KR20240098422A - 전기강판 절연 피막 조성물, 전기강판, 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판용 절연피막 조성물은 금속 인산염 100 중량부, 수산화물 50 내지 250 중량부, 질산 및 질산염 중 1종 이상 100 내지 500 중량부, 차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산염 중 1종 이상 1 내지 30 중량부 및 망간 화합물 50 내지 500 중량부 포함한다.
Description
본 발명의 일 실시예는 전기강판 절연 피막 조성물, 전기강판, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로 절연 피막 조성물의 성분을 적절히 조합하여, 절연 피막 내에 MnO2를 효율적으로 형성시키고, 절연 피막의 내후성을 향상시키고, 아울러 차폐 효과를 갖는 전기강판 절연 피막 조성물, 전기강판, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
전기강판은 변압기, 모터, 전기기용 소재로 사용되는 제품으로서, 기계적 특성 등 가공성을 중요시 하는 일반 탄소강과는 달리, 전기적 특성을 중요시 하는 기능성 제품이다. 요구되는 전기적 특성으로는 철손이 낮을 것, 자속밀도, 투자율 및 점적율이 높을 것 등이 있다.
전기강판은 다시 방향성 전기강판과 무방향성 전기강판으로 구분된다. 방향성 전기강판은 2차재결정으로 불리는 비정상 결정립성장 현상을 이용해 Goss 집합조직 ({110}<001> 집합조직)을 강판 전체에 형성시켜 압연방향의 자기적 특성이 뛰어난 전기강판이다. 무방향성 전기강판은 압연판 상의 모든 방향으로 자기적 특성이 균일한 전기강판이다.
한편, 절연피막 형성은 제품의 마무리 제조공정에 해당하는 과정으로서 통상 와전류의 발생을 억제시키는 전기적 특성 이외에 소정의 형상으로 타발가공 후 다수를 적층하여 철심으로 만들 때, 금형의 마모를 억제하는 연속타발 가공성과 강판의 가공응력을 제거하여 자기적 특성을 회복시키는 SRA 과정 후 철심강판간 밀착하지 않는 내 sticking성 및 표면 밀착성 등을 요구한다. 이러한 기본적인 특성 외에 코팅용액의 우수한 도포 작업성과 배합 후 장시간 사용 가능한 용액 안정성 등도 요구된다. 이러한 목적을 위하여 사용되는 코팅용액은 크롬산을 베이스로 한 크롬코팅과 인산염을 베이스로 한 인산염코팅이 있다.
이러한 코팅은 우수한 내식성을 가지고 있다. 하지만, 내후성에 취약하고, 스티키한 단점을 가지고 있다. 내후성이 약하고, 스티키할 경우, 권취한 코일을 권출시 피막 끼리 접착하는 문제가 발생한다. 그리고 각종 강판의 결함에 의해 표면에 얼룩 무늬가 발생할 수 있다. 하지만 기존의 코팅은 투명하거나 반투명한 코팅이므로 이러한 강판 모재의 결함에 의한 얼룩무늬를 차폐시키는 것이 어렵다.
본 발명의 일 실시예에서는 전기강판 절연 피막 조성물, 전기강판, 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다. 구체적으로 절연 피막 조성물의 성분을 적절히 조합하여, 절연 피막 내에 MnO2를 효율적으로 형성시켜고, 절연 피막의 내후성을 향상시키고, 아울러 차폐 효과를 갖는 전기강판 절연 피막 조성물, 전기강판, 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판용 절연피막 조성물은 금속 인산염 100 중량부, 수산화물 50 내지 250 중량부, 질산 및 질산염 중 1종 이상 100 내지 500 중량부, 차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산염 중 1종 이상 1 내지 30 중량부 및 망간 화합물 50 내지 500 중량부 포함한다.
실리카를 50 내지 300 중량부 더 포함할 수 있다.
인산을 30 내지 200 중량부 더 포함할 수 있다.
