顧祥宇， 陳 祥， 王興原

（山西太鋼技術(shù)中心硅鋼室， 山西 太原 030003）

無(wú)取向硅鋼用三價(jià)鉻絕緣涂液的制備及性能研究

顧祥宇， 陳 祥， 王興原

（山西太鋼技術(shù)中心硅鋼室， 山西 太原 030003）

介紹了一種無(wú)取向硅鋼三價(jià)鉻應(yīng)用現(xiàn)狀，研究了絕緣涂層的研發(fā)與制備流程，并對(duì)其基本性能進(jìn)行檢測(cè)分析。結(jié)果表明：該三價(jià)鉻絕緣涂液從制造到使用直至最終產(chǎn)品過(guò)程，均無(wú)六價(jià)鉻存在，是環(huán)保性能優(yōu)秀的絕緣涂液；通過(guò)合理控制涂層工藝，可以生產(chǎn)出質(zhì)量良好的硅鋼產(chǎn)品；其各項(xiàng)性能與常見六價(jià)鉻絕緣涂層相當(dāng)或更優(yōu)，可以滿足用戶需求。

無(wú)取向硅鋼 三價(jià)鉻 半有機(jī)涂層 氫氧化鉻

無(wú)取向硅鋼廣泛用作電機(jī)、變壓器和壓縮機(jī)等領(lǐng)域。為防止鐵芯疊片間發(fā)生短路而增大渦流損耗，需要在冷軋無(wú)取向電工鋼板表面涂覆絕緣涂層。由于各種領(lǐng)域不同種類鐵芯的使用工況條件不同，無(wú)取向電工鋼絕緣涂層不僅要有良好的絕緣性，而且還需有良好的沖片性、附著性、焊接性、耐熱性、耐腐蝕性等[1]。無(wú)取向電工鋼絕緣涂層包括有機(jī)涂層、無(wú)機(jī)涂層和半有機(jī)涂層三大類[2]。

1 三價(jià)鉻涂液應(yīng)用現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣泛的主要是含六價(jià)鉻的半有機(jī)絕緣涂液涂敷到無(wú)取向硅鋼表面制成的涂層，如武鋼T4、鞍鋼TM4、寶鋼A、太鋼G2涂層等；以及部分環(huán)保絕緣涂液形成的涂層，如馬鋼M21、太鋼H5涂層等。兩種類型的涂層各有優(yōu)缺點(diǎn)，六價(jià)鉻涂液制成的涂層性能優(yōu)異，但是涂液在配制和使用過(guò)程中，因其含有大量劇毒的Cr6+，對(duì)環(huán)境造成很大的破壞，在環(huán)保要求日益嚴(yán)格的趨勢(shì)下，勢(shì)必逐步退出市場(chǎng)；環(huán)保涂層安全且污染很小，但其性能與六價(jià)鉻涂層相比還有明顯差異。本文研究的三價(jià)鉻半有機(jī)絕緣涂液可以兼顧六價(jià)鉻半有機(jī)絕緣涂液和環(huán)保涂液的優(yōu)點(diǎn)，既不含Cr6+等有毒物質(zhì)，達(dá)到國(guó)家環(huán)保的要求，又能達(dá)到目前六價(jià)鉻涂液所具有優(yōu)良的附著性、防銹性、耐熱性、耐堿性等。目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有無(wú)取向硅鋼用三價(jià)鉻絕緣涂液方面的相關(guān)報(bào)道。

2 三價(jià)鉻涂液開發(fā)

2.1 涂液配方設(shè)計(jì)

根據(jù)無(wú)取向硅鋼對(duì)涂層的性能要求以及用戶使用特點(diǎn)，并結(jié)合文獻(xiàn)資料的技術(shù)分析，設(shè)計(jì)了一種半有機(jī)含鉻絕緣涂料。配方中以磷酸-鉻-鋁-鎂的復(fù)合鹽為主要成分，加入丙烯酸樹脂，并采用乙二醇作為還原劑以及三價(jià)鉻的保護(hù)劑，以避免三價(jià)鉻向六價(jià)鉻的轉(zhuǎn)化；同時(shí)，乙二醇可以降低涂液的表面張力，有利于涂敷時(shí)涂液的流平，可有效消除表面涂敷條紋。

