4)2) 및 제1인산 알루미늄(Al(H2PO4)3) 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
금속 인산염은, 전체 100 중량부에 대하여 제1인산 알루미늄 10 내지 40 중량부 및 제1인산 마그네슘 60 내지 90 중량부 포함할 수 있다.
금속 인산염/파우더 혼합물을 제조하는 단계에서 가열 온도는 80℃ 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기강판은 전기강판 기재 및 전기강판 기재의 일면 또는 양면 상에 위치하는 절연피막을 포함하고, 절연피막은 표면 조도(Ra)가 0.5㎛이하이고, 피막 투명도가 20% 이하일 수 있다.
절연피막은 중량%로, P: 6.0 내지 45%, Si: 11 내지 80%, Cr: 0.5 내지 7%, Ti: 3 내지 30%, N: 1.5 내지 25%, C: 1.5 내지 25% 및 잔부 산소 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기강판의 제조 방법은 전기강판 기재의 일면 또는 양면 상에 청구항 제1항에 기재된 방법으로 제조된 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물을 도포하는 단계; 및 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물이 도포된 강판을 건조하여 절연피막을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
도포하는 단계 이전에, 절연피막 형성용 조성물을 10 내지 30℃ 온도에서 보관하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도포하는 단계에서 절연피막 형성용 조성물을 0.5 내지 6.0 g/m2 범위로 도포할 수 있다.
절연피막을 형성하는 단계에서 550 내지 900℃ 에서 10 내지 50초간 가열하여 건조할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판의 절연피막 형성용 조성물은 절연 피막의 절연 특성을 향상시킴과 동시에 응력 제거 소둔 후에도 고절연 특성을 그대로 유지할 수 있고, 절연 피막에 유려한 색상을 부여함으로써 양산제품의 표면 양품율을 획기적으로 증가시킬 수 있다.
도 1은 표면 결함을 포함하고 있는 1차 피막이 형성된 시편의 이미지이다.
도 2는 표면 결함을 포함하고 있는 1차 피막이 형성된 시편에 실시예 3에서 제조한 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물을 이용하여 2차 피막을 형성한 시편의 이미지이다.
도 2는 표면 결함을 포함하고 있는 1차 피막이 형성된 시편에 실시예 3에서 제조한 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물을 이용하여 2차 피막을 형성한 시편의 이미지이다.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.
여기서 사용되는 전문 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 또는 상에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
또한, 특별히 언급하지 않는 한 %는 중량%를 의미하며, 1ppm 은 0.0001중량%이다.
본 발명의 일 실시예에서 추가 원소를 더 포함하는 것의 의미는 추가 원소의 추가량 만큼 잔부인 철(Fe) 또는 산소(O)을 대체하여 포함하는 것을 의미한다.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물은, 금속 인산염 100 중량부; 콜로이달 실리카 50 내지 250 중량부; 산화크롬 5 내지 15 중량부; 파우더 20 내지 100 중량부; 및 수용성 폴리머 0.01 내지 10 중량부를 포함할 수 있다.
이하에서는 각 성분별로 상세하게 설명한다.
콜로이달 실리카는 코팅후 피막건조시 분자내 네트워크 반응으로 피막 자체의 강도와 경도를 높이며 이로 인해 피막에 의한 소재내 장력을 인가하는 역할을 한다. 콜로이달 실리카로 다양한 콜로이달 실리카를 제한 없이 사용할 수 있으며, 상용화된 콜로이달 실리카도 사용할 수 있다. 더욱 구체적으로 염기성 콜로이달 실리카를 사용할 수 있다. 일반적으로, 방향성 전기강판용 장력 코팅제는 피막 형성 후 내식성을 보강하기 위한 산화크롬과 피막의 조도 및 도포성을 조절하는 고체 실리카 등을 함께 혼합하여 제조한다.
콜로이달 실리카는, 금속 인산염 100 중량부에 대하여 50 내지 250 중량부 포함될 수 있다. 콜로이달 실리카가 너무 적게 첨가되면 콜로이달 실리카의 첨가로 인한 장력 향상 효과를 충분히 얻을 수 없다. 콜로이달 실리카가 너무 많이 첨가되면 상대적으로 금속 인산염의 양이 줄어들어, 절연 피막의 밀착성이 열위될 수 있다. 구체적으로, 콜로이달 실리카는, 금속 인산염 100 중량부에 대하여 100 내지 200 중량부 포함될 수 있고, 더욱 구체적으로 금속 인산염 100 중량부에 대하여 125 내지 175 중량부 포함될 수 있다. 이 때, 중량부는 금속 인산염을 기준으로 한 상대적인 중량을 의미한다.
콜로이달 실리카는 피막의 건조 과정에서 하기 반응식 1과 같이 실리카의 연쇄반응에 의한 축합반응이 일어나며 -(HO-Si-O-Si)-n와 같이 네트워크 구조를 형성한다.
[반응식 1]
-(HO-Si-OH-)n + -(HO-Si-OH-)n = -(HO-Si-O-Si-)n + H2O
(1)
그러나, 콜로이달 실리카를 사용하여 지나치게 균일한 네트워크 구조를 만들게 되고 이로 인해 피막 치밀성에는 한계를 보이게 된다. 따라서 전기강판 모재와 코팅 조성물 간의 밀착성이나 내식성을 부여하는 데는 한계가 있으며 이렇게 부족한 물성치를 보강하기 위해 금속인산염 및 산화크롬이 보강된다.
