NO139971B - Fremgangsmaate ved fremstilling av et elektrisk isolerende belegg paa en orientert siliciumstaalplate - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår fremstilling av et isolerende belegg

som utøver en spenning på en overflate av en orientert siliciumstålplate og hemmer en øket magnetostriksjon når den orienterte slliciumstålplate utsettes for en trykkspenning.

Magnetostriksjonen i forbindelse med orienterte siliciumstålplater gir seg utslag ved at stålplatene ekspanderes, trekker seg sammen og vibrerer når de magnetiseres, og dette er hoved-årsaken til transformatorstøy.

Magnetostriksjonen skyldes at magnetiseringsprosessen av stålplaten omfatter en 90° veggbevegelse og en rotasjonsmagnetiser-ing, og magnetostriksjonen øker på grunn av den trykkspenning som påføres på platen. Denne trykkspenning påføres uunngåelig stålplaten når transformatoren settes sammen, men hvis en strekkspenning på forhånd er blitt påført stålplaten, kan magnetostriksjonen som øker når trykkspenningen påføres på stålplaten, hemmes. Den strekkspenning som stålplaten utsettes for, er ikke bare effektiv hva gjelder magnetostriksjonen, men også hva gjelder å forbedre jerntapet i det orienterte siliciumstål, og spesielt er denne virkning markert for et materiale med en utmerket orientering.

Overflaten av en orientert siliciumstålplate består vanligvis av en krystallinsk keramisk forsterittfilm dannet ved omset-ning av på forhånd dannet siliciumdioxyd med magnesiumoxyd som inneholdes i glødeseparatoren som anvendes under sluttglødingen,

og et derefter påført isolerende fosfatbelegg. Stålplaten må holdes under strekk på grunn 'av disse to belegg, og ved hjelp av den foreliggende fremgangsmåte fås en sterkt forbedret strekk-virkning på grunn av det isolerende belegg. Det strekk som stålplaten får på grunn av det isolerende belegg, dannes under av-kjølingsprosessen efter at belegget er blitt dannet, slik at det foretrekkes å anvende et belegningsmateriale med lav krympnings-

koeffisient fra beleggdannelsestemperaturen til værelsetemperatur. Dette innebærer at et materiale med lav varmeekspansjonskoeffisient er foretrukket.

Det er blitt foreslått forskjellige fremgangsmåter for å på-føre en strekkspenning på stålplaten for å hemme magnetostriksjonen som ellers øker når en trykkspenning påføres på stålplaten, og ifølge en slik fremgangsmåte anvendes et glass og i en annen slik fremgangsmåte forenes kolloidalt siliciumdioxyd med vanlig fosfat. Den førstnevnte fremgangsmåte som er beskrevet i japansk patentskrift nr. 229371, anvender et glass med lav varmeekspansjonskoeffisient som isolerende belegg.. I den sistnevnte prosess som er beskrevet i japansk patentsøknad nr. 39338-73, anvendes for beleggdannelsen en vandig dispersjon av kolloidalt siliciumdioxyd, aluminiumfosfat og kromsyreanhydrid og/eller kromater.

Ved hjelp av en hvilken som helst av disse to fremgangsmåter kan økningen av magnetostriksjonen hemmes i en viss grad, og når derfor disse materialer påføres på et orientert siliciumstål med høy mekanisk induksjon, blir jerntapet mindre. I begge tilfeller er imidlertid vedheftningen dårlig, og for bøyede deler med liten bøyeradius når stålplaten anvendes som oppdelt kjerne, og i kant-området efter klipping når stålplatene anvendes som laminert kjerne, vil det isolerende belegg flake og falle av, og det har derfor vært nødvendig å forbedre disse to prosesser.

Oppfinnerne bak den foreliggende fremgangsmåte har utført omfattende undersøkelser for å kunne hemme økningen av magnetostriksjonen for orienterte siliciumstålplater og for å kunne komme frem til et isolerende belegg med god vedheftning og som sterkere vil kunne hemme en økning av magnetostriksjonen sammenlignet med det vanlige belegg av fosfat og kromsyre.