2.2 涂液的制備

根據(jù)三價(jià)鉻絕緣涂液的配方設(shè)計(jì)，確定了三價(jià)鉻絕緣涂液的制備方法及相關(guān)的工藝參數(shù)。具體步驟如下：

將磷酸用少量純水進(jìn)行稀釋；加熱至50～60℃時(shí)，加入氫氧化鋁，使其完全溶解；待溶液冷卻到50℃以下，加入氧化鎂；加入氫氧化鉻，溶于溶液中；加入適量的乙二醇，并使涂液溫度達(dá)到40℃保持15min；加適量純水調(diào)節(jié)黏度，涂液完全冷卻后，混合一定比例的丙烯酸樹脂；最后根據(jù)需要加入少量流平劑、消泡劑等助劑，即完成涂液配制。

2.3 涂液的性能

三價(jià)鉻涂液配制完成后，實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)性能見下頁(yè)表1。

三價(jià)鉻涂液由于不含強(qiáng)氧化性的Cr6+，因此保質(zhì)期較長(zhǎng)。密閉存放20天后，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室涂敷試驗(yàn)，性能無(wú)明顯變化。其無(wú)機(jī)組分可以長(zhǎng)期存放，放置6個(gè)月后仍不影響使用。故實(shí)際應(yīng)用中，可先生產(chǎn)出無(wú)機(jī)部分產(chǎn)品，使用前再加入丙烯酸樹脂及助劑。

表1 三價(jià)鉻涂液的性能

3 三價(jià)鉻絕緣涂層工藝開發(fā)

3.1 涂層工藝流程

涂層工藝流程包括電工鋼基板預(yù)處理(堿洗、電解清洗，水洗、熱風(fēng)干燥等)、退火、涂料涂敷、涂層干燥固化及冷卻等，三價(jià)鉻絕緣涂層的應(yīng)用工藝流程如圖1所示。

圖1 三價(jià)鉻涂層應(yīng)用工藝流程

硅鋼冷軋卷從入口出來(lái)后，進(jìn)入堿洗段，經(jīng)過(guò)堿噴洗、堿刷洗、電解清洗等，將冷軋硅鋼表面的軋制油、雜物清洗干凈；經(jīng)熱風(fēng)干燥后，進(jìn)入退火爐，完成脫碳退火；鋼帶經(jīng)過(guò)冷卻、熱風(fēng)干燥后進(jìn)入三輥式涂層機(jī)，先后完成上下表面涂料的涂覆，隨后進(jìn)入涂層爐進(jìn)行涂層的干燥、燒結(jié)固化；通過(guò)空氣噴射冷卻使鋼帶溫度降至接近室溫后，進(jìn)入出口活套。

3.2 涂層工藝控制

三價(jià)鉻絕緣涂層生產(chǎn)中，在高速生產(chǎn)線（機(jī)組速度為130 m/min）使用中，影響涂層質(zhì)量的關(guān)鍵工藝如表2所示。通過(guò)對(duì)下述工藝參數(shù)的合理控制，可以生產(chǎn)出表面質(zhì)量良好的三價(jià)鉻涂層產(chǎn)品。

4 三價(jià)鉻絕緣涂層性能評(píng)價(jià)

4.1 耐熱性

模仿用戶去應(yīng)力退火工藝：樣片疊緊壓實(shí)，平放在電阻爐中，通入氮?dú)猓郎刂?00℃，保溫30 min，然后升溫至750℃，保溫120 min，之后關(guān)閉電源，樣片隨爐冷卻至室溫取出。去應(yīng)力退火前后表面情況如圖2所示，去應(yīng)力退火前后涂層性能檢測(cè)情況見表3。

表2 高速生產(chǎn)中影響涂層質(zhì)量的關(guān)鍵工藝參數(shù)

圖2 去應(yīng)力退火前后表面情況

由表3所示，該涂層的耐熱性優(yōu)秀，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下的熱處理完全滿足使用需求。