콜로이달 실리카는 입도가 7 내지 20nm 범위에 해당할 수 있다. 즉, 입도가 7nm 미만이거나, 20nm 초과인 콜로이달 실리카가 존재하지 않을 수 있다.
콜로이달 실리카는 고체 분율은 25 내지 35 wt% 일 수 있다. 고체 분율이 너무 작으면 절연성 저하 문제가 발생할 수 있다. 고체 분율이 너무 크면 코팅제 제조 후 상용성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, 고체 분율은 28 내지 32 wt% 일 수 있다.
콜로이달 실리카는 Na+ 함량은 0.1 내지 1.0 wt% 일 수 있다. Na+ 함량이 너무 적으면 피막의 치밀성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. Na+ 함량이 너무 많으면 코팅제내 양이온 증가로 성분간 상용성을 저해하는 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, Na+ 함량은 0.3 내지 0.7 wt%일 수 있다.
콜로이달 실리카는 pH 9.5 내지 10.5 일 수 있다. pH가 너무 낮거나, 너무 높으면 코팅제내 콜로이달 실리카 이외의 성분의 pH차이 극심하여 상분리 현상이 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, pH는 9.5 내지 10.0일 수 있다.
콜로이달 실리카는 점도가 3.5 내지 6.5 cp일 수 있다. 점도가 너무 낮으면 코팅제의 도포성에 문제가 발생할 수 있다. 점도가 너무 높으면 장시간 사용시 증점이 되어 시효성 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, 점도는 4 내지 6 cp일 수 있다. 점도는 콜로이달 실리카 30 중량% 고형분을 기준으로 20℃ 온도에서 브룩필드 점도계로 측정할 수 있다.
콜로이달 실리카는 비중이 1.1 내지 1.3일 수 있다. 비중이 너무 낮으면 코팅제 도포량 제어가 어려울 수 있다. 비중이 너무 높으면 코팅제 제조후 침강 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, 비중은 1.15 내지 1.25일 수 있다.
금속 인산염은 절연피막 형성용 조성물 내에서 바인더 역할을 한다. 금속 인산염을 적정량 포함하지 못하는 경우, 절연 피막의 밀착성이 열위되거나, 장력을 충분히 얻을 수 없다.
금속 인산염은 순수한 인산(H3PO4)에 금속 산화물을 첨가하여 80℃ 이상에서 반응시키는 제조 과정이 필수적이며, 금속 인산염의 밀착성을 향상시키기 위해서 반응 과정에서 붕산을 추가로 첨가하고 3시간 이상 유지함으로써 마그네슘 금속 인산염과 붕산의 축합반응을 유도할 수 있다. 제조된 금속 인산염은 강한 산성을 띈다.
금속 인산염은 고형분이 50 내지 70% 일 수 있다. 고형분이 너무 적으면, 금속 인산염 내에 자유 인산이 증가하여 금속 인산염 제조 후 표면 흡습이 발생할 수 있으며, 고형분이 너무 많으면, 순수 인산 대비 고형분의 과잉으로 반응 불량 및 석출이 발생할 수 있다.
금속 인산염 및 금속 산화물은 다양한 금속을 제한 없이 포함할 수 있다. 구체적으로, 금속 산화물은 산화물은 산화마그네슘(MgO) 및 산화알루미늄(Al2O3) 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 금속 산화물은 산화마그네슘(MgO) 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함할 수 있다. 또한, 구체적으로 금속 인산염은 제1인산 마그네슘(Mg(H2PO4)2) 및 제1인산 알루미늄(Al(H2PO4)3) 중 1종 이상 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 금속 인산염은 제1인산 마그네슘(Mg(H2PO4)2) 및 제1인산 알루미늄(Al(H2PO4)3)을 포함할 수 있다. 이 경우, 금속 인산염은, 전체 100 중량부에 대하여 제1인산 알루미늄 10 내지 40 중량부 및 제1인산 마그네슘 60 내지 90 중량부를 포함할 수 있다. 제1인산 알루미늄이 너무 적게 포함되는 경우, 제1인산 알루미늄 첨가에 의한 장력 향상 효과가 충분치 않을 수 있다. 제1인산 알루미늄이 너무 많이 첨가될 시, Al 성분이 실리카의 결정화를 증가시켜 절연 피막 내 균열을 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 금속 인산염은, 전체 100 중량부에 대하여 제1인산 알루미늄 15 내지 35 중량부 및 제1인산 마그네슘 65 내지 85 중량부를 포함할 수 있고, 더욱 구체적으로 제1인산 알루미늄 20 내지 30 중량부 및 제1인산 마그네슘 70 내지 80 중량부 포함할 수 있다.
산화크롬은 절연 피막의 내식성 강화를 위해 첨가된다. 산화크롬은, 금속 인산염 100 중량부에 대하여 2 내지 10 중량부 포함될 수 있다. 산화크롬이 너무 적게 포함될 경우, 내식성 강화 효과가 충분치 않을 수 있으며, 아울러 후술할 콜로이달 실리카를 중화 역할을 적절히 수행하기 어렵다. 산화크롬이 너무 많이 포함될 경우, 코팅제의 점도가 급격히 높아지는 문제가 발생할 수 있다. 구체적으로, 산화크롬은, 금속 인산염 100 중량부에 대하여 2 내지 8 중량부 포함될 수 있고, 더욱 구체적으로, 산화크롬은, 금속 인산염 100 중량부에 대하여 4 내지 6 중량부 포함될 수 있다.