Disse fremskritt er blitt nådd ved hjelp av den foreliggende fremgangsmåte for dannelse av et elektrisk isolerende belegg på

en orientert siliciumstålplate med et overflatebelegg av forsteritt, hvor det på den orienterte siliciumstålplate påføres en vandig belegningsdispersjon inneholdende 7-24 vekt% kolloidalt siliciumdioxyd og 5-30 vekt% fosfatforbindelse, hvorefter den behandlede siliciumstålplate brennes, og fremgangsmåten er særpreget ved at det som fosfatforbindelse anvendes monobasisk magnesiumfosfat, at det monobasiske magnesiumfosfat og det kolloidale siliciumdioxyd

anvendes i slike forholdsvise mengder i dispersjonen at det mellom disse fås et molfo"rhold, beregnet som Mg (PO-^^^iC^/ av 1:4-3:7,

at det i dispersjonen dessuten fortrinnsvis anvendes 0,01-5 vekt% kromsyreanhydrid, et kromat, et bikromat eller en blanding derav,

og at den belagte siliciumstålplate brennes ved en temperatur av 350-900°C.

Det har vist seg at dette isolerende belegg sterkere hemmer en økning av magnetostriksjonen og gir en langt bedre vedheftning enn det ovenfor beskrevne isolerende belegg av kolloidalt siliciumdioxyd, aluminiumfosfat og kromsyreanhydrid og/eller kromat.

For at stålplaten skal påføres en strekkspenning foretrekkes det å anvende silikatglass (SiO,,) med en meget liten varmeekspansjonskoeffisient som nevnt ovenfor. Silikatglasset smelter imidlertid ikke og danner en film ved en vanlig brenntemperatur på 800-900°C ved fremgangsmåten som beskrevet i det ovennevnte japanske patentskrift nr. 2 29371. Det har imidlertid vist seg at et jevnt belegg kan erholdes ved bruk av kolloidalt siliciumdioxyd, men kolloidalt siliciumdioxyd alene gir dårlig reaksjon med magne-siumsilikatfilmen, og vedheftningen mellom siliciumdioxydpartiklene er også dårlig. For å forbedre disse utilstrekkeligheter er det av vesentlig betydning å anvende et bindemiddel, og som bindemiddel er fosfater blitt foreslått, men det har efter en lang rekke forsøk vist seg at hemmingen av en øket magnetostriksjon varierer betraktelig avhengig av typen av metallioner i fosfatene og det anvendte forhold mellom fosfatet og det kolloidale siliciumdioxyd.

Ifølge US patentskrift nr. 3138492 påføres et uorganisk, elektrisk isolerende belegg på flatvalsede elektrokvaliteter av siliciumstål ved at ståloverflaten bringes i kontakt med en vandig oppslemning som inneholder 2-30 vekt% kolloidalt siliciumdioxyd og 4-30 vekt% av en vannoppløselig, fosfatholdig forbindelse, hvorefter belegget brennes ved en temperatur av 482-760°C. Det er angitt i dette patentskrift at vanlige fosfat-siliciumdioxydoppslemninger som anvendes for å tilveiebringe isolerende belegg, omfatter vanligvis fosfatforbindelser, som fosforsyre eller ammoniumfosfat, men at sluttresultatet er for-holdsvis uavhengig av den nøyaktige forbindelse som anvendes.

Magnesium har imidlertid ifølge oppfinnelsen vist seg å

være det overlegent gunstigste metallion i fosfatene for å forbedre magnetostriksjonen og jerntapet når en strekkspenning på-føres på en med et isolerende belegg forsynt orientert silicium-stålplaten. Ifølge oppfinnelsen skal dessuten det anvendte forhold mellom kolloidalt siliciumdioxyd og magnesiumfosfat være 1:4-3:7, beregnet som molforhold mellom Mg(P0^)2

og SiC^. Hvis magnesiumfosfatet anvendes i en mindre mengde vil beleggets vedheftning bli dårlig, og hvis magnesiumfosfatet anvendes i en større mengde, vil belegget bli hygroskopisk.