금속 인산염은 Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, 및 Al 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
수산화물은 KOH, NaOH, LiOH 및 MgOH 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
질산염은 NaNO3, AlNO3, KNO3, MgNO3, MnNO3 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산염 중 1종 이상은 KClO4, CaClO2, NaClO, 및 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
망간 화합물은 망간산화물, 탄산화망간, 및 금속 망간산염 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판용 절연피막 조성물의 제조 방법은 금속 인산염 100 중량부를 포함하는 제1 용액을 준비하는 단계; 수산화물을 50 내지 250 중량부 포함하는 제2 용액을 준비하는 단계; 질산 및 질산염 중 1종 이상 100 내지 500 중량부, 차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산염 중 1종 이상 1 내지 30 중량부 및 망간 화합물 50 내지 500 중량부 포함하는 제3 용액을 준비하는 단계; 제2 용액 및 제3 용액을 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계; 및 혼합액에 제1 용액을 추가하여 혼합하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판은 전기강판 기재 및 전기강판 기재의 표면 상에 위치하는 절연피막을 포함하고, 절연피막은 적외 스펙트럼 분석시 3400 내지 3600cm-1범위에서 피크가 존재하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판의 제조 방법은 전기강판 기재를 준비하는 단계; 전기강판 기재의 표면에 절연피막 조성물을 도포하는 단계 및 열처리하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 극한의 고온 다습한 환경에서 내구성이 우수하고 극한 내식성 환경에 대해 기존의 조성물에 비해 우월한 효과를 가지고 있다.
또한, 응력 제거 소둔(SRA)등 매우 높은 온도에서 내열성이 매우 우수하며 동시에 차폐 효과가 있는 절연 피막을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기강판의 단면의 개략도이다.
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.
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, 첨부한 도면을 참조하여 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 의한 전기강판용 절연피막 조성물은 금속 인산염 100 중량부, 수산화물 50 내지 250 중량부, 질산 및 질산염 중 1종 이상 100 내지 500 중량부, 차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산염 중 1종 이상 1 내지 30 중량부 및 망간 화합물 50 내지 500 중량부 포함한다.
이하에서는 각 성분별로 상세하게 설명한다. 본 발명의 일 실시예에서 중량부는 금속 인산염 100 중량부를 기준으로 한 상대적인 중량 비율을 의미하며, 각 성분의 고형분을 기준으로 한다. 고형분이란 각 성분을 용매 등 휘발분이 없는 상태로 건조했을 때의 중량을 의미한다. 구체적으로 절연피막 형성시 열처리 공정을 가정하여, 열처리 한 이후, 남은 중량을 의미한다.
금속 인산염은 절연피막 조성물 내에서 바인더 역할을 한다. 금속 인산염을 적정량 포함하지 못하는 경우, 절연 피막의 밀착성이 열위되거나, 장력을 충분히 얻을 수 없다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 금속 인산염은 망간 화합물로부터 절연 피막 내에 MnO2를 형성하기 위한 중간 화합물 역할을 한다.
금속 인산염은 순수한 인산(H3PO4)에 금속 산화물을 첨가하여 반응시키는 제조 과정으로 제조될 수 있다. 금속 인산염의 밀착성을 향상시키기 위해서 반응 과정에서 붕산을 추가로 첨가하고 3시간 이상 유지함으로써 금속 인산염과 붕산의 축합반응을 유도할 수 있으며, 이 축합 반응물을 금속 인산염 대신 사용하는 것도 가능하다. 본 발명의 일 실시예에서 금속 인산염에는 금속 인산염 뿐 아니라, 금속 인산염과 붕산의 축합 반응물 또한 포함한다. 제조된 금속 인산염은 강한 산성을 띈다.
금속 인산염은 고형분이 50 내지 70 중량%인 용액을 이용하여 조성물에 첨가할 수 있다. 이 때, 용액 내 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 인산염 및 금속 산화물의 금속은 Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, 및 Al 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 금속 인산염은 제1인산 마그네슘(Mg(H2PO4)2) 및 제1인산 알루미늄(Al(H2PO4)3) 중 1종 이상 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 제1 인산 마그네슘(Mg(H2PO4)2) 및 제1인산 알루미늄(Al(H2PO4)3)을 포함할 수 있다. 이 경우, 금속 인산염은, 고형분 기준으로, 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, 고형분 기준으로, 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.
수산화물은 후술할 망간 화합물 내의 망간으로부터 MnO2를 효율적으로 형성시키는 역할을 한다. 수산화물이 첨가되지 않을 시, Mn(PO4)나 Mn(HPO4) 가 절연 피막 내에 잔류하여 강판과 절연 피막 간 밀착성이 떨어지고, 절연 피막이 분리되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 절연피막 조성물은 금속 인산염 100 중량부에 대하여 수산화물 50 내지 250 중량부 포함한다. 수산화물이 적게 포함될 경우, 전술한 수산화물의 역할을 충분히 수행할 수 없다. 수산화물이 너무 많이 포함될 경우, 인산염 침전 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 수산화물 70 내지 150 중량부 포함할 수 있다.
