專利名稱：一種無取向硅鋼用環(huán)保絕緣涂層溶液及其制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于無取向硅鋼的環(huán)保絕緣涂層溶液及其制備和應(yīng)用，具體涉及 一種磷酸鹽涂層溶液及其制備和應(yīng)用，屬于硅鋼絕緣涂層制備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
無取向硅鋼因其厚度均勻、尺寸精度高、表面光滑平整以及較高的填充系數(shù)和材 料磁性能而被廣泛用作電機(jī)和變壓器的鐵芯材料。為減少硅鋼渦流損失，保證硅鋼片有較 高的表面電阻率，使層間功率損失降為最小，同時(shí)保護(hù)硅鋼片免受各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕和 銹蝕，需要在硅鋼表面進(jìn)行絕緣層涂覆處理。由于在制造電機(jī)、家用電器和變壓器鐵芯時(shí)， 要將硅鋼板沖制成鐵芯形狀的坯料，還要將疊好的芯片邊緣焊接固定，因此絕緣涂層不僅 要有很好的絕緣性，而且還需要良好的沖制性、附著性、焊接性和耐熱性等。1950年，美國Armco公司最早提出了 C_5涂層，這是一種無機(jī)磷酸鎂涂層。1973 年，日本川崎制鐵又提出了在此基礎(chǔ)上加入硝酸鋁和鉻酸的D涂層。而后，日本新日鐵提出 了應(yīng)力涂層T-2涂層，其成分為膠體二氧化硅、磷酸二氫鋁和鉻酸酐。Armco也提出了應(yīng)力 涂層，主要組分為磷酸鋁、磷酸鎂、膠體SiO2和鉻酸，稱為Carlite-3涂層。日本專利號昭52-25296、昭53-143737公開了川崎制鐵的應(yīng)力涂層，組分為膠體 SiO2、磷酸二氫鎂和鉻酸組成，并加入SiO2, Al2O3或TiA細(xì)粉，防止消除應(yīng)力退火時(shí)發(fā)生粘 結(jié)，并提出用硼酸和硫酸鹽代替鉻酸來改善耐水性。上述的涂層中都帶有鉻酸，用于改善磷酸鹽涂層的防銹性、耐水性和使磷酸鹽更 穩(wěn)定，然而，鉻酸是對環(huán)境和人體有害的物質(zhì)。2003年2月13日歐盟委員會和歐洲議會頒布了兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)指令，即電子電器設(shè)備 廢棄物的指令(WEEE)和電子電器設(shè)備中限制使用某些有害物質(zhì)的指令(ROiB)。指令要求， 2006年7月1日起歐盟市場上銷售的電子電器產(chǎn)品中有害元素的指標(biāo)必須符合規(guī)定，即要 限制的有害物質(zhì)有鎘、鉛、水銀、六價(jià)鉻、多溴聯(lián)苯、聚合溴化聯(lián)苯乙醚等。即已率先要求 進(jìn)入某區(qū)域的電工鋼板中不能含有鉻元素，今后將有越來越多的國家和地區(qū)提出類似的要 求。為了克服含鉻有害涂層的缺點(diǎn)，國內(nèi)外硅鋼生產(chǎn)廠家考慮用其它形式的物質(zhì)來替 代鉻酸酐。國外采用的多為添加其它物質(zhì)來替代鉻酸酐，但是由于新添加物本身性質(zhì)的局 限性導(dǎo)致了涂層性能存在一定的缺陷。日本專利號特開平2005068493中川崎制鐵提出用硼酸鈣、硼酸鋁、硫酸鋁、硫酸 鐵以及氧化鋁和氧化鋯固體顆粒分別來替代鉻酸酐，涂覆的結(jié)果表明涂層附著性一般，但 耐蝕性、外觀較好。這類不含鉻的涂層的確滿足了環(huán)保的要求，但是它的不足之處在于由 于在涂層中缺少了鉻酸酐，即導(dǎo)致液體對于基板的潤濕性能變得較差，造成涂層外觀不佳； 又使得涂層的耐蝕性能變得不令人滿意，所以只能較好的滿足的某一項(xiàng)或幾項(xiàng)性能，無法 在綜合評價(jià)上得到滿意的結(jié)果。