파우더는 피막의 차폐성을 향상시키기 위해 첨가된다. 여기에서 차폐성을 향상시킨다는 것은 투명도를 낮추어 차폐 성능을 향상시키는 것을 의미한다. 파우더는, 금속 인산염 100 중량부에 대하여 20 내지 100 중량부 포함할 수 있다. 파우더가 너무 적으면, 피막 투명도가 높아져 1차 피막을 차폐하는 효과가 현저히 떨어질 수 있다. 파우더가 너무 많으면, 코팅제 내 고체 분율이 높아져 파우더 간 응집과 침강 현상이 발생할 수 있다. 구체적으로, 파우더는, 30 내지 80 중량부, 더욱 구체적으로, 40 내지 60 중량부 포함될 수 있다.
파우더는 질화물 및 탄화물을 동시에 포함할 수 있으며, 구체적으로, 산화물 및 탄화물은 각각 Li, B, Ca, Sr, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Sn 및 Ba으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 성분으로 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 질화물은 질화티타늄(TiN) 일 수 있고, 탄화물은 탄화실리콘(SiC) 일 수 있다.
질화물 및 탄화물의 총 질량을 기준으로 상기 질화물의 비율은 5질량% 내지 95질량% 일 수 있다. 질화물의 비율이 너무 낮으면 피막의 투명도가 높아져 1차 피막 차폐 효과가 현저히 떨어질 수 있고, 질화물의 비율이 너무 높으면 피막의 경도를 과도하게 증가시켜 제품의 가공성을 저하시킬 수 있다. 구체적으로, 질화물 및 탄화물의 총 질량을 기준으로 상기 질화물의 비율은 7질량% 내지 93질량%일 수 있다.
질화물 및 탄화물의 평균 입도는 102 nm 내지 105 nm 일 수 있다. 질화물 및 탄화물의 평균 입도가 너무 작으면 입자 자체의 정전기적 인력 때문에 용액에 골고루 분산되기 어렵고, 평균 입도가 너무 크면 용액 내에서 침강 현상이 빠르게 일어나므로 적절한 성능 발휘가 곤란한 문제가 있다.
수용성 폴리머는 파우더의 용액 내 침강을 억제하기 위한 침강 억제제로 투입된다. 본 발명의 일 실시예에서 파우더가 코팅제 내에 균일하게 혼합된 코팅제를 제조한 경우에도, 제조 후 일정 시간이 지나면 고르게 분산되어 있는 파우더들의 침강 현상이 발생하게 된다. 분자량이 작은 수용성 폴리머를 코팅제에 첨가하게 되면, 수용성 폴리머가 코팅제 내에 분자 그물망을 형성하고, 코팅제 내 파우더는 이러한 분자 그물망에 촘촘하게 걸려있는 형태로 존재하게 되어 침강하지 않게 된다.
수용성 폴리머는, 금속 인산염 100 중량부에 대하여 0.01 내지 10 중량부가 포함될 수 있다. 수용성 폴리머의 함량이 너무 적으면 파우더의 침강 억제 효과가 미미하고, 수용성 폴리머의 함량이 너무 높으면 코팅제 제조 후 시간이 지남에 따라 코팅제의 점도를 급격히 증가시켜 코팅제의 안정성을 훼손하는 문제가 발생할 수 있다. 구체적으로, 수용성 폴리머는, 금속 인산염 100 중량부에 대하여 0.1 내지 10 중량부가 포함될 수 있고, 더욱 구체적으로, 2 내지 8 중량부가 포함될 수 있다.
수용성 폴리머는 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴아마이드, 구아검, 카세인, 젤라틴 및 폴리아크릴산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 수용성 폴리머는 폴리비닐알콜(PVA) 일 수 있다.
전술한 성분 외에도 절연피막 형성용 조성물은 용제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물의 제조 방법은, 인산(H3PO4)에 금속 산화물 및 파우더를 동시에 투입한 후 가열하여 금속인산염/파우더 혼합물을 제조하는 단계; 금속 인산염/파우더 혼합물에 수용성 폴리머를 투입하고 혼합하여, 금속 인산염 100 중량부, 파우더 20 내지 100 중량부 및 수용성 폴리머 0.01 내지 10 중량부를 포함하는 제1 조성물을 제조하는 단계; 및 제1 조성물에, 금속 인산염 100 중량부에 대하여 콜로이달 실리카 50 내지 250 중량부 및 산화크롬 2 내지 10 중량부를 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
인산 및 금속 산화물의 반응이 먼저 진행된 후에 파우더를 투입하는 경우에는, 금속 인산염이 제조된 후에 금속 인산염의 점도가 급격히 증가하게 되므로, 여기에 파우더를 도입하여 혼합을 유도하더라도 파우더가 금속 인삼염 내에 고르게 분산되지 못하고 입자들끼리 서로 뭉치는 현상이 발생하게 된다.