수산화물은 OH기를 갖는 화합물이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로 KOH, NaOH, LiOH 및 MgOH 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 KOH를 포함할 수 있다. 2종 이상의 종류를 포함하는 경우, 총 합량으로 전술한 범위로 포함될 수 있다.
질산 및 질산염은 MnO2가 발생하게 하는 출발물질의 역할을 한다. 질산 및 질산염이 첨가되지 않을 시, Mn(PO4)나 Mn(HPO4) 가 절연 피막 내에 잔류하여 강판과 절연 피막 간 밀착성이 떨어지고, 절연 피막이 분리되는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 절연피막 조성물은 금속 인산염 100 중량부에 대하여 질산 및 질산염 100 내지 500 중량부 포함한다. 질산 및 질산염이 적게 포함될 경우, 전술한 질산 및 질산염의 역할을 충분히 수행할 수 없다. 질산 및 질산염이 너무 많이 포함될 경우, 용액이 폭발할 위험이 있다. 더욱 구체적으로 질산 및 질산염 120 내지 300 중량부 포함할 수 있다.
질산염은 NO3기를 갖는 화합물이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로 NaNO3, AlNO3, KNO3, MgNO3, MnNO3 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 질산 및 NaNO3 중 1종 이상을 포함할 수 있다.
차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산염은 절연피막 형성 과정에서 인산염 내의 H를 제거하여, 인산염으로 인한 스티키를 억제하는 역할을 한다. 차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산이 첨가되지 않을 시, 금속 인산염이 H2PO4, HPO4 형태로 절연 피막 내에 잔류하여 강판과 절연 피막의 스티키 성이 문제될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 절연피막 조성물은 금속 인산염 100 중량부에 대하여 차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산염 1 내지 30 중량부 포함한다. 차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산염이 적게 포함될 경우, 전술한 차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산염의 역할을 충분히 수행할 수 없다. 차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산염이 너무 많이 포함될 경우, 인산염 침전 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산염 3 내지 20 중량부 포함할 수 있다.
차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산염은 ClOx기를 갖는 화합물이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로 KClO4, CaClO2, NaClO중 1종 이상을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로 KClO4을 포함할 수 있다.
망간 화합물은 절연 피막 내에 MnO2를 형성하기 위한 Mn 소스가 된다. 절연 피막 조성물 내에 직접 MnO2를 첨가하는 것을 고려할 수 있으나, 이 경우 금속 인산염과의 분산성이 문제될 수 있다. 이에 망간 화합물에서 MnO2는 제외될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 절연피막 조성물은 금속 인산염 100 중량부에 대하여 망간 화합물 50 내지 250 중량부 포함한다. 망간 화합물이 적게 포함될 경우, 전술한 절연 피막 내 MnO2가 충분히 형성되지 않아 문제될 수 있다. 망간 화합물이 너무 많이 포함될 경우, 코팅 용액에서 침전 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로 망간 화합물 70 내지 200 중량부 포함한다.
망간 화합물은 망간산화물, 탄산화망간, 및 금속 망간산염 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 전술하였듯이, 망간산화물 중 MnO2는 제외될 수 있다. 더욱 구체적으로 망간 화합물은 MnO, MnCO3 및 KMnO4 중 1종 이상이 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판용 절연피막 조성물은 실리카를 50 내지 300 중량부 더 포함할 수 있다.
실리카는 코팅 후 피막 건조 시 분자내 네트워크 반응으로 피막 자체의 강도와 경도를 높이며 이로 인해 피막에 의한 소재내 장력을 인가하는 역할을 한다. 실리카로 다양한 실리카를 제한 없이 사용할 수 있으며, 상용화된 콜로이달 실리카도 사용할 수 있다. 더욱 구체적으로 염기성 콜로이달 실리카를 사용할 수 있다.