日本專利號特開平10015484，特開平1001M85公開了應(yīng)用于無取向電工鋼的無鉻環(huán)保涂層。這些專利中提出用大量的不同的有機(jī)物來替代重鉻酸鹽，從而在滿足性能的 同時(shí)，達(dá)到環(huán)保要求。但是硅鋼絕緣涂層在低溫烘烤干燥之后，還有一步高溫?zé)Y(jié)的過程， 因此該類無取向電工鋼涂層中的有機(jī)物會在高溫下碳化失效，進(jìn)而失去了原有涂層的特 性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無鉻環(huán)保的無取向硅鋼絕緣涂層，不僅完全消除了鉻 元素帶來的環(huán)保問題，而且也能保證涂層均勻性、絕緣性、附著性、耐蝕性、耐熱性等各項(xiàng)性 能優(yōu)良。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種以磷酸鹽為主劑的無取向硅鋼用的絕 緣涂層溶液，以涂層溶液的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計(jì)，其組分及相應(yīng)的質(zhì)量百分比為磷I駿二氫鋁溶液20% 25% ；
磷I駿二氫鎂溶液10% 15% ；
硅)容膠15% 20% ；
硼I駿(固體)2% 8% ；
余量為去離子水。
所述的磷酸二氫鋁名射夜和磷酸二氫鎂 斜夜中的溶液均為水溶液。
本發(fā)明使用的磷酸:二氫鋁溶液，由磷畫I和氫氧化鋁在去離子水中反應(yīng)制得；其中制備磷酉髮二氫鋁溶液的原料，按質(zhì)量百分比計(jì)，磷酸占 ；34%、氫氧化鋁占5% 6%，
余量為去離子水。所述磷酸以其中所含WH3PO4計(jì)，可選用60-85% (質(zhì)量百分含量)的磷 酸水溶液，當(dāng)選用60-85%的磷酸水溶液時(shí)，其用量可按其中所含的H3PO4進(jìn)行折算，此時(shí)去 離子水的含量相應(yīng)變化。如，當(dāng)所述磷酸選用85%磷酸水溶液時(shí)，制備磷酸二氫鋁溶液的原料中，按質(zhì)量 百分比計(jì)，85 %磷酸水溶液占35 % 40 %、氫氧化鋁占5 % 6 %，余量為去離子水(占 54% 60% )。優(yōu)選的，所述磷酸二氫鋁溶液的制備方法為按照制備磷酸二氫鋁溶液的原料配 比，將85%磷酸稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的磷酸溶液后，加入到反應(yīng)釜中，升溫至90°C，再分 批加入氫氧化鋁，共攪拌反應(yīng)1. 5小時(shí)，反應(yīng)過程中保持溫度恒定，并補(bǔ)充相應(yīng)量的去離子 水，待溶液澄清后停止反應(yīng)，所得的磷酸二氫鋁溶液進(jìn)行冷卻備用。本發(fā)明使用的磷酸二氫鎂溶液，由磷酸和氧化鎂在去離子水中反應(yīng)制得；其中磷 酸二氫鎂溶液的原料，按質(zhì)量百分比計(jì)，磷酸占四％ 34 %，氧化鎂占2 % 3 %的，余量為 去離子水。所述磷酸以其中所含WH3PO4計(jì)，可選用60-85% (質(zhì)量百分含量)的磷酸水溶 液，當(dāng)選用60-85%的磷酸水溶液時(shí)，其用量可按其中所含的H3PO4進(jìn)行折算，此時(shí)去離子水 的含量相應(yīng)變化。如，當(dāng)所述磷酸選用85%磷酸水溶液時(shí)，制備磷酸二氫鎂溶液的原料，按質(zhì)量百分 比計(jì)，85%磷酸占35% 40%，氧化鎂占2% 3%的，余量為去離子水(占57% 63%)。優(yōu)選的，所述磷酸二氫鎂溶液的制備方法為按照磷酸二氫鋁溶液的原料配比，將 85%磷酸稀釋至質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60%的磷酸溶液后，加入到反應(yīng)釜中，升溫至40°C，分批加入 氧化鎂，共攪拌反應(yīng)1. 