发电机定子冲片底涂层对绝缘涂层的影响

满宇光，杨 洲，迟文举



发电机定子冲片底涂层对绝缘涂层的影响

满宇光，杨 洲，迟文举

（哈尔滨电机厂有限责任公司，哈尔滨 150040）

本文对发电机定子冲片底涂层和绝缘涂层进行了扼要的介绍，对三种不同水溶性漆进行了交叉组合试验，研究了漆膜外观、厚度、耐溶剂性、附着力和绝缘电阻等方面的影响，还研究了不同底涂层冲片涂覆绝缘漆后的耐高温、耐腐蚀性能以及冲片断面的覆盖率。结果表明，在上述各方面底涂层对绝缘涂层都有影响，在实际使用过程中需要考虑冲片底涂层与绝缘涂层的兼容性问题。本文为设计和工艺人员选择冲片和涂漆材料提供了参考依据。

发电机；冲片；底涂层；绝缘涂层；环保

0 前言

电工钢是电力工业中常见的软磁合金材料，大型电机定子铁心常采用冷轧无取向和有取向硅钢[1]。为了有效地降低涡流损耗，通常在电工钢片表面增加涂层，该涂层需要具有一定的特性，比如：绝缘性、附着性、耐腐蚀性等，还要适于剪切、冲压、焊接等加工过程[2]。

钢厂提供的硅钢在出厂前一般已经具有涂层，业内常称为底涂层或者一次涂层。对于大中型电机制造厂来说，为了保证定子铁心的绝缘性能，在冲片制造过程中，需要对定子铁心冲片再次涂刷绝缘漆，形成二次涂层，即绝缘涂层。对于底涂层和绝缘涂层来说，目前应用最广泛的都是半无机类型的漆[3]。

1 底涂层

1.1 标准

硅钢片表面的底涂层由钢厂根据工艺性能和用户要求制造提供。硅钢底涂层的绝缘性能和技术指标目前尚没有权威的统一规定。

标准GB/T2521《冷轧取向和无取向电工钢片（带）》[4]第7.3.4项“绝缘涂层电阻”写明“根据需方要求”商定。

国际材料试验协会标准ASTM A976-03“电工硅钢片绝缘涂层”[5]中规定了底涂层种类：C0至C6。但其定义是概括性的说明，并没有特别详细的量化指标。不同种类硅钢的涂层分类由制造工艺的不同产生，适用于不同领域，并不专指性能高低的差异。比如，其中对C6涂层的描述为：“此涂层是在有机基中加入无机填料后经过加热固化形成，绝缘性优良。主要应用于成品无取向电工硅钢片，涂层适合规定最大Franklin试验电流，电流值由生产商和用户协商确定。涂层可以承受320～540℃的煅烧处理，但不同于可以承受消除应力的正常退火温度。涂层可以改善硅钢片的抗冲压等加工能力，因此适合冲片叠装。”

需要说明：ASTM A976中规定的C0～C2涂层为钢片在制造过程中氧化产生，而C3～C6涂层由硅钢表面后期涂覆或者进行化学处理形成。现在包括国外知名绝缘漆制造商在内的很多企业都宣称可以提供C3～C6等级的涂层材料并被广泛承认，这些材料不仅在底涂层中应用，在后续的绝缘涂漆过程中也有应用，因此现在的C3～C6涂层概念已经不一定仅指冲片底涂层了。Axalta公司（杜邦公司）的1151A/E漆和Helios公司（伦布兰廷公司）的EB5001/G漆在冲片底涂层和后续绝缘涂层中均有应用，被认为是C6等级； EB5308被认为是C5等级。

1.2 现状

应用最广泛的半无机涂层包括磷酸盐、铬酸盐、硅酸盐涂层等，各钢厂都有自己的独特配方和性能，不同硅钢牌号和制造厂的底涂层都会存在差异。知名的涂层名称有[6]：新日铁的L涂层；川崎的A涂层；韩国浦项的C6A涂层；俄罗斯新利佩茨克的TW1涂层，以及武钢的T、C涂层；宝钢的A、H、C涂层；太钢的G、X、H、C涂层等，工艺技术在不断发展变化。这些涂层名称各异，性能也不完全相同；有些涂层名称虽然不一致，但性能也接近。

对于各大钢铁制造厂而言，硅钢涂层成份和制造工艺属于核心技术，外界难以获得准确的具体信息。哈电曾对两种进口冲片底涂层（新日铁50H250；浦项50A250）进行对比观测，结果如图1和图2所示[7]，这些试验有助于我们进一步了解底涂层的性能，其表观和成份是有差异的。