실리카는 금속 인산염 100 중량부에 대하여 50 내지 300 중량부 포함될 수 있다. 실리카가 너무 적게 첨가되면 실리카의 첨가로 인한 장력 향상 효과를 충분히 얻을 수 없다. 실리카가 너무 많이 첨가되면 상대적으로 금속 인산염의 양이 줄어들어, 절연 피막의 밀착성이 열위될 수 있다. 구체적으로, 실리카는 금속 인산염 100 중량부에 대하여 70 내지 200 중량부 포함될 수 있고, 더욱 구체적으로 금속 인산염 100 중량부에 대하여 80 내지 150 중량부 포함될 수 있다. 실리카는 피막의 건조 과정에서 하기 반응식 1과 같이 실리카의 연쇄반응에 의한 축합 반응이 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, 이러한 실리카 만을 사용할 시, 지나치게 균일한 네트워크 구조를 만들게 되고 이로 인해 피막 치밀성에는 한계를 보이게 된다. 따라서 전기강판 모재와 절연코팅 간의 밀착성이나 내식성을 부여하는 데는 한계가 있으며 이렇게 부족한 물성치를 보강하기 위해 금속인산염에 첨가될 수 있다.
실리카는 평균 입도가 7 내지 20nm 범위인 콜로이달 실리카일 수 있다. 실리카는 고체 분율이 25 내지 35 wt%인 용액을 이용하여 조성물을 제조할 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.
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.
실리카가 포함된 실리카 용액은 pH 9.5 내지 10.5 일 수 있다. pH가 너무 낮거나, 너무 높으면 코팅 조성물내 실리카 이외의 성분의 pH차이 극심하여 상분리 현상이 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, pH는 9.5 내지 10.0일 수 있다.
실리카는 점도가 3.5 내지 6.5 cp일 수 있다. 점도가 너무 낮으면 코팅 조성물의 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 실리카 30 중량% 용액을 기준으로 20℃ 온도에서 브룩필드 점도계로 측정할 수 있다.
실리카는 비중이 1.1 내지 1.3일 수 있다. 비중이 너무 낮으면 코팅 조성물의 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.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판용 절연피막 조성물은 인산을 30 내지 200 중량부 더 포함할 수 있다.
인산은 전술한 금속 인산염과 달리 금속과 결합되지 않은 자유 인산(H3PO4)을 의미한다. 인산은 금속 인산염과 함께 절연피막 조성물 내에서 바인더 역할을 하고, 망간 화합물로부터 절연 피막 내에 MnO2를 형성하기 위한 중간 화합물 역할을 한다. 인산을 더 포함하는 경우, 금속 인산염 100 중량부에 대하여 30 내지 200 중량부 포함될 수 있다. 인산염이 너무 적게 첨가되면 인산염의 첨가로 인한 밀착성 향상 효과 및 MnO2 형성 효과를 충분히 얻을 수 없다. 인산이 너무 많이 첨가되면 스티키 문제가 발생할 수 있다. 구체적으로, 실리카는 금속 인산염 100 중량부에 대하여 40 내지 150 중량부 포함될 수 있고, 더욱 구체적으로 금속 인산염 100 중량부에 대하여 50 내지 125 중량부 포함될 수 있다.
또한, 추가 성분으로 에틸렌 글리콜, 글리세린 하드록시암모늄 등의 환원제를 첨가할 수 있다. 이들은 환원제로 작용하여 MnO2의 생성을 도와준다.
전술한 성분 외에도 절연피막 형성용 조성물은 용제를 더 포함할 수 있다. 용제는 조성물의 도포를 용이하고 성분들을 균일하게 분산시키는 역할을 한다. 용제의 양은 특별히 제한하지 않으나, 금속 인산염 100 중량부에 대해 100 중량부 내지 1000 중량부 포함할 수 있다.
절연피막 형성용 조성물의 제조 방법은 특별히 제한되지 않으나, 하기와 같은 방식을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판용 절연피막 조성물의 제조 방법은 금속 인산염 100 중량부를 포함하는 제1 용액을 준비하는 단계; 수산화물을 50 내지 250 중량부 포함하는 제2 용액을 준비하는 단계; 질산 및 질산염 중 1종 이상 100 내지 500 중량부, 차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산염 중 1종 이상 1 내지 30 중량부 및 망간 화합물 50 내지 500 중량부 포함하는 제3 용액을 준비하는 단계; 제2 용액 및 제3 용액을 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계; 및 혼합액에 제1 용액을 추가하여 혼합하는 단계를 포함한다. 이 때, 비율은 전술한 고형분 비율로 혼합할 수 있으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
실리카가 더 포함되는 경우 제1 용액에 포함될 수 있다.인산이 더 포함되는 경우 제2 용액에 포함될 수 있다.도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판(100)의 단면의 개략도를 나타낸다. 도 1에서 나타나듯이, 본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판(100)은 전기강판 기재(10) 및 전기강판의 기재(10) 상에 위치하는 절연 피막(20)을 포함한다.
