[发明专利]制造晶粒取向电工钢带的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制造覆盖有磷酸盐层的晶粒取向电工钢带的方法。本发明进而涉及一种覆盖有磷酸盐层的、可以以根据本发明的方法制成的晶粒取向电工钢带，并涉及这样的电工钢带作为变压器核心材料的用途。

背景技术

晶粒取向电工钢带（德语缩写为ko-Elektroband）在图中观察为铁磁性铁原料，以厚度为0.15mm至0.50mm的钢带形式存在，在钢带表面有电绝缘的层系统。图1示出了晶粒取向电工钢带的原理性结构。

鉴于晶粒取向电工钢带在变压器中的应用，对材料的磁性能提出了高要求。只有当铁材料的结晶学取向具有特定结构时，这样的高要求才得到满足，其中，最容易发生磁化的方向位于轧制方向上或鉴于稍后的应用位于磁场方向上。结构的形成通过带有接续的热处理的有意的冷变形实现，其中，进行了不同的重结晶过程。除了结构，即晶体取向，对于铁磁性材料典型的局域结构也对磁性能具有影响。动力地参与了稍后的交变磁化过程的局域结构可以通过物理影响这样进行修改，即，交变磁化过程伴随有较小能量损耗。在本文中，基本的物理影响量是由涂层系统传递至铁磁性基材上的拉应力。拉应力越高，材料的交变磁化损失就越低。由该视角出发，位于表面的涂层系统具有多个功能：

a)金属基材的电绝缘

b)将拉应力传递至金属基材上

c)确保化学和热学耐受度

为满足这个要求，在实践中实施“两层系统”作为层系统，其由所谓的玻璃膜（一种类似陶瓷的层）以及所谓的磷酸盐层构成。除了两个层的其它性能，两个层将永久的拉应力施加在基材上。本发明的核心在于外磷酸盐层，其对化学和热学耐受度有实质性贡献，但也将永久拉应力施加在位于磷酸盐层下面的材料上。

在实践中，由多个建议的方法和工艺为磷酸盐层实施了一个系统，该系统对应于图2。

磷酸盐水溶液的主要构成为：

a)一种或多种溶于水的初级磷酸盐

b)一种或多种胶体氧化物，特别是硅溶胶

c)一种铬（Ⅵ）化合物，特别是三氧化铬或铬酸

该磷酸盐水溶液以限定的量涂覆在钢带上。在实践中，涂覆是通过将过剩的溶液涂覆在钢带上，并接着将过剩的溶液挤出的方式进行的。溶液一般处于循环状态，从而在绝缘溶液和钢带表面之间存在永久接触。这样进行了涂层的钢带通过在约850℃温度下的贯通炉。得到的磷酸盐层总体上满足实践相关的要求，特别是

a)良好的电绝缘性能

b)高的化学耐受度

c)腐蚀耐受度

d)高的拉应力传递

e)实践中良好的可涂层性

鉴于涂层性能a)至e)，磷酸溶液的组成的意义例如在文献US02753282、EP0406833、DE1954216、DE2247269、EP0201228有所阐述。

传递至基材上的拉应力主要通过使用带有磷酸盐粘合剂的胶体氧化物生成。

六价铬（Ⅵ）的添加应当：

a)改善成品材料的腐蚀耐受度

b)在溶液状态下阻止铁溶于溶液的过程

c)通过不同的机制阻止成品绝缘的一定的粘性

d)提高涂层的化学耐受度，特别是对水的作用的耐受度

e)在磷酸盐溶液烧灼过程中与释放的磷酸化合成磷酸铬

该方法的主要缺陷在于，铬（Ⅵ）是有毒的、致癌的、对水有严重威害的。使用铬（Ⅵ）或含铬（Ⅵ）的配方需要繁多的劳动安全措施和环境保护措施。基本上，在工业生产中使用铬（Ⅵ）一直有颇多争议。

有直接将铬（Ⅵ）从磷酸盐溶液中除去的尝试，这样的尝试失败了。通过从磷酸盐溶液中无替代地除去铬（Ⅵ），绝缘溶液得到了不同的化学性能，以至于在实践中不能考虑使用它。例如，通过铬（Ⅵ），抑制了对铁基材的化学侵蚀。除去铬（Ⅵ）导致了磷酸盐溶液和金属之间显著的化学反应，酸蚀反应。在下面的实验中配制了下列磷酸盐溶液。