[发明专利]含绝缘涂层的晶粒取向电工钢扁平材

说明书

技术领域

本发明涉及晶粒取向电工钢扁平材，其包括施加于该扁平材的至少一个表面上的绝缘涂层，所述绝缘涂层包含含有磷酸盐和二氧化硅的基质。

背景技术

在本发明所属领域中，“扁平材”是指通过热轧或冷轧基材钢所得到的带、片、坯件等。

晶粒取向电工钢为一种铁磁性铁材料，是用于生产高效能变压器和大功率高性能发电机的重要构件。它以层叠、盘绕或冲裁片材的形式用作电变压器诸如配电变压器、电力变压器和小型变压器的基础芯材。通常，晶粒取向电工钢材都为条带状，厚度介于0.15mm至0.50mm之间。

为了满足晶粒取向电工钢材在作为电力变压器的芯材时所需的高要求，通常在晶粒取向电工钢材的表面上施加绝缘涂层。

变压器中，除了能量损耗，操作期间产生的噪音也是重要的质量因素。满足变压器操作期间产生的噪音水平的相关要求在不断地提高，并且受制于更严格的法律要求和标准。例如，住宅楼附近的大型变压器的可接受度关键取决于这些变压器所发出的噪音。据认为，操作噪音是由所谓磁致伸缩的物理效应引起的，并且该噪音尤其受施加于用作变压器铁芯的晶粒取向电工钢材上的绝缘涂层的性质所影响。

已知的是，施加到晶粒取向电工钢材上绝缘涂层对滞后损失的最小化具有积极的作用。绝缘涂层能够将张应力(tensile stress)转移到基材，这不仅改善了晶粒取向电工钢材的磁性损耗值，而且还降低了磁致伸缩，由此进一步对成品变压器的噪声特性具有积极的影响。

只有结晶取向是以所谓高斯织构的特殊织构形式存在，才能实现晶粒取向电工钢材的磁特性，使得容易磁化的方向为轧制方向。用于获得高斯织构的方法是本领域技术人员已知的，其包括导致各种再结晶过程的冷轧和退火步骤。除织构之外，域结构也对晶粒取向电工钢材的磁特性产生影响。域结构可以通过物理效应以使得由磁性反转引起的能量损失最小化的方式施加影响。这种情况下，由绝缘涂层赋予所述铁磁基材的张力是重要的因素。

此外，从文献(参见例如，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，所施加的高张力导致改善的(即更低的)磁致伸缩，以及由此导致的该材料和成品变压器具有更好的噪声特性。此外，当使用具有绝缘涂层的晶粒取向电工钢材时，变压器铁芯中对抗外部应力的铁芯损耗和磁致伸缩灵敏度也减小。

总之，目前本领域中所使用的绝缘涂层具有以下三个主要功能：

-金属基材的电绝缘

-赋予金属基材张应力

-提供金属基材抗化学性和抗热性。

对于晶粒取向电工钢，最常见和最成功地应用的电绝缘涂层具有双层结构，其包含所谓的玻璃膜层和沉积其上的磷酸盐涂层。

玻璃膜通常由硅酸镁(如镁橄榄石)组成，其以薄层的形式沉积在由晶粒取向电工钢材提供的金属表面上。玻璃膜是通过高温退火时在所添加的氧化镁、氧化硅和氧化铁之间发生反应产生的，其在退火过程中形成于金属表面上。

磷酸盐涂层的形成包括将含有胶体二氧化硅和铬化合物的金属磷酸盐水溶液施加至钢板的表面上，并且在800℃至950℃范围内的温度下对其进行焙烧。磷酸盐涂层通常施加在玻璃膜的上面。但是，也可以将该磷酸盐直接施加至钢表面上，二者之间没有玻璃膜。

现有技术中用于将所述磷酸盐施加至晶粒取向电工钢上的组合物和处理液通常由以下物质构成：

-经水稀释的一种或多种主要的磷酸盐(例如磷酸镁或磷酸铝)

-一种或多种胶体氧化物，例如胶体二氧化硅

-一种或多种铬化合物，例如三氧化铬或铬酸。

例如日本专利JP 1971000075233和美国专利US 3856568记载了这样的组合物。根据这些现有技术的文献，组合物中的铬化合物的主要功能是通过与烘烤过程中释放的磷酸结合从而避免在所得涂层中产生气泡(以及由此导致的孔隙率)。因此，改善了由涂层赋予基材的张力。据认为，铬化合物还提高了磷酸盐基涂层的耐腐蚀性，并且有利于处理组合物的稳定性。