전기강판 기재(10)는 일반적인 무방향성 또는 방향성 전기강판을 제한 없이 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 전기강판 기재(10) 상에 특별한 성분의 절연 피막(20)을 형성하는 것이 주요 구성이므로, 전기강판 기재(10)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
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.
절연 피막(20)의 두께는 1 내지 10 ㎛가 될 수 있다. 절연 피막(20)의 두께가 너무 얇은 경우, 적절한 절연성을 확보하기 어렵다. 절연 피막(20)의 두께가 너무 두꺼운 경우, 점적률이 낮아질 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 얇은 두께의 절연 피막(20)을 형성하더라도 적절한 절연성을 확보할 수 있다. 더욱 구체적으로 절연 피막(20)의 두께는 2 내지 5 ㎛가 될 수 있다.
절연 피막(20)은 적외 스펙트럼 분석시 3400 내지 3600cm-1 스펙트럼 범위에서 피크가 존재하지 않는다. 더욱 구체적으로 3450 내지 3550 cm-1 스펙트럼 범위에서 피크가 존재하지 않는다. 더욱 구체적으로 3500 cm-1 스펙트럼에서 피크가 존재하지 않는다. 이 의미는 절연 피막 (20) 내에 H2PO4, HPO4가 잔류하지 않고 PO4만 존재하고, 흑색 MnO2가 다수 형성되고, Mn(PO4)나 Mn(HPO4)가 잔류하지 않음을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 전기강판의 제조 방법은 전기강판 기재를 준비하는 단계; 전기강판 기재의 표면에 절연피막 조성물을 도포하는 단계 및 열처리하는 단계를 포함한다.
전기강판 기재 및 절연 피막 조성물에 대해서는 자세한 내용을 전술하였으므로, 중복되는 설명을 생략한다.일 예로 전기강판의 기재는 아래와 같이 제조 될 수 있다.
강 슬라브를 준비한다. 다음으로 단계에서는 강 슬라브를 가열한다. 이때 슬라브 가열은 1,200℃ 이하에서 저온 슬라브법으로 가열할 수 있다. 다음으로, 가열된 강 슬라브를 열간 압연하여, 열연판을 제조한다. 이후, 제조된 열연판을 열연 소둔할 수 있다. 다음으로, 열연판을 냉간 압연하여, 냉연판을 제조한다. 냉간 압연을 1회 실시하거나, 중간 소둔을 포함하는 2회 이상의 냉간 압연을 실시 할 수 있다. 다음으로, 냉연판을 1차 재결정 소둔한다. 이 때, 냉연판을 1차 재결정 소둔하는 단계는, 냉연판을 동시에 탈탄 소둔 및 질화 소둔하는 단계를 포함하거나, 탈탄 소둔 이후, 질화 소둔하는 단계를 포함할 수 있다. 다음으로,재결정 소둔된 강판의 표면 상에, 소둔 분리제를 도포한다. 소둔 분리제의 도포량은 1 내지 5 g/m2가 될 수 있다. 소둔 분리제의 도포량이 너무 적으면, 피막 형성이 원활하게 이루어지지 않을 수 있다. 소둔 분리제 도포량이 너무 많으면, 2차 재결정에 영향을 줄 수 있다. 따라서 소둔 분리제의 도포량을 전술한 범위로 조절할 수 있다.다음으로, 소둔 분리제가 도포된 강판을 2차 재결정 소둔한다. 2차 재결정 소둔 시 1차 균열 온도는 650 내지 750 ℃, 2차 균열온도는 1100 내지 1250℃로 할 수 있다. 승온 구간의 온도 구간에서는 15 ℃/hr 조건으로 통제할 수 있다. 또한, 기체 분위기는 1차 균열 단계까지는 20 내지 30 부피%의 질소 및 70 내지 80 부피%의 수소를 포함하는 분위기에서 수행 하고, 2차 균열 단계에는 100% 수소분위기에서 15시간 동안 유지한 후 노냉(furnace cooling)할 수 있다.
