无取向硅钢用三价铬绝缘涂液的制备及性能研究

顾祥宇， 陈 祥， 王兴原

（山西太钢技术中心硅钢室， 山西 太原 030003）

无取向硅钢用三价铬绝缘涂液的制备及性能研究

顾祥宇， 陈 祥， 王兴原

（山西太钢技术中心硅钢室， 山西 太原 030003）

介绍了一种无取向硅钢三价铬应用现状，研究了绝缘涂层的研发与制备流程，并对其基本性能进行检测分析。结果表明：该三价铬绝缘涂液从制造到使用直至最终产品过程，均无六价铬存在，是环保性能优秀的绝缘涂液；通过合理控制涂层工艺，可以生产出质量良好的硅钢产品；其各项性能与常见六价铬绝缘涂层相当或更优，可以满足用户需求。

无取向硅钢 三价铬 半有机涂层 氢氧化铬

无取向硅钢广泛用作电机、变压器和压缩机等领域。为防止铁芯叠片间发生短路而增大涡流损耗，需要在冷轧无取向电工钢板表面涂覆绝缘涂层。由于各种领域不同种类铁芯的使用工况条件不同，无取向电工钢绝缘涂层不仅要有良好的绝缘性，而且还需有良好的冲片性、附着性、焊接性、耐热性、耐腐蚀性等[1]。无取向电工钢绝缘涂层包括有机涂层、无机涂层和半有机涂层三大类[2]。

1 三价铬涂液应用现状

目前国内应用较广泛的主要是含六价铬的半有机绝缘涂液涂敷到无取向硅钢表面制成的涂层，如武钢T4、鞍钢TM4、宝钢A、太钢G2涂层等；以及部分环保绝缘涂液形成的涂层，如马钢M21、太钢H5涂层等。两种类型的涂层各有优缺点，六价铬涂液制成的涂层性能优异，但是涂液在配制和使用过程中，因其含有大量剧毒的Cr6+，对环境造成很大的破坏，在环保要求日益严格的趋势下，势必逐步退出市场；环保涂层安全且污染很小，但其性能与六价铬涂层相比还有明显差异。本文研究的三价铬半有机绝缘涂液可以兼顾六价铬半有机绝缘涂液和环保涂液的优点，既不含Cr6+等有毒物质，达到国家环保的要求，又能达到目前六价铬涂液所具有优良的附着性、防锈性、耐热性、耐碱性等。目前国内外还没有无取向硅钢用三价铬绝缘涂液方面的相关报道。

2 三价铬涂液开发

2.1 涂液配方设计

根据无取向硅钢对涂层的性能要求以及用户使用特点，并结合文献资料的技术分析，设计了一种半有机含铬绝缘涂料。配方中以磷酸-铬-铝-镁的复合盐为主要成分，加入丙烯酸树脂，并采用乙二醇作为还原剂以及三价铬的保护剂，以避免三价铬向六价铬的转化；同时，乙二醇可以降低涂液的表面张力，有利于涂敷时涂液的流平，可有效消除表面涂敷条纹。

2.2 涂液的制备

根据三价铬绝缘涂液的配方设计，确定了三价铬绝缘涂液的制备方法及相关的工艺参数。具体步骤如下：

将磷酸用少量纯水进行稀释；加热至50～60℃时，加入氢氧化铝，使其完全溶解；待溶液冷却到50℃以下，加入氧化镁；加入氢氧化铬，溶于溶液中；加入适量的乙二醇，并使涂液温度达到40℃保持15min；加适量纯水调节黏度，涂液完全冷却后，混合一定比例的丙烯酸树脂；最后根据需要加入少量流平剂、消泡剂等助剂，即完成涂液配制。

2.3 涂液的性能

三价铬涂液配制完成后，实验室检测性能见下页表1。

三价铬涂液由于不含强氧化性的Cr6+，因此保质期较长。密闭存放20天后，经实验室涂敷试验，性能无明显变化。其无机组分可以长期存放，放置6个月后仍不影响使用。故实际应用中，可先生产出无机部分产品，使用前再加入丙烯酸树脂及助剂。

表1 三价铬涂液的性能

3 三价铬绝缘涂层工艺开发

3.1 涂层工艺流程

涂层工艺流程包括电工钢基板预处理(碱洗、电解清洗，水洗、热风干燥等)、退火、涂料涂敷、涂层干燥固化及冷却等，三价铬绝缘涂层的应用工艺流程如图1所示。

图1 三价铬涂层应用工艺流程

硅钢冷轧卷从入口出来后，进入碱洗段，经过碱喷洗、碱刷洗、电解清洗等，将冷轧硅钢表面的轧制油、杂物清洗干净；经热风干燥后，进入退火炉，完成脱碳退火；钢带经过冷却、热风干燥后进入三辊式涂层机，先后完成上下表面涂料的涂覆，随后进入涂层炉进行涂层的干燥、烧结固化；通过空气喷射冷却使钢带温度降至接近室温后，进入出口活套。

