[發明專利]含絕緣涂層的晶粒取向電工鋼扁平材

有效

• 申請號: 201580005979.4
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN105980584B
• 公開（公告）日: 2018-04-27
• 發明（設計）人: 蒂埃里·貝爾格朗;克里斯托夫·里巴克;雷吉斯·勒邁特;卡斯滕·舍佩爾斯
• 申請（專利權）人: 蒂森克虜伯電工鋼有限公司
• 主分類號: C21D8/12
• 分類號: C21D8/12;H01F1/18
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司11112
• 代理人: 樊曉煥,金小芳

技術領域

本發明涉及晶粒取向電工鋼扁平材，其包括施加于該扁平材的至少一個表面上的絕緣涂層，所述絕緣涂層包含含有磷酸鹽和二氧化硅的基質。

背景技術

在本發明所屬領域中，“扁平材”是指通過熱軋或冷軋基材鋼所得到的帶、片、坯件等。

晶粒取向電工鋼為一種鐵磁性鐵材料，是用于生產高效能變壓器和大功率高性能發電機的重要構件。它以層疊、盤繞或沖裁片材的形式用作電變壓器諸如配電變壓器、電力變壓器和小型變壓器的基礎芯材。通常，晶粒取向電工鋼材都為條帶狀，厚度介于0.15mm至0.50mm之間。

為了滿足晶粒取向電工鋼材在作為電力變壓器的芯材時所需的高要求，通常在晶粒取向電工鋼材的表面上施加絕緣涂層。

變壓器中，除了能量損耗，操作期間產生的噪音也是重要的質量因素。滿足變壓器操作期間產生的噪音水平的相關要求在不斷地提高，并且受制于更嚴格的法律要求和標準。例如，住宅樓附近的大型變壓器的可接受度關鍵取決于這些變壓器所發出的噪音。據認為，操作噪音是由所謂磁致伸縮的物理效應引起的，并且該噪音尤其受施加于用作變壓器鐵芯的晶粒取向電工鋼材上的絕緣涂層的性質所影響。

已知的是，施加到晶粒取向電工鋼材上絕緣涂層對滯后損失的最小化具有積極的作用。絕緣涂層能夠將張應力(tensile stress)轉移到基材，這不僅改善了晶粒取向電工鋼材的磁性損耗值，而且還降低了磁致伸縮，由此進一步對成品變壓器的噪聲特性具有積極的影響。

只有結晶取向是以所謂高斯織構的特殊織構形式存在，才能實現晶粒取向電工鋼材的磁特性，使得容易磁化的方向為軋制方向。用于獲得高斯織構的方法是本領域技術人員已知的，其包括導致各種再結晶過程的冷軋和退火步驟。除織構之外，域結構也對晶粒取向電工鋼材的磁特性產生影響。域結構可以通過物理效應以使得由磁性反轉引起的能量損失最小化的方式施加影響。這種情況下，由絕緣涂層賦予所述鐵磁基材的張力是重要的因素。

此外，從文獻(參見例如，P.Anderson，″Measurement of the stress sensitivity of magnetostriction in electrical steels under distorted waveform conditions″，Journal of Magnetism and Magnetic Materials320(2008)p583-p588)中可知，所施加的高張力導致改善的(即更低的)磁致伸縮，以及由此導致的該材料和成品變壓器具有更好的噪聲特性。此外，當使用具有絕緣涂層的晶粒取向電工鋼材時，變壓器鐵芯中對抗外部應力的鐵芯損耗和磁致伸縮靈敏度也減小。

總之，目前本領域中所使用的絕緣涂層具有以下三個主要功能：

-金屬基材的電絕緣

-賦予金屬基材張應力

-提供金屬基材抗化學性和抗熱性。

對于晶粒取向電工鋼，最常見和最成功地應用的電絕緣涂層具有雙層結構，其包含所謂的玻璃膜層和沉積其上的磷酸鹽涂層。

玻璃膜通常由硅酸鎂(如鎂橄欖石)組成，其以薄層的形式沉積在由晶粒取向電工鋼材提供的金屬表面上。玻璃膜是通過高溫退火時在所添加的氧化鎂、氧化硅和氧化鐵之間發生反應產生的，其在退火過程中形成于金屬表面上。

磷酸鹽涂層的形成包括將含有膠體二氧化硅和鉻化合物的金屬磷酸鹽水溶液施加至鋼板的表面上，并且在800℃至950℃范圍內的溫度下對其進行焙燒。磷酸鹽涂層通常施加在玻璃膜的上面。但是，也可以將該磷酸鹽直接施加至鋼表面上，二者之間沒有玻璃膜。

現有技術中用于將所述磷酸鹽施加至晶粒取向電工鋼上的組合物和處理液通常由以下物質構成：

-經水稀釋的一種或多種主要的磷酸鹽(例如磷酸鎂或磷酸鋁)

-一種或多種膠體氧化物，例如膠體二氧化硅

-一種或多種鉻化合物，例如三氧化鉻或鉻酸。

例如日本專利JP 1971000075233和美國專利US 3856568記載了這樣的組合物。根據這些現有技術的文獻，組合物中的鉻化合物的主要功能是通過與烘烤過程中釋放的磷酸結合從而避免在所得涂層中產生氣泡(以及由此導致的孔隙率)。因此，改善了由涂層賦予基材的張力。據認為，鉻化合物還提高了磷酸鹽基涂層的耐腐蝕性，并且有利于處理組合物的穩定性。