[发明专利]用于电绝缘晶粒取向电工钢带的无铬涂层

说明书

技术领域

本发明涉及一种含水组合物，所述含水组合物基于磷酸盐、铝离子和其它金属离子(特别是锰离子和锌离子)，以及硅酸盐、硅氧烷或硅烷，用于在金属表面提供防腐蚀涂层，特别是用于晶粒取向电工钢带(grain-oriented electrical steel strip)的电绝缘。为了确保期望的功能，根据本发明的组合物以相互间的预定比例包含所述组分。本发明还涉及一种使用所述含水组合物涂覆金属工件表面的方法，其中所述方法在腐蚀防护和粘附性方面产生了优异的结果，特别是在晶粒取向的电工钢带上。

背景技术

根据容量和价值，电工钢是最重要的软磁材料，并且具有大约一千万吨的世界年产量。根据其性质，电工钢分为无取向和晶粒取向材料。电工钢(electrical steel)和电工钢带(electrical steel strip)，在狭义上也指由铁硅合金制成的冷轧带，此外也指由此切割或冲压的金属薄片，其用于生产电力机械的磁路，也就是说发电机、电动机、变压器、继电器、电流接触器、并联电抗器(electrical steel strip)、点火线圈、电表和可控偏转磁体的铁芯。晶粒取向的电工钢带是高能效变压器和大型高性能发电机制造中的重要材料。在运动转变为电能或电能转变为运动的任何情况下，以及电能穿过很大的距离传输的情况下，都可以使用它。发现在配电变压器和电力变压器以及层合、缠绕或冲压形式的小型变压器中，晶粒取向电工钢带是关键材料。

晶粒取向电工钢带的生产在现有技术中是已知的，并且例如描述在欧洲专利EP1752548A1的说明书中。通常，在存储和运输至买家之前，经过最终退火的冷轧带提供有防腐蚀涂覆。

在现有技术中，已知有多种预处理方法，其在运输中提供合适的防护涂层。

电绝缘晶粒取向电工钢带的涂覆组合物在现有技术中是已知的，并且通常包含铬。在德国专利DE2247269的说明书中描述了示例性的组合物。传统的涂层生产成本低廉，在腐蚀防护、赤热稳定性(red heat stability)、收缩应变、电绝缘、粘附性、抗吸湿、和粘着力方面显示出良好的性能。但是，铬化合物的存在对人类健康和环境是有害的。

因此期望替换这些组合物中的铬化合物，而不影响已知的良好性能。为了这个目的，已经提出了其它金属化合物，例如钒化合物，有机钛复合物和二价金属离子的高锰酸盐，但是这些化合物或者同样是有毒的，稳定性降低，或者数量较大时不能成本低廉地获得。

因此，克服已知缺点并且可成本低廉地获得的涂料组合物的需求仍然存在。

发明内容

现在，本发明的发明者惊奇地发现包含磷酸盐、硅酸盐、铝离子和锰、铁、锌、钙和/或镁离子的水基组合物，适于替换已知的含铬组合物，而不会给涂层性能带来不利影响。

因此，在一方面，本发明涉及一种水基无铬组合物，其包含：

a)磷酸和/或其酸根阴离子(acid anions)；

b)溶剂化铝阳离子；

c)包含元素Fe、Zn和/或Mn的溶剂化离子；

d)至少一种硅酸盐和/或至少一种水溶性硅烷或硅氧烷；

其中，根据组分b)的铝阳离子与根据组分a)的磷酸和/或其酸根阴离子的量的摩尔比不大于1.0，优选不大于0.7，并且不小于0.1，在每种情况下根据组分a)的磷酸和/或其酸根阴离子的量以PO₄计，

其中，根据组分c)的溶剂化离子的总量与根据组分a)的磷酸和/或其酸根阴离子的量的摩尔比不大于1.0，优选不大于0.7，并且不小于0.1，根据组分c)的溶剂化离子的总量以元素Fe、Zn和Mn的总量计，并且根据组分a)的磷酸和/或其酸根阴离子的量以PO₄计，以及

其中，根据组分d)的硅酸盐、硅烷或硅氧烷与根据组分a)的磷酸和/或其酸根阴离子的量的摩尔比不大于3.0，优选不大于2.0，特别优选不大于1.0，并且不小于0.2，根据组分d)的硅酸盐、硅烷或硅氧烷以SiO₂计，并且根据组分a)的磷酸和/或其酸根阴离子的量以PO₄计。

另一方面，本发明涉及一种涂覆金属材料表面的方法，其特征在于，使金属材料的表面与本文所述的组合物接触，并且涉及由此获得的金属材料，优选钢带，并且更优选晶粒取向的电工钢带。