열처리하는 단계에서 열처리 온도는 700 내지 950℃가 될 수 있다. 온도가 너무 낮으면, 절연피막 형성에 걸리는 시간이 너무 길어 연속처리작업성이 나빠질 수 있다. 온도가 너무 높으면 균열에 따른 내열성, 내블루잉성이 저하될 수 있다. 더욱 구체적으로 열처리 온도는 800 내지 900℃가 될 수 있다. 열처리 시간은 30 내지 240초 일 수 있다.
열처리하는 과정에서 절연 피막 조성물의 성분이 하기와 같이 연쇄 반응하여 MnO2를 형성하게 된다. 반응 과정을 명확하게 표현하기 위해 구체적인 화합물을 예시로 기재하였다.
제1 반응: 3·MnO + 2·Al(H2PO4)3 → 3·Mn(H2PO4)2 + Al2O3
제2 반응 : Mn(H2PO4)2 + HNO3 + NaNO3 → Mn(NO3)2 + H3PO4 + Na(H2PO4)
제3 반응: 3·KClO4 + 7·H3PO4 → 3·KClOH + 7·PO4 + 9·H2O(↑)
제4 반응: Mn(NO3)2 + 2·KOH → Mn(OH)2 + 2·K(NO3)
제5 반응: Mn(OH)2 → MnO2 + H2(↑)
이하 본 발명의 바람직한 실시예, 이에 대비되는 비교예, 및 이들의 평가예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
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 1 및 표 2에 정리된 A, B, C 용액을 각각 따로 혼합하였다. 다음 용액 B와 C를 혼합한 뒤 A를 혼합하였다. 제조된 용액을 전기강판의 양면에 3.1 g/mm2도포하고, 850℃에서 120초 간 열처리하여 1㎛ 두께의 절연피막을 형성하였다.
하기 방법으로 염수 분무, 항온 항습, 내스티키성 및 코팅성을 평가하여 표 3에 정리하였다.
염수 분무 테스트
NaCl 5%, 100%RH 65℃ 8시간 염수 분무테스트를 실시하였다. 녹발생 5% 이하 O, 5%를 초과하면 X로 표시하였다. %는 면적으로 계산하였다.
항온 항습 테스트
98% RH, 72시간 60℃에서 진행하였다. 백화가 5% 이하이면 O, 5% 초과하면 X로 표시하였다. %는 면적으로 계산하였다.
내스티키성
스카치 테이프 뒷면을 폭 1cm x 길이 5cm로 잘라서 붙였다가 1초안에 떨어지면 O, 1초 초과하여 붙어 있으면 X로 표시하였다.
코팅성
육안 관찰 시 얼룩이 존재하면 O, 얼룩이 없으면 X로 표시하였다.
| 구분 | A | B | ||||
| Al 인산염70wt% | 물 | 실리카 30wt% 15nm | KOH | H3PO4 | 물 | |
| 1 | 3 | 3 | 6 | 2 | 1 | 5 |
| 2 | 3 | 3 | 6 | 2 | 1 | 5 |
| 3 | 3 | 3 | 6 | 2 | 1 | 5 |
| 4 | 3 | 3 | 6 | 2 | 1 | 5 |
| 5 | 3 | 3 | 6 | 0 | 1 | 5 |
| 6 | 3 | 3 | 6 | 2 | 1 | 5 |
| 7 | 3 | 3 | 6 | 2 | 1 | 5 |
| 8 | 3 | 3 | 6 | 2 | 1 | 5 |
| 9 | 3 | 3 | 6 | 2 | 1 | 5 |
| 10 | 3 | 3 | 6 | 2 | 1 | 5 |
| 구분 | C | ||||||
| HNO3 | NaNO3 | KClO4 | MnO | KMnO4 | MnCO3 | 물 | |
| 1 | 2 | 1 | 0.1 | 2 | 0 | 0 | 5 |
| 2 | 0 | 0 | 0.1 | 2 | 0 | 0 | 5 |
| 3 | 2 | 1 | 0 | 2 | 0 | 0 | 5 |
| 4 | 2 | 1 | 0.4 | 0 | 0 | 0 | 5 |
| 5 | 2 | 1 | 0.1 | 2 | 0 | 0 | 5 |
| 6 | 2 | 1 | 0.1 | 1 | 1 | 0 | 5 |
| 7 | 2 | 1 | 0.1 | 0 | 0 | 2 | 5 |
| 8 | 2 | 1 | 0.1 | 0 | 1 | 1 | 5 |
| 9 | 2 | 1 | 0.1 | 1.5 | 1.5 | 0 | 5 |
| 10 | 2 | 1 | 0.1 | 0 | 1.5 | 0 | 5 |
| 구분 | IR 테스트 결과 3500cm-1 |
염수분무테스트 | 항온 항습 | 스티키성 없음 | 코팅성 |