본 발명의 일 실시예에서는, 인산에 금속 산화물 및 파우더를 동시에 투입하여 인산과 금속 산화물의 반응을 진행시킴으로써, 아직 반응이 진행되지 않아 인산의 점도가 낮은 상태에서 파우더가 투입되므로 교반에 의해 유도된 유동에 따라 매우 균일한 인산/파우더 혼합상을 형성하게 되고, 점점 점도가 높은 금속 인산염/파우더 균일 혼합상으로 진전되므로, 코팅 조성물 내 파우더의 분산성을 향상시킬 수 있어 피막의 차폐성이 크게 향상시킬 수 있다.
수용성 폴리머는 인산과 금속 산화물의 반응이 진행된 후 금속 인산염/파우더 혼합물에 투입하여야 하는데, 그 이유는 인산과 금속산화물의 반응 전에 투입되면 수용성 폴리머가 금속 인산염/파우더 혼합물의 균일한 혼합상 형성을 방해할 수 있기 때문이다.
본 발명의 일 실시예에서는, 인산(H3PO4)에 금속 산화물 및 파우더를 동시에 투입한 후 가열하여 금속 인산염/파우더 혼합물을 제조한다.
금속 인산염/파우더 혼합물을 제조하는 단계에서 가열 온도는 80℃ 이상일 수 있다. 가열 온도가 너무 낮으면, 금속 산화물과 인산 반응이 원할하지 못해 금속인산염 형성이 어렵고 이러한 상황에선 교반을 진행하더라도 금속 인산염 내에 파우더가 균일한 혼합상을 이루지 못하고, 입자들끼리 뭉치는 현상이 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 금속 인산염/파우더 혼합물에 수용성 폴리머를 투입하고 혼합하여, 금속 인삼염 100 중량부, 파우더 20 내지 100 중량부 및 수용성 폴리머 0.01 내지 10 중량부를 포함하는 제1 조성물을 제조한다.
금속 산화물, 금속 인산염, 파우더, 수용성 폴리머 및 파우더에 포함되는 질화물 및 탄화물에 대한 설명 및 이들의 함량에 대한 설명은 전술한 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물과 관련하여 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 제1 조성물에 콜로이달 실리카 50 내지 250 중량부 및 산화크롬 2 내지 10 중량부를 혼합할 수 있다.
콜로이달 실리카 및 산화크롬에 대한 설명 및 이들의 함량에 대한 설명은 전술한 전기강판의 절연피막 형성용 조성물과 관련하여 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
콜로이달 실리카는 염기성을 띄고, 금속 인산염은 산성을 띄게 되며, 이들을 혼합할 시, 두 성분의 현저한 pH 차이에 의한 일시적인 겔화 현상이 발생하며, 이는 치밀한 피막을 형성하는 것을 방해하게 된다.
본 발명의 일 실시예에서는 산화크롬을 완충제로 사용하여 콜로이달 실리카를 중화하는 역할을 한다.
본 발명이 일 실시예에 의한 전기강판은 전기강판 기재 및 상기 전기강판 기재의 일면 또는 양면 상에 위치하는 절연피막을 포함하고, 상기 절연피막은 내식성이 0.1% 미만이고, 피막 투명도가 20% 이하일 수 있다.
전기강판 기재는 절연피막이 별도로 형성되지 않은 무방향성 전기강판 또는 방향성 전기강판일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 전기강판 기재의 성분과는 무관하게 절연피막 조성물 및 절연피막의 특징에 의해 효과가 나타난다. 보충적으로 방향성 전기강판 기재의 성분에 대해 설명하면 다음과 같다.
방향성 전기강판 기재는 실리콘(Si): 2.0 내지 7.0 중량%, 알루미늄(Al): 0.020 내지 0.040 중량%, 망간(Mn): 0.01 내지 0.20 중량%, 인(P) 0.01 내지 0.15 중량%, 탄소(C) 0.01 중량% 이하(0%를 제외함), N: 0.005 내지 0.05 중량% 및 안티몬(Sb), 주석(Sn), 또는 이들의 조합을 0.01 내지 0.15 중량% 포함하고, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 방향성 전기강판 기재(10)의 각 성분에 대한 설명은 일반적으로 알려진 내용과 같으므로, 자세한 설명은 생략한다.
방향성 전기강판 기재 및 절연피막 사이에는 2차 재결정 과정에서 소둔 분리제 및 강판의 산화층과 반응하여 형성된 금속 산화물층(베이스 코팅층, 1차 피막)이 존재할 수 있다. 금속 산화물층의 예로는 포스테라이트층이 될 수 있다. 방향성 전기강판의 제조 과정에서 금속 산화물층의 형성을 억제하거나, 또는 금속 산화물층을 제거하여, 방향성 전기강판 기재 및 절연피막이 맞닿는 것도 가능하다.