Som kolloidalt siliciumdioxyd kan en handelstilgjengelig vandig dispersjon inneholdende 20 - 30 vekt% kolloidalt siliciumdioxyd anvendes. Magnesiumfosfatet kan anvendes i en hvilken som helst konsentrasjon forutsatt at saltet foreligger som en vandig oppløsning av monobasisk magnesiumfosfat, men en konsentrasjon av Mg(H2P04)2 på 25 - 50 vekt% er foretrukket på grunn av at denne letter påføringen av belegget. Når monobasisk magnesiumfosfat Hg ( E^ PO^) 2 anvendes som beleggbestanddel, dehydratiseres dette ved brenning og omdannes til magnesiummetafosfat som er tilstede i en mengde av 10 - 40 mol% i blandingen med kolloidalt siliciumdioxyd (som ved brenning omdannes til SiC^) nevnt ovenfor. For at belegget skal få et godt utseende, settes kromsyreanhydrid, et kromat eller bikromat eller en blanding derav, idet metallionene i disse salter kan være et hvilket som helst metallion foruten et alkalimetallion eller jordalkalimetallion, til beleggblandingen i en mengde av 0,01 - 5 vekt%. Den ovenfor beskrevne beleggblanding består av 7-24 vekt% kolloidalt siliciumdioxyd, 5-30 vekt% monobasisk magnesiumfosfat og 0,01 - 5 vekt% kromsyreanhydrid, kromat eller bikromat eller en blanding derav og resten vann.

Ifølge den foreliggende fremgangsmåte neddykkes den orienterte siliciumstålplate i den ovenfor beskrevne beleggblanding, og en egnet mengde av blandingen påføres på stålplaten ved hjelp av en vrimaskinvalse og blir deretter brent. Brenntemperaturen er 350 - 900° C, og brennatmosfæren kan være en hvilken som helst oxyderende, nøytral eller reduserende atmosfære, men på grunn av at dette er rimelig foretrekkes det å utføre brenningen i luft. Selv hvis brenningen utføres f.eks. i luft ved 800° C i flere minutter, blir det isolerende belegg ikke ødelagt, og dette innebærer den fordel at hvis en bruker av den foreliggende fremgangsmåte utfører en avspenningsglødning for en enkelt plate i luft, vil overflaten ikke forandres. Det har vist seg at det for vedheftningen av belegget er bedre å utføre brenningen i en nøytral eller svakt oxyderende atmosfære enn i en reduserende atmosfære, f.eks. i en atmosfære bestående av 90 % N2 og 10 % H2. Når belegget dannet med denne beleggblanding brennes, vil en høyere temperatur og en lengre brenntid bevirke at det fåes en bedre hemning av en økning av mag-netostriks jonen og en forbedring av jerntapet. Det foretrekkes vanligvis å brenne i 1 - 3 minutter ved 750 - 850° C. En slik brenning er spesielt foretrukket hvis det ikke foretas en av-spenningsglødning etter klippingen og monteringen. Hvis derimot en avspenningsglødning utføres ved en temperatur på ca. 800° C, .. kan en lavere brenntemperatur anvendes, men den må være høyere enn 350° C da en hemmet økning av magnetostriksjonen ellers ikke ville oppnås.

Brenningen skal. ikke utføres ved en høyere temperatur enn 900° C for ikke å forringe beleggets vedheftning.

Brenningen kan utføres i ett trinn, men det er i teknisk målestokk fordelaktig å utføre brenningen i to trinn ved at den første brenning utføres ved en temperatur på 350 - 600° C og den annen brenning ved en temperatur på 800 - 900° C for utflatnings-<g>lødingen for å fjerne den fikserte form som platen har fått ved opprullingen.