3.2 涂层工艺控制

三价铬绝缘涂层生产中，在高速生产线（机组速度为130 m/min）使用中，影响涂层质量的关键工艺如表2所示。通过对下述工艺参数的合理控制，可以生产出表面质量良好的三价铬涂层产品。

4 三价铬绝缘涂层性能评价

4.1 耐热性

模仿用户去应力退火工艺：样片叠紧压实，平放在电阻炉中，通入氮气，升温至400℃，保温30 min，然后升温至750℃，保温120 min，之后关闭电源，样片随炉冷却至室温取出。去应力退火前后表面情况如图2所示，去应力退火前后涂层性能检测情况见表3。

表2 高速生产中影响涂层质量的关键工艺参数

图2 去应力退火前后表面情况

由表3所示，该涂层的耐热性优秀，在氮气保护下的热处理完全满足使用需求。

表3 去应力退火前后涂层性能检测情况

4.2 防锈性

选取固化完全的样片进行评价。盐雾实验条件：在35℃下，用浓度为5%的NaCl溶液连续喷雾5 h，然后抽干30 min。取出后用清水冲去表面盐渍，观察锈蚀面积。该涂层样品经过实验，锈蚀面积小于5%，除表面划伤部位及边缘外基本无锈蚀（见下页图 3）。

4.3 耐碱性及耐溶性

将常用的碱性冲剪液配制成5%浓度的溶液，将液体滴在样片表面，然后把另一样片放在上面盖住液滴，存放24 h后观察表面情况。

24 h后，上下两样片表面仍有部分碱液残留，擦拭干净后涂层表面均无变化。可见该涂层对于碱性冲剪液的耐受程度较好。

酒精与丙酮直接滴在样片表面，3 min后擦拭干净，观察涂层表面情况，未发现溶胀、脱落现象。样片部分浸入蒸馏水中24 h，取出后未发现涂层有破坏痕迹。

4.4 光泽度、附着性和铅笔硬度

使用光泽度仪测量涂层样片光泽度，与现用G2涂层进行对比，结果见表4。

图3 盐雾试验后表面情况

可见试验样片的光泽度、硬度、附着性均与现在常见的六价铬涂层相当。

表4 与G2涂层对比光泽度、附着性和铅笔硬度检测情况

5 结论

1）该三价铬绝缘涂液是一种由磷酸—铬—铝—镁的复合盐、丙烯酸树脂及少量乙二醇组成的半有机绝缘涂料，从制造到使用直至最终产品过程，均无六价铬存在，是环保性能优秀的绝缘涂液。

2）在正常运行的生产线上进行试验，工艺速度130 m/min，通过合理控制钢材基板表面质量，涂敷机辊隙，烘干工艺等参数，可以生产出表面质量良好的硅钢产品。

3）应用该三价铬绝缘涂液生产的硅钢产品，其各项性能均与常见六价铬绝缘涂层相当或更优，可以满足用户需求。

[1] 何忠治.电工钢[M].北京：冶金工业出版社，1997．

[2] Lindenmo M,Coombs A.Advantages.Properties and Types of Coatings on Non-oriented Electrical Steels[J].Journal of Magnetism and Magnetic Materials，2000，215/216：79-82．

（编辑：王瑾）

Study on Preparation and Properties of Trivalent Chromium Insulating Coating for Non-oriented Silicon Steel

Gu Xiangyu,Chen Xiang,Wang Xingyuan
（Silicon Steel Room of Shanxi Taigang Technology Center,Taiyuan Shanxi 030003）

This paper introduces the application status of non-oriented silicon steel trivalent chromium coating and studies the research and preparation process of insulating coating.And its basic performance is tested and analyzed.The results show that there is no hexavalent chromium from manufacturing to use until the final product process of the trivalent chromium coating liquid insulation,which is insulation coating liquid with excellent environmental performance.By reasonable control coating process,silicon steel products with good quality can be produced.Its various performance are equivalent to or better than those of common hexavalent chromium insulation coating,which can meet the demand of users.

non-oriented silicon steel,trivalent chromium,semi-organic coating,chromic hydroxide

TG178

A

1672-1152（2017）04-0041-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2017.04.16

2017-06-06

顾祥宇（1981—），男，本科，毕业于大连理工大学，助理工程师，主要从事硅钢涂层及其他钢铁用涂层的研究、应用及检验。