절연피막은 표면조도(Ra)가 0.5㎛ 이하일 수 있다. 침강 억제제로 사용된 수용성 폴리머가 코팅제 내 질화티타늄과 탄화실리콘의 응집을 억제할 뿐만 아니라, 거친 파우더 표면을 잘 감싸주는(Capsulation) 효과가 있기 때문에 우수한 표면조도를 얻을 수 있다. 절연피막의 표면조도가 너무 높을 경우, 변압기 제조를 위한 소재 적층시 점적율이 증가하여 변압기 효율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
절연피막은 피막 투명도가 20% 이하일 수 있다. 피막 투명도는 반사광 측정법 (Reflectometry)에 의해 측정되는데, 시편에 대한 입사광의 세기(Ii)에 대한 반사광의 세기(Ir)의 절대 세기 비(Ir/Ii), 또는 (1/Rabs)의 역수로 정의된다. 즉, 피막투명도 1/Rabs= Ir/Ii이며, 피막의 투과율이 높아 입사광이 대부분이 반사되면 피막투명도는 100%에 가깝고, 반면에 피막 투과율이 낮아 입사광 대부분이 피막에 의해 흡수 또는 산란되면 피막투명도는 0%에 가깝다. 피막 투명도가 20% 이하인 경우에는, 피막이 불투명하고 외부에서 입사된 광원이 피막에 대부분 흡수 또는 산란되어 피막 하지의 시편 본래 색상을 구분할 없어 우수한 차폐 효과가 있다. 반대로, 피막 투명도가 20%를 초과하는 경우에는, 차폐성이 열위하여 피막 하지의 시편 본래 색상을 구분할 수 있으므로 본 발명의 목적을 달성할 수 없다. 구체적으로, 피막 투명도는 19% 이하일 수 있고, 더욱 구체적으로 10% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 적절한 성분 및 함량을 갖고, 제조 과정에서 질화물 및 탄화물의 혼합 순서 및 혼합 양을 조절함으로써, 전술한 피막 투명도 값을 얻을 수 있다.
절연피막은 중량%로, P: 6.0 내지 45%, Si: 11 내지 80%, Cr: 0.5 내지 7%, Ti: 3 내지 30%, N: 1.5 내지 25%, C: 1.5 내지 25% 및 잔부 산소 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
인(P)은 절연피막 내에 6.0 내지 45 중량% 포함될 수 있다. 인(P)는 절연피막 조성물 내의 금속 인산염, 탄화물 및 질화물로부터 유래되거나, 전기강판 기재로부터 확산될 수 있다. 인(P)의 비율이 너무 높으면, 피막 형성후 피막이 끈끈해지는 sticky 문제가 발생할 수 있다. 인(P)의 비율이 너무 낮으면 코팅제의 밀착성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, P를 10 내지 30 중량% 포함할 수 있다.
실리콘(Si)은 절연피막 내에 11 내지 60 중량% 포함될 수 있다. 실리콘(Si)는 절연피막 조성물 내의 콜로이달 실리카, 탄화물 및 질화물로부터 유래되거나, 전기강판 기재로부터 확산될 수 있다. 실리콘(Si) 비율이 너무 높으면, 피막의 경도가 너무 높아 가공성이 떨어지며 실리콘(Si) 비율이 너무 낮으면 실리콘에 의한 피막장력 효과가 저하될 수 있다. 더욱 구체적으로, 실리콘(Si)을 20 내지 40 중량% 포함할 수 있다.
크롬(Cr)은 절연피막 내에 0.5 내지 7 중량% 포함될 수 있다. 크롬(Cr)은 절연피막 조성물 내의 산화크롬으로부터 유래되거나, 전기강판 기재로부터 확산될 수 있다. 크롬(Cr)의 비율이 너무 높으면, 코팅제의 점도가 높아져 도포성에 문제가 발생할 수 있다. 크롬(Cr)의 비율이 너무 낮으면 내식성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, 크롬(Cr)을 1 내지 6 중량% 포함할 수 있다.
티타늄(Ti)은 절연피막 내에 3 내지 30 중량% 포함될 수 있다. 티타늄(Ti)은 절연피막 조성물 내의 탄화물 및 질화물로부터 유래되거나, 절연피막 형성 과정에서 전기강판 기재로부터 확산될 수 있다. 티타늄(Ti)의 비율이 너무 높으면, 피막경도를 높여 피막균열의 문제가 발생할 수 있다. 티타늄(Ti)의 비율이 너무 낮으면 피막의 투명도가 높아져 차폐성이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, 티타늄(Ti)을 5 내지 15 중량% 포함할 수 있다.
질소(N)는 절연피막 내에 1.5 내지 25 중량% 포함될 수 있다. 질소(N)는 절연피막 조성물 내의 탄화물 및 질화물로부터 유래되거나, 절연피막 형성 과정에서 전기강판 기재로부터 확산될 수 있다. 질소(N)의 비율이 너무 높으면, 피막건조시 소재내 확산되어 질화 되는 문제가 발생할 수 있다. 질소(N)의 비율이 너무 낮으면 건조시 피막이 산화되는 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, 질소(N)를 5 내지 15 중량% 포함할 수 있다.
탄소(C)는 절연피막 내에 1.5 내지 25 중량% 포함될 수 있다. 탄소(C)는 절연피막 조성물 내의 탄화물 및 질화물로부터 유래되거나, 절연피막 형성 과정에서 전기강판 기재로부터 확산될 수 있다. 탄소(C)의 비율이 너무 높으면, 피막 형성후 표면에 재(ash)를 남겨 문제가 발생할 수 있다. 탄소(C)의 비율이 너무 낮으면 피막의 투명도가 높아져 차폐성이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, 탄소(C)를 5 내지 15 중량% 포함할 수 있다.
나머지는 산소(O)를 포함한다. 전술한 Si, P, Cr, Fe외에 원소를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 산소(O)를 대체하여 포함한다. 구체적으로 산소는 35 내지 75 중량% 포함할 수 있다.