Hvis den anvendte mengde kollidalt siliciumdioxyd er lavere enn 7 vekt%, vil de nødvendige egenskaper for den elektriske stålplates overflate, omfattende den ønskede vedheftning, ikke kunne oppnås, mens en mengde av kolloidalt siliciumdioxyd på over 24 vekt% uheldig vil innvirke på beleggets planhet og jevnhet. Hvis den anvendte mengde magnesiumfosfat er under 5 vekt%, vil på lig-nende måte de nødvendige egenskaper for den elektriske stålplates overflate, f.eks. vedheftningen, ikke tilfredsstillende kunne oppnås, mens en magnesiumfosfatmengde på over 30 vekt% muligens uheldig ville kunne innvirke på beleggets planhet og jevnhet.

Oppfinnelsen vil nedenfor bli mer detaljert beskrevet i-forbindelse med tegningene, hvorav

fig. 1 er et diagram som viser forholdet mellom toppverdien for dynamisk magnetostriksjon og den trykkspenning som skyldes belegget .påført ved hjelp av foreliggende fremgangsmåte,

fig. 2 er et diagram som viser forholdet mellom toppverdien for den dynamiske magnetostriksjon og trykkspenningen som skyldes påføringen av det vanligé fosfat/kromsyrebelegg, og

fig. 3 er et diagram som viser forholdet mellom toppverdien for den dynamiske magnetostriksjon og trykkspenningen som skyldes påføringen av belegget beskrevet i japansk patentsøknad nr. 39338-73.

Eksempel 1

Uomsatt skillemiddel ble fjernet fra overflaten av en orientert siliciumstålplate med en tykkelse på 0,30 mm etter at stålplaten var blitt sluttglødet,og fra den således behandlede rull ble tilgrensende prøvestykker tatt ut og underkastet en avspennings-glødning kombinert med en utflatnings<g>løding. på disse prøvestyk-ker ble påført hhv. den vanlige belegningsvæske av magnesiumfosfat og kromsyre, en belagningsblanding som er beskrevet i japansk patent-søknad nr. 39338-73, og belegningsblandingen ifølge oppfinnelsen som besto av 100 cm av en 20 %-ig vandig dispersjon av kolloidalt siliciumdioxyd og 50 cm^ av en 35 %-ig vandig oppløsning av monobasisk magnesiumfosfat, og prøvestykkene ble deretter brent i 30 s i en nitrogenatmosfære ved en temperatur på 800° C. Beleggtykkelsen etter brenningen var ca. 2 ym. Etter brenningen ble prøvestykkene underkastet en avspenningsglødning i 3 timer i en nitrogenatmosfære ved en temperatur på 800° C. Forholdet mellom magnetostriksjonen og trykkspenningen ble undersøkt ved å måle toppverdien for den dynamiske magnetostriksjon ved tilførsel av en vekselstrøm. I den nedenstående tabell I er resultatene for målingen av magnetostriksjonen under trykkspenning angitt.

Det fremgår av ovenstående tabell I at det isolerende belegg påført ifølge oppfinnelsen har en bemerkelsesverdig god virkning overfor trykkspenningen og at stålplaten utsettes for en sterk strekkspenning.

Resultatet av en avfallingsundersøkelse av belegget ved bøyning er gjengitt i tabell II. Prøvestykkene ble bøyet ved hjelp av sirkelformige stenger med forskjellige diametre, og det ble iakttatt om belegget på innsiden av den bøyede del falt av.

Det fremgår av den ovenstående tabell at belegget påført ifølge oppfinnelsen ikke er beheftet med de utilstrekkeligheter som belegget ifølge japansk patentsøknad nr. 39338-73 er beheftet med, og at vedheftningen for belegget påført ifølge oppfinnelsen er like god som for det vanlige fosfat-kromsyrebelegg.

Resultater av målinger av beleggenes vedheftning er gjengitt i den nedenstående tabell III.

Resultatene i den ovenstående tabell III viser den samme tendens som resultatene i den ovenstående tabell II.