| 1 | 피크 없음 | O | O | O | O |
| 2 | 피크 존재 | X | X | X | O |
| 3 | 피크 존재 | X | X | X | O |
| 4 | 피크 존재 | O | O | O | O |
| 5 | 피크 존재 | X | X | X | O |
| 6 | 피크 없음 | O | O | O | X |
| 7 | 피크 없음 | O | O | O | O |
| 8 | 피크 없음 | O | O | O | O |
| 9 | 피크 없음 | O | O | O | O |
| 10 | 피크 없음 | O | O | O | O |
표 1 내지 표 3에 나타나듯이, 절연 피막 조성물의 성분이 적정량 포함된 No. 1, 6 내지 10은 IR 테스트 결과 H2PO4, HPO4 존재하지 않고 PO4만 관찰이 되고, 표면에 흑색 MnO2가 다량 존재함을 확인할 수 있다. 또한 염수 분무, 항온 항습, 내스티키성 및 코팅성이 대부분 우수함을 확인할 수 있다.반면, 절연 피막 조성물의 성분이 일부 포함되지 않은 No. 2 내지 5는 IR 테스트 결과 H2PO4, HPO4 가 일부 잔류하며, 흑색 MnO2가 적게 존재함을 확인할 수 있다. 또한 염수 분무, 항온 항습, 내스티키성 및 코팅성이 열위함을 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.
100 : 전기강판
10 : 전기강판 기재
20 : 절연 피막
20 : 절연 피막
Claims (10)
- 금속 인산염 100 중량부,
수산화물 50 내지 250 중량부,
질산 및 질산염 중 1종 이상 100 내지 500 중량부,
차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산염 중 1종 이상 1 내지 30 중량부 및
망간 화합물 50 내지 500 중량부
포함하는 전기강판용 절연피막 조성물. - 제1항에 있어서,
실리카를 50 내지 300 중량부 더 포함하는 전기강판용 절연피막 조성물. - 제1항에 있어서,
인산을 30 내지 200 중량부 더 포함하는 전기강판용 절연피막 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 금속 인산염은 Mg, Ca, Ba, Sr, Zn, 및 Al 중 1종 이상을 포함하는 전기강판용 절연피막 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 수산화물은 KOH, NaOH, LiOH 및 MgOH 중 1종 이상을 포함하는 전기강판용 절연피막 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 질산염은 NaNO3, AlNO3, KNO3, MgNO3, MnNO3 중 1종 이상을 포함하는 전기강판용 절연피막 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산염 중 1종 이상은 KClO4, CaClO2 및 NaClO 중 1종 이상을 포함하는 전기강판용 절연피막 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 망간 화합물은 망간산화물, 탄산화망간 및 금속 망간산염 중 1종 이상을 포함하는 전기강판용 절연피막 조성물. - 금속 인산염 100 중량부를 포함하는 제1 용액을 준비하는 단계;
수산화물을 50 내지 250 중량부 포함하는 제2 용액을 준비하는 단계;
질산 및 질산염 중 1종 이상 100 내지 500 중량부, 차아염소산염, 아염소산염, 염소산염, 및 과염소산염 중 1종 이상 1 내지 30 중량부 및 망간 화합물 50 내지 500 중량부 포함하는 제3 용액을 준비하는 단계;
상기 제2 용액 및 상기 제3 용액을 혼합하여 혼합액을 제조하는 단계; 및
상기 혼합액에 제1 용액을 추가하여 혼합하는 단계를 포함하는 전기강판용 절연피막 조성물의 제조 방법. - 전기강판 기재 및
상기 전기강판 기재의 표면 상에 위치하는 절연피막을 포함하고,
상기 절연피막은 적외 스펙트럼 분석시 3400 내지 3600cm-1범위에서 피크가 존재하지 않는 전기강판.
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