절연피막은 Al: 1.5 내지 12 중량% 또는 Mg: 4.5 내지 34 중량% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
전술한 Al, Mg 등은 절연피막 조성물에 첨가되는 금속 인산염으로부터 유래될 수 있고, B는 절연피막 조성물에 첨가되는 붕소로부터 유래될 수 있다. 전술한 범위로 Al, Mg를 더 첨가할 시, 밀착성이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방향성 전기강판의 제조 방법은 전기강판 기재 상에 절연피막 형성용 조성물을 도포하는 단계; 및 절연피막 형성용 조성물이 도포된 강판을 건조하여 절연피막을 형성하는 단계를 포함한다.
먼저, 전기강판 기재 상에 절연피막 형성용 조성물을 도포한다.
전기강판 기재 및 절연피막 형성용 조성물에 대해서는 전술한 것과 동일하므로, 반복되는 설명을 생략한다.
도포 전 절연피막 형성용 조성물은 10 내지 30℃ 온도로 관리될 수 있다. 전술한 범위보다 낮을 경우, 점도가 증가하여, 균일한 도포량을 관리하기 어려워질 수 있다. 온도가 너무 높으면, 절연피막 형성용 조성물의 겔화 현상이 가속화되어 표면 품질을 저하할 수 있다. 더욱 구체적으로 도포 전 절연피막 형성용 조성물은 15 내지 25℃ 온도로 관리될 수 있다.
절연피막 형성용 조성물 도포시, 도포량은 0.5 내지 6.0 g/m2 범위로 도포할 수 있다. 도포량이 너무 많을 시, 절연피막이 너무 두꺼워지고, 강판과의 밀착성 및 전기강판 제품의 점적률이 열위될 수 있다. 도포량이 너무 적을 시, 절연피막이 부여하는 장력이 약해질 수 있다. 더욱 구체적으로 도포량은 1.0 내지 5.0 g/m2일 수 있다.
건조하는 단계에서 550 내지 900℃ 에서 10 내지 50초간 가열하여 건조할 수 있다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
실험예 : 금속 종류에 따른 특성 확인
실시예 1
중량비로 Si: 3.1%를 함유하고, 판 두께 0.23mm 마무리 소둔 된 1차 피막을 가진 방향성 전기강판 (300*60mm)을 공시재로 준비하였다.
하기 표 1에 정리된 성분 및 물 100g을 포함하는 절연 피막 형성용 조성물을 준비하였다. A 제조 방법은 금속 인산염이 담겨진 교반기에 강염기성 콜로이달 실리카와 산화크롬을 동시에 투입하여 장력 코팅제를 제조한 후, 파우더와 침강 억제제인 폴리비닐알콜(PVA)를 순차적으로 투입하여 장시간 교반하여 제조하였다. B 제조 방법은 인산염 제조시 인산에 금속 산화물 및 파우더를 동시에 투입하고 80℃ 이상의 가열 상태에서 교반을 진행하여 금속 인산염을 제조한 후, 산화 크롬 및 콜로이달 실리카를 투입하고 혼합하여 제조하였다. C 제조 방법은 인산염 제조시 파우더를 투입한 후 추가적으로 침강 억제제인 폴리비닐알콜(PVA)를 투입하여 금속 인산염을 제조하는 점을 제외하고는 B 방법과 동일하게 제조하였다. D 제조 방법은 금속 인산염, 콜로이달 실리카 및 산화크롬을 투입하여 제조하는 통상의 장력 코팅제의 제조 방법으로 제조하였다.
제조된 절연 피막 형성용 조성물을 공시재에 4g/m2 도포한 후, 850℃ 에서 30초 동안 건조시켜 시편을 제조하다. 이렇게 제조된 시편으로 물성을 측정하여 하기 [표 3]에 나타내었고, 시편에 형성된 절연 피막의 조성을 정리하여 하기 [표 2]에 나타내었다.
내식성 측정 방법: 5 중량%, 35℃, NaCl 용액에 8시간 동안 시편의 녹 발생 면적을 평가하였다.
피막 장력 측정 방법: 양면 중 일면에 형성된 절연 피막을 제거하고, 잔존하는 표면에 형성된 절연 피막에 의한 인장응력 부가로 한 쪽 방향으로 휘게 하고, 휨 정도에 필요한 힘을 측정하여, 절연 피막에 의한 피막 장력을 평가하였다.
Franklin 절연성 측정: 300PSI 압력하에서 입력 0.5V, 1.0A의 전류를 통하였을 때의 수납 전류 값으로 측정하였다.
임피던스 절연성 측정: 전해질 용액으로 KCl, 카운터 전극에 Pt와 Reference에 Ag/AgCl을 사용하여 나타내었으며, 임피던스 저항측정에 의한 실수부 값을 정리하였다. 저항 측정시 양끝단자는 모든 시편에서 100mm 거리를 두고 측정하였다.
