[发明专利]具有高冲片性能无取向电工钢绝缘涂料及制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于钢铁表面处理技术领域，更具体地，本发明涉及一种具有较高冲片性能的电工钢环保绝缘涂料的相关制备方法和应用。

背景技术

电工钢（亦称硅钢）是一种含碳量极低的硅铁软磁合金，其用途十分广泛，电工钢板可用于制造电动机、发电机、变压器和镇流器铁芯，是电力、电子和军事工业中不可或缺的重要磁性材料。

通常，冷轧电工钢板出厂前表面需涂敷一层厚度为0.5μm～5μm的绝缘薄膜，以确保使用过程中铁芯的硅钢片叠片之间具有较高的层间电阻率，降低叠片层间功率损失，防止铁芯叠片间发生短路而增大涡流损耗，提高其电磁性能。此外，绝缘薄膜还可使电工钢在储存、运输和使用过程中减缓各种介质的侵蚀，有效防止锈蚀，对电工钢板本身提供适当的保护。

纵观国内外冷轧无取向电工钢涂层的发展和生产实践，涂层体系主要包括有机涂层、无机涂层和半无机涂层三大类。由于有机涂层在涂层厚度大、焊接性不良、涂层和性能热稳定性差、硬度低以及环保等方面存在诸多问题，当前，世界各大钢厂冷轧电工钢板的表面涂层均向无机或半无机发展，但由于受到无机涂层本身属性尤其是冲片性不高的限制，目前应用较多的仍然是半无机涂层。

在现有发明和产品中，冷轧电工钢的绝缘涂层可进一步分为铬酸盐体系和磷酸盐体系两大类别。铬酸盐类涂层出现在上世纪60-70年代，典型产品有新日铁L、L2、L3涂层，JFE A·N、J涂层，韩国浦项C6A、C6B涂层，武钢T4、T5涂层，太钢G2涂层、宝钢A、H涂层和鞍钢TM4涂层等。尽管含铬半无机绝缘涂层堪称历史上应用最广泛和最成功的电工钢绝缘涂层，产品也通过了SGS认证，但由于此类涂层含有六价铬（Cr⁶⁺）等强致癌性的金属元素和对环境有害的成分，在涂料生产、现场使用、操作和涂层废液处理过程中存在损害健康和破坏环境的风险，出于环境保护的考虑，欧美发达国家在70年代就提出尽量避免使用铬酸盐涂层，在这种倡导下开始了性能优异的环保涂层的开发和应用。事实上，欧盟已从2006年7月1日起停止使用含Cr⁶⁺涂层的电工钢，国内也从2007年1月1日起对国内凡含Cr⁶⁺的家用电器销售实施限制，由此国内外加紧了不同性能电工钢产品无铬环保绝缘涂料和涂层的研究开发。到目前为止，国内外均有若干电工钢无铬环保型绝缘涂料问世并投入实际应用，典型产品有美国Armco公司开发的磷酸盐环保半无机涂层，奥地利Rembrandtin公司开发的性能更加优异的EB53系列环保涂层，新日铁G、XN涂层，韩国浦项NS、NM、NT涂层，太钢Q3、X4、H5、Z6系列涂层，宝钢K涂屋和马钢M21涂层等，上述涂层主要为磷酸盐体系。

尽管目前国内钢厂制造冷轧无取向电工钢板仍普遍大量采用铬酸盐类涂层，但鉴于环保和产品发展需求，水性环保绝缘涂层将成为必然的发展趋势。在现有发明和产品中，与传统的铬酸盐类涂层相比，环保绝缘涂层在某些性能方面具有明显优势。

如专利号为CN200910195533的“一种电工钢绝缘涂料，其制备方法及涂覆方法”涉及了一种以磷酸盐为主的无取向电工钢水性绝缘环保涂料和相关涂层制备方法，该发明采用了与SiO₂溶胶、稀土盐溶液及硅烷偶联剂的复合配方，使得涂料的涂覆性，涂层的绝缘性、耐蚀性和耐热性等优于铬酸盐涂层，涂层能较好地满足工业电机生产需求，但由于该发明涂料组分中有机成分不高，涂层表面的爽滑性和冲片性尚不能完全满足压缩机行业的要求。

另外，与此相关的专利CN201110137922涉及了“一种抗沉降电工钢水性环保绝缘涂料及其制备方法”，该发明采用了与上述发明基本相同的体系，通过添加适当的防沉降剂，有效改进了涂料在存储过程中易于分层沉降的问题，显著提高了涂料涂覆的工艺性能和涂层性能的均匀性。

然而，现有有机/无机体系无取向电工钢环保绝缘涂层主要有如下不足：

（1）涂层的冲片性不好，在压缩机制造行业与传统有机/无机铬酸盐体系涂层的冲片次数有较大差距，难以满足变频压缩机复杂形状芯片的冲片性要求。

（2）涂层的耐热性不好，难以满足无取向电工钢芯片工艺退火要求，高温退火后涂层碳化严重，容易掉粉。

（3）涂层表面状态不良，涂层不均匀，涂层表面易产生纵向条纹，涂覆工艺窗口窄。

（4）树脂与涂液混溶性不好，静置溶液分层，影响涂覆工艺和涂层性能的均匀性。

（5）树脂挥发性强，刺激和不环保。

发明内容