5小時(shí)，反應(yīng)過程中保持溫度恒定，并補(bǔ)充相應(yīng)量的去離子水，待溶液澄清后停止反應(yīng)，所得的磷酸二氫鎂溶液進(jìn)行冷卻備用。磷酸二氫鋁是一種新型的無機(jī)合成材料，常溫下固化，液體和固體化學(xué)結(jié)合力強(qiáng)， 具有耐高溫、抗震、抗剝落和絕緣性能良好的特點(diǎn)。本發(fā)明中磷酸二氫鋁為主要成膜物，用 量占涂層溶液總質(zhì)量的20% 25%。磷酸二氫鎂的加入可提高涂層的耐水性、附著性、耐熱沖擊性能。本發(fā)明中采用磷 酸二氫鎂的用量占涂層溶液總質(zhì)量的10% 15%。本發(fā)明使用的硅溶膠為本公司自行研制的堿性硅溶膠，其粒徑為4-6nm，硅溶膠中 SiO2的質(zhì)量百分含量為-30%, pH值在9-11之間，能夠長期穩(wěn)定。如采用如下的制備步驟制得本發(fā)明的硅溶膠將120-180份硅粉(純度為95%， 粒徑為200目)用65°C的熱水浸泡2小時(shí)使之活化從而除去其表面的惰性膜，隨后對其干 燥使之保持65°C。將50-80份水玻璃(模數(shù)為2. 4)、3_6份氨水(重量百分比為25% )和 1000份去離子水在攪拌的條件下加熱到90°C，然后加入干燥后的120-180份硅粉，控制溫 度恒定，反應(yīng)證后冷卻。使用真空抽濾機(jī)抽濾，除去未反應(yīng)的硅粉，添加3-6份Y-縮水甘 油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)對硅溶膠進(jìn)行表面改性，并加入氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值為 9-11，制得本發(fā)明所述的硅溶膠。較佳的，所述硅粉為160份，水玻璃為60份，氨水為5份， KH560為5份，上述份數(shù)為重量份數(shù)。所述硅溶膠為直徑為納米級的二氧化硅超細(xì)顆粒分散在水中的乳白色膠體溶液。 硅溶膠表面的粒子為水合型，因水分子覆蓋而有親水性。優(yōu)選的，本發(fā)明中所使用的硅溶膠 SiO2的固含量為觀 30%。作為涂料的配合材料以提高其結(jié)合性、監(jiān)牢性、耐磨損性以及 耐污染性。若含量過低，則對各項(xiàng)綜合性能改善不明顯；若含量過高，則影響涂料粘度，密度 各個(gè)指標(biāo)，涂料不穩(wěn)定。本發(fā)明中采用的膠體二氧化硅的用量占涂層溶液總質(zhì)量的15% 20%。硼酸可提高涂層耐腐蝕性能和耐熱性，本發(fā)明中采用固體硼酸的用量占涂層溶液 總質(zhì)量的2% 8%。本發(fā)明提供的無取向硅鋼用環(huán)保絕緣涂層溶液的主要制備步驟為按照所述涂層 溶液中各組分的配比將磷酸二氫鋁溶液、磷酸二氫鎂溶液和去離子水加入反應(yīng)容器中，攪 拌均勻，隨后邊攪拌邊加入固體硼酸，待硼酸完全溶解，最后加入硅溶膠，均勻混合即得。本發(fā)明的無取向硅鋼用環(huán)保絕緣涂層溶液，不僅具有較高的層間電阻率，滿足絕 緣性能的要求，而且還具有良好的附著性、表面力學(xué)性能和加工性能，外觀均一，表面硬度 適中，在后加工過程中涂層不剝落、粉化，對加工模具磨損??；具有良好的耐熱性能，經(jīng)高溫 退火以及發(fā)藍(lán)后仍具有較高的層間電阻率；有良好的耐化學(xué)藥品性能和抗腐蝕性能。更重 要的是，所制得的絕緣涂層完全消除了鉻元素帶來的環(huán)保問題，也解決了單一磷酸鹽引起 的吸潮發(fā)粘的難題。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明 而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。按如表1所示的配方制備出的絕緣涂層溶液涂布到硅鋼板上，在550°C下進(jìn)行30 秒熱處理，可得到2 μ m的絕緣涂膜的硅鋼板。