피막 투명도 측정 : 상기에서 언급한 바와 같이 반사광 측정법 (Reflectometry)에 의해 측정 방법으로 피막 투명도를 측정하였다.
| 시 편 | 제조 방법 | 금속인산염 (100g) |
파우더 (g) | 콜로이달 실리카 (g) |
산화 크롬 (g) |
폴리 비닐 알콜 (g) |
용액 균일성 * |
침강 발생** |
||
| 제1 인산 마그네슘 | 제1 인산 알루미늄 | TiN | SiC | |||||||
| 비교예 1 | A | 75 | 25 | 4 | 46 | 150 | 5 | - | 불량 | 발생 |
| 비교예 2 | 15 | 35 | - | 불량 | 발생 | |||||
| 비교예 3 | 35 | 15 | - | 불량 | 발생 | |||||
| 비교예 4 | 46 | 4 | - | 불량 | 발생 | |||||
| 비교예 5 | B | 75 | 25 | 4 | 46 | 150 | 5 | - | 양호 | 발생 |
| 비교예 6 | 15 | 35 | - | 양호 | 발생 | |||||
| 비교예 7 | 35 | 15 | - | 양호 | 발생 | |||||
| 비교예 8 | 46 | 4 | - | 양호 | 발생 | |||||
| 실시예 1 | C | 75 | 25 | 4 | 46 | 150 | 5 | 0.01 | 양호 | 무 |
| 실시예 2 | 15 | 35 | 0.1 | 양호 | 무 | |||||
| 실시예 3 | 35 | 15 | 2.5 | 양호 | 무 | |||||
| 실시예 4 | 46 | 4 | 7 | 양호 | 무 | |||||
| 비교예 9 | D | 75 | 25 | - | - | 150 | 5 | - | - | - |
* : 코팅 용액의 균일성은 용액 제조 직후 용액 내 파우더의 분산 상태를 양호/불량으로 판단하였다.** : 침강 발생 여부는 코팅 용액 제조 후 1시간 이내 용액 내 파우더 침강현상 발생의 유/무로 판단하였다.
| P | Si | Cr | Al | Mg | Ti | N | C | |
| 비교예 1 | 19.6 | 37.6 | 2.0 | 4.9 | 14.7 | 1.6 | 1.6 | 18.0 |
| 비교예 2 | 19.6 | 33.3 | 2.0 | 4.9 | 14.7 | 6.0 | 6.0 | 13.7 |
| 비교예 3 | 19.6 | 25.5 | 2.0 | 4.9 | 14.7 | 14.0 | 14.0 | 5.9 |
| 비교예 4 | 19.6 | 21.2 | 2.0 | 4.9 | 14.7 | 18.0 | 18.0 | 1.6 |
| 비교예 5 | 19.6 | 37.6 | 2.0 | 4.9 | 14.7 | 1.6 | 1.6 | 18.0 |
| 비교예 6 | 19.6 | 33.3 | 2.0 | 4.9 | 14.7 | 6.0 | 6.0 | 13.7 |
| 비교예 7 | 19.6 | 25.5 | 2.0 | 4.9 | 14.7 | 14.0 | 14.0 | 5.9 |
| 비교예 8 | 19.6 | 21.2 | 2.0 | 4.9 | 14.7 | 18.0 | 18.0 | 1.6 |
| 실시예 1 | 19.6 | 37.6 | 2.0 | 4.9 | 14.7 | 2.0 | 2.0 | 18.0 |
| 실시예 2 | 19.6 | 33.3 | 2.0 | 4.9 | 14.7 | 6.0 | 6.0 | 13.7 |
| 실시예 3 | 19.6 | 25.2 | 1.9 | 4.9 | 14.6 | 14.0 | 14.0 | 6.0 |
| 실시예 4 | 19.1 | 20.6 | 1.9 | 4.8 | 14.3 | 18.0 | 18.0 | 4.1 |
| 비교예 9 | 32.0 | 32.3 | 3.5 | 8.1 | 24.2 | - | - |
| SRA 전 Franklin 절연성 (mA) | SRA 후 Franklin 절연성 (mA) | 피막 투명도 (%) |
내식성 (%) |
코팅장력 (kgf/mm2) |
피막 표면조도 (Ra, μm) | |
| 비교예 1 | 262 | 452 | 59 | 9.4 | 0.22 | 0.7 |
| 비교예 2 | 168 | 338 | 53 | 7.4 | 0.25 | 0.7 |
| 비교예 3 | 155 | 319 | 45 | 6.5 | 0.30 | 0.8 |
| 비교예 4 | 178 | 402 | 49 | 7.2 | 0.28 | 0.8 |
| 비교예 5 | 132 | 125 | 32 | 4.2 | 0.31 | 0.7 |
| 비교예 6 | 311 | 148 | 25 | 2.7 | 0.33 | 0.6 |
| 비교예 7 | 57 | 107 | 26 | 3.1 | 0.39 | 0.6 |
| 비교예 8 | 45 | 134 | 16 | 1.3 | 0.38 | 0.7 |
| 실시예 1 | 52 | 86 | 19 | ＜0.1 | 0.42 | 0.3 |
| 실시예 2 | 25 | 74 | 17 | ＜0.1 | 0.48 | 0.3 |
| 실시예 3 | 10 | 35 | 12 | ＜0.1 | 0.50 | 0.4 |
| 실시예 4 | 15 | 59 | 11 | ＜0.1 | 0.48 | 0.4 |
| 비교예 9 | 103 | 600 | 95 | 4.5 | 0.33 | 0.6 |
표 1 내지 표 3에서 확인할 수 있듯이, 코팅제 내에 질화티타늄과 탄화실리콘이 균일하게 분산되어 있고, 코팅제 제조 후 침강이 발생하지 않는 C 제조 방법으로 제조된 실시예의 경우에, 모든 조성계에서 절연성, 피막 차폐성, 내식성, 코팅 장력 및 피막조도가 전체적으로 향상됨을 확인할 수 있다. 특히, 침강 억제제가 적당량 투입된 실시예 3 및 실시예 4의 경우에는 응력제거소둔(Stress Relieving Annealing, SRA) 전/후의 피막의 절연성 및 피막의 차폐율이 비교예 뿐 아니라 다른 실시예들과 비교하여도 매우 우수한 것을 확인할 수 있으며, 피막조도도 매우 미려하여 변압기 제조시 가공성을 향상을 기대할 수 있다. 또한, 표 1 및 표 3을 참고하면, 파우더 내에서 질화티타늄의 비율이 높아질수록 피막의 차폐율이 높아지는 경향성을 확인할 수 있다.