表3 去應(yīng)力退火前后涂層性能檢測(cè)情況

4.2 防銹性

選取固化完全的樣片進(jìn)行評(píng)價(jià)。鹽霧實(shí)驗(yàn)條件：在35℃下，用濃度為5%的NaCl溶液連續(xù)噴霧5 h，然后抽干30 min。取出后用清水沖去表面鹽漬，觀察銹蝕面積。該涂層樣品經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，銹蝕面積小于5%，除表面劃傷部位及邊緣外基本無(wú)銹蝕（見下頁(yè)圖 3）。

4.3 耐堿性及耐溶性

將常用的堿性沖剪液配制成5%濃度的溶液，將液體滴在樣片表面，然后把另一樣片放在上面蓋住液滴，存放24 h后觀察表面情況。

24 h后，上下兩樣片表面仍有部分堿液殘留，擦拭干凈后涂層表面均無(wú)變化。可見該涂層對(duì)于堿性沖剪液的耐受程度較好。

酒精與丙酮直接滴在樣片表面，3 min后擦拭干凈，觀察涂層表面情況，未發(fā)現(xiàn)溶脹、脫落現(xiàn)象。樣片部分浸入蒸餾水中24 h，取出后未發(fā)現(xiàn)涂層有破壞痕跡。

4.4 光澤度、附著性和鉛筆硬度

使用光澤度儀測(cè)量涂層樣片光澤度，與現(xiàn)用G2涂層進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表4。

圖3 鹽霧試驗(yàn)后表面情況

可見試驗(yàn)樣片的光澤度、硬度、附著性均與現(xiàn)在常見的六價(jià)鉻涂層相當(dāng)。

表4 與G2涂層對(duì)比光澤度、附著性和鉛筆硬度檢測(cè)情況

5 結(jié)論

1）該三價(jià)鉻絕緣涂液是一種由磷酸—鉻—鋁—鎂的復(fù)合鹽、丙烯酸樹脂及少量乙二醇組成的半有機(jī)絕緣涂料，從制造到使用直至最終產(chǎn)品過(guò)程，均無(wú)六價(jià)鉻存在，是環(huán)保性能優(yōu)秀的絕緣涂液。

2）在正常運(yùn)行的生產(chǎn)線上進(jìn)行試驗(yàn)，工藝速度130 m/min，通過(guò)合理控制鋼材基板表面質(zhì)量，涂敷機(jī)輥隙，烘干工藝等參數(shù)，可以生產(chǎn)出表面質(zhì)量良好的硅鋼產(chǎn)品。

3）應(yīng)用該三價(jià)鉻絕緣涂液生產(chǎn)的硅鋼產(chǎn)品，其各項(xiàng)性能均與常見六價(jià)鉻絕緣涂層相當(dāng)或更優(yōu)，可以滿足用戶需求。

[1] 何忠治.電工鋼[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1997．

[2] Lindenmo M,Coombs A.Advantages.Properties and Types of Coatings on Non-oriented Electrical Steels[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials，2000，215/216：79-82．

（編輯：王瑾）

Study on Preparation and Properties of Trivalent Chromium Insulating Coating for Non-oriented Silicon Steel

Gu Xiangyu,Chen Xiang,Wang Xingyuan
（Silicon Steel Room of Shanxi Taigang Technology Center,Taiyuan Shanxi 030003）

This paper introduces the application status of non-oriented silicon steel trivalent chromium coating and studies the research and preparation process of insulating coating.And its basic performance is tested and analyzed.The results show that there is no hexavalent chromium from manufacturing to use until the final product process of the trivalent chromium coating liquid insulation,which is insulation coating liquid with excellent environmental performance.By reasonable control coating process,silicon steel products with good quality can be produced.Its various performance are equivalent to or better than those of common hexavalent chromium insulation coating,which can meet the demand of users.

non-oriented silicon steel,trivalent chromium,semi-organic coating,chromic hydroxide

TG178

A

1672-1152（2017）04-0041-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.16

2017-06-06

顧祥宇（1981—），男，本科，畢業(yè)于大連理工大學(xué)，助理工程師，主要從事硅鋼涂層及其他鋼鐵用涂層的研究、應(yīng)用及檢驗(yàn)。