具體制備步驟如下按表1的配方比例，將相應(yīng)量的磷酸二氫鋁溶液、磷酸二氫鎂 溶液和去離子水加到反應(yīng)容器中，再分別依次加入相應(yīng)量的硼酸和硅溶膠，均勻混合制得 涂層溶液。各組分的配方如表1所示(余量為去離子水)表1涂層溶液成分的組成
權(quán)利要求
1. 一種無取向硅鋼用環(huán)保絕緣涂層溶液，以涂層溶液的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計(jì)，其組分及相 應(yīng)的質(zhì)量百分比為磷酸二氫鋁溶液20%- 25%磷酸二氫鎂溶液10%-一 15%硅溶膠15%-一 20%硼酸2% ■ 8% ；余量為去離子水。
2.如權(quán)利要求1所述的無取向硅鋼用環(huán)保絕緣涂層溶液，其特征在于，所述磷酸二氫 鋁溶液，由磷酸和氫氧化鋁在去離子水中反應(yīng)制得；其中制備磷酸二氫鋁溶液的原料，按質(zhì) 量百分比計(jì)，磷酸占四％ 34%、氫氧化鋁占5 % 6 %，余量為去離子水；所述磷酸二氫鎂 溶液，由磷酸和氧化鎂在去離子水中反應(yīng)制得；其中磷酸二氫鎂溶液的原料，按質(zhì)量百分比 計(jì)，磷酸占 ；34%，氧化鎂占20Z0 3%的，余量去離子水。
3.如權(quán)利要求1或2所述的無取向硅鋼用環(huán)保絕緣涂層溶液，其特征在于，所述硅溶 膠的平均粒度在4nm 6nm之間，硅溶膠中SW2的質(zhì)量百分含量為觀％ 30 %，pH值為 9-11。
4.如權(quán)利要求1-3任一所述的無取向硅鋼用環(huán)保絕緣涂層溶液的制備方法，包括如下 步驟按照所述涂層溶液中各組分的配比將磷酸二氫鋁溶液、磷酸二氫鎂溶液和去離子水 加入反應(yīng)容器中，攪拌均勻，隨后邊攪拌邊加入固體硼酸，待硼酸完全溶解后，加入硅溶膠， 均勻混合得到所述無取向硅鋼用環(huán)保絕緣涂層溶液。
5.如權(quán)利要求1-3任一所述的無取向硅鋼用環(huán)保絕緣涂層溶液用于制備無取向硅鋼 環(huán)保絕緣涂層的應(yīng)用。
6.一種無取向硅鋼環(huán)保絕緣涂層，為根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的無取向硅鋼用環(huán)保 絕緣涂層溶液制得。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于無取向硅鋼的環(huán)保絕緣涂層溶液及其制備和應(yīng)用，具體涉及一種磷酸鹽涂層溶液及其制備和應(yīng)用，屬于硅鋼絕緣涂層制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的無取向硅鋼用環(huán)保絕緣涂層溶液，以涂層溶液的總質(zhì)量為基礎(chǔ)計(jì)，其組分及相應(yīng)的質(zhì)量百分比為磷酸二氫鋁溶液，20%～25%；磷酸二氫鎂溶液，10%～15%；硅溶膠，15%～20%；硼酸，2%～8%；余量為去離子水。本發(fā)明的無取向硅鋼用環(huán)保絕緣涂層溶液所制得的絕緣涂層不僅能保證涂層的均勻性、絕緣性、附著性、耐蝕性、耐熱性、焊接性等各項(xiàng)性能優(yōu)良，并且完全消除了鉻元素帶來的環(huán)保問題。
文檔編號C23C22/07GK102115881SQ20101060684
公開日2011年7月6日 申請日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者王晨, 輔偉強(qiáng) 申請人:上海迪升防腐新材料科技有限公司