표 3을 참고하면, 종래의 인산염계 코팅제 제조 방법 D로 제조한 비교예 9의 경우, 응력제거소둔(SRA) 전/후의 절연성이 본 발명의 실시예 대비 열위한 것을 확인할 수 있는데, 이러한 이유는 인산염계 코팅제의 경우 표면조도가 본 발명의 실시예와 대비하여 거칠고, 열처리시 실리카의 결정화에 의한 피막부피축소가 발생되기 때문임을 확인하였다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 표면 결함을 포함하고 있는 1차 피막이 형성된 시편에 실시예 3에서 제조한 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물을 이용하여 2차 피막을 형성할 경우, 생성된 2차 피막은 색상이 매우 균일하고 유려하며, 1차 피막의 표면 결함을 차폐하는 기능이 매우 우수함을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.
Claims (15)
- 인산(H3PO4)에 금속 산화물 및 파우더를 동시에 투입한 후 가열하여 금속 인산염/파우더 혼합물을 제조하는 단계;
상기 금속 인산염/파우더 혼합물에 수용성 폴리머를 투입하고 혼합하여, 금속 인산염 100 중량부, 파우더 20 내지 100 중량부 및 수용성 폴리머 0.01 내지 10 중량부를 포함하는 제1 조성물을 제조하는 단계; 및
상기 제1 조성물에, 금속 인산염 100 중량부에 대하여 콜로이달 실리카 50 내지 250 중량부 및 산화크롬 2 내지 10 중량부를 혼합하는 단계;를 포함하는, 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 금속 산화물은 산화물은 산화마그네슘(MgO) 및 산화알루미늄(Al2O3) 중 1종 이상을 포함하는, 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 파우더는 질화물 및 탄화물을 동시에 포함하는, 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물의 제조 방법. - 제3항에 있어서,
상기 산화물 및 탄화물은 각각 Li, B, Ca, Sr, Mg, Al, Si, P, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Zr, Sn 및 Ba으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 성분으로 포함하는, 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물의 제조 방법. - 제3항에 있어서,
상기 질화물 및 탄화물의 총 질량을 기준으로 상기 질화물의 비율은 5 질량% 내지 95 질량%인, 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 수용성 폴리머는 폴리비닐알콜(PVA), 폴리아크릴아마이드, 구아검, 카세인, 젤라틴 및 폴리아크릴산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인, 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 금속 인산염은 제1인산 마그네슘(Mg(H2PO4)2) 및 제1인산 알루미늄(Al(H2PO4)3) 중 1종 이상을 포함하는, 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물의 제조 방법. - 제7항에 있어서,
상기 금속 인산염은, 전체 100 중량부에 대하여 상기 제1인산 알루미늄 10 내지 40 중량부 및 상기 제1인산 마그네슘 60 내지 90 중량부 포함하는, 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
금속 인산염/파우더 혼합물을 제조하는 단계에서 가열 온도는 80℃ 이상인, 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물의 제조 방법. - 전기강판 기재 및
상기 전기강판 기재의 일면 또는 양면 상에 위치하는 절연피막을 포함하고,
상기 절연피막은 표면 조도(Ra-)가 0.5㎛이하이고, 피막 투명도가 20% 이하인, 전기강판. - 제10항에 있어서,
상기 절연피막은 중량%로, P: 6.0 내지 45%, Si: 11 내지 80%, Cr: 0.5 내지 7%, Ti: 3 내지 30%, N: 1.5 내지 25%, C: 1.5 내지 25% 및 잔부 산소 및 불가피한 불순물을 포함하는 전기강판. - 전기강판 기재의 일면 또는 양면 상에 청구항 제1항에 기재된 방법으로 제조된 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물을 도포하는 단계; 및
상기 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물이 도포된 강판을 건조하여 절연피막을 형성하는 단계를 포함하는 전기강판의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 도포하는 단계 이전에, 상기 절연피막 형성용 조성물을 10 내지 30℃ 온도에서 보관하는 단계를 더 포함하는 전기강판의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 도포하는 단계에서 상기 절연피막 형성용 조성물을 0.5 내지 6.0 g/m2 범위로 도포하는 전기강판의 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 절연피막을 형성하는 단계에서 550 내지 900℃ 에서 10 내지 50초간 가열하여 건조하는 전기강판의 제조 방법.
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