Eksempel 2

Prøvestykkene ble fremstilt på samme måte som beskrevet i eksempel 1. Disse prøvestykker ble påført det vanlige fosfat-kromsyrebelegg, belegget ifølge japansk patentsøknad nr. 39338-73 og belegningsblandingen ifølge oppfinnelsen som besto av 100 cm 3 av en 30 %-ig vandig dispersjon av kolloidalt siliciumdioxyd, 80 cm 3 av en 40 %-ig vandig oppløsning av magnesiumfosfat og 3 g kromsyreanhydrid og 1,5 g kaliumbikromat, og de belagte prøvestykker ble deretter brent i 1 min i luft ved en temperatur på 800° C. Etter brenningen ble prøvestykkene underkastet en avspenningsgløding i 3 timer i en nitrogenatmosfære ved en temperatur på 800 C. På fig. 1-3 er vist forholdet mellom magnetostriksjonen og trykkspenningen før påføringen av belegget, etter påføringen av belegget og etter av-spenningsglødingen. Det fremgår av resultatene vist på fig. 1-3 at belegget påført ifølge oppfinnelsen gir en lavere dynamisk mag-netostriks jon enn det vanlige fosfat-kromsyrebelegg og belegget ifølge den ovennevnte japanske patentsøknad nr. 39338-73.

I den nedenstående tabell IV er gjengitt resultater for de magnetiske egenskaper og magnetostriksjonen målt på samme måte som beskrevet i eksempel 1 før påføring av belegget, etter påføring av belegget og etter avspenningsglødingen.

Eksempel 3

1,5 g kaliumkromat ble anvendt istedenfor de 1,5 g kaliumbikromat i eksempel 2, og i det vesentlige de samme resultater ble oppnådd som i eksempel 2.

Eksempel 4

3 g kaliumkromat ble anvendt istedenfor de angitte 3 g kromsyreanhydrid i eksempel 2, og i det vesentlige de samme resultater ble oppnådd som i eksempel 2.

Eksempel 5

Da brenningen ble utført i 5 minutter ved 800° C og varme-behandlingen ved 800° C ble sløyfet i forhold til i eksempel 1, ble i det vesentlige de samme egenskaper som i eksempel 1 og virk-ningen ved den foreliggende fremgangsmåte oppnådd.

Eksempel 6

Da brenningen ble utfort i 5 minutter ved 800° C og varme-behandlingen ved 800° C ble sloyfet i forhold til i eksempel 2,

ble i det vesentlige de samme egenskaper som i eksempel 2 og virk-ningen ved den foreliggende fremgangsmåte oppnådd.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved fremstilling av et elektrisk isolerende belegg på en orientert silicumstålplate med et overflatebelegg av forsteritt, hvor det på den orienterte siliciumstålplate på-føres en vandig belegningsdispersjon inneholdende 7-24 vekt% kolloidalt siliciumdioxyd og 5-30 vekt% fosfatforbindelse, hvorefter den behandlede siliciumstålplate brennes, karakterisert ved at det som fosfatforbindelse anvendes monobasisk magnesiumfosfat, at det monobasiske magnesiumfosfat og det kolloidale siliciumdioxyd anvendes i slike forholdsvise mengder i dispersjonen at det mellom disse fås et molforhold, beregnet som Mg (P03)2:Si02, av 1:4-3:7, at det i dispersjonen dessuten fortrinnsvis anvendes 0,01-5 vekt% kromsyreanhydrid, et kromat, et bikromat eller en blanding derav, og at den belagte siliciumstålplate brennes ved en temperatur av - 900°C.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at brenningen utføres i en nøytral eller svakt oxyderende atmosfære.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at brenningen utføres i to trinn, hvorav det første utføres ved en temperatur på 350-600°C og det annet ved en temperatur på 800-900°C.

4. Vandig belegningsdispersjon for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1-3, i det vesentlige bestående av 7-24 vekt% kolloidalt siliciumdioxyd og 5-30 vekt% av en fosfatforbindelse, og resten vann, karakterisert ved at fosfatforbindelsen er monobasisk magnesiumfosfat, at det monobasiske magnesiumfosfat og det kolloidale siliciumdioxyd anvendes i slike forholdsvise mengder at det mellom disse fås et molforhold, beregnet som Mg(P03)2:Si02, av 1:4-3:7, og at det i dispersjonen dessuten fortrinnsvis er tilstede 0,01-5 vekt% kromsyreanhydrid, et kromat, et bikromat eller en blanding derav som bindemiddel.