(a) 新日铁50H250 (b) 浦项50A250

图2 冲片50H250和50A250底涂层能谱图

含有铬酸盐的涂层抗腐蚀性、附着性、绝缘性和加工性较好，得到了广泛应用，现在很多种类涂层中仍然含有铬[8]。国内工业化进程较晚，很多技术源于国外，近二十年左右各大钢厂开始研发环保型的C6涂层，虽然近十年国产C6涂层已经在大型发电机铁心中得到了初步应用，但国内涂层材料的一些性能仍然不能堪称完美，局部缺陷有待解决，开发性能优异的环保涂层依然任重道远[8]。

1.3 发展趋势

国际癌症研究中心（IARC）早已将六价铬（Cr6+）认定为高危致癌物，2003年“电子电气设备中有害物质限制使用指令”（即欧盟RoHS）生效并逐渐被更多的国家接受[9]，随着世界范围内环保意识的普遍提升，研发无铬的水溶性环保涂层材料是必然趋势。

将来的底涂层材料必将具备下列特点：

（1）环保，不含铬[10]、铅等重金属及其化合物；

（2）挥发量低，有机溶剂极少，主溶剂是水；

（3）无异味，使用便捷；性能稳定，贮存期长。

2 绝缘涂层

绝缘涂层是在冲片底涂层之上再进行一次涂漆形成的二次涂层，发电机铁心冲片的绝缘涂层由电机制造厂提供。

与底涂层类似，绝缘涂层所使用的绝缘漆也分为有机漆、半无机漆和无机漆几类，近年来环保型水溶性半无机漆应用越来越广泛[11]。

绝缘涂层的性能与底涂层密切相关。关于绝缘涂层与底涂层的组合性能，哈电进行了大量的摸索试验。

2.1 水溶性漆

（1）常规绝缘性能对比

三种国产环保型C6底涂层试样冲片分别标号为a、b、c，选三种水溶性绝缘漆EB5001G（进口）、1151A（进口）和HEC52709Q（国产），进行交叉组合试验，项目包括：漆膜外观、漆膜厚度、耐溶剂性、附着力和Franklin绝缘电阻试验等[12]，试验结果见表1。

表1 漆膜的常规绝缘性能

从表中结果可知：不同底涂层冲片涂覆绝缘漆后的漆膜绝缘性能是不同的。

（2）耐高温性能对比

将冲片600±10℃/2h[13]处理后，模拟铁心叠装状态，施加一定压力和温度，记录流经冲片的电流值。每组试样5片，试验结果如下。

图3 试样a烧蚀后的电流

图4 试样b烧蚀后的电流

图5 试样c烧蚀后的电流

从图5中结果可以看出：不同底涂层冲片涂覆绝缘漆后，漆膜承受高温后的电流是不同的。

（3）耐腐蚀性能对比

参考GB/T 2423.18《电工电子产品环境试验第2部分》[14]进行盐雾试验，模拟耐腐蚀性能。试样处理条件：25±10℃条件下喷淋NaCI盐雾2h，之后在40±2℃（温度），93±2%（相对湿度）条件下放置22h。试验结果见表2。

从表2的结果可以看出：不同底涂层冲片涂覆绝缘漆后的漆膜耐腐蚀性能也有差异。

表2 腐蚀处理后的漆膜性能

（4）冲片断面覆盖率

冲片断面覆盖率是一个较为复杂的技术难题，与涂漆设备、涂漆工艺参数、冲片尺寸和底涂层种类，以及绝缘漆等因素都密切相关。针对发电机定子普遍采用的0.35mm和0.5mm冲片，任何种类漆的断面覆盖率都无法达到100%，我们希望一遍涂漆覆盖率在80%～90%以上，现在尚没有明确限值标准和测量方法。

选取不同冲片试样，涂刷绝缘漆EB5001G，在相同放大倍数下观察断面涂覆情况[15]，如图6所示。

图6 三种冲片试样轭部断面覆盖图像

从图6中可以看出：不同底涂层冲片涂覆相同的绝缘漆，断面覆盖率存在一定差异。现在尚没有使覆盖率达到100%的有效办法，除了通过调节设备和工艺参数来提高覆盖率以外，还常采用增加涂漆次数，改善包装等手段，以减弱锈蚀现象。

2.2 非水溶性漆

将图1中的两种冲片涂刷相同的国产非水溶性半无机漆133C，按照GB/T1720《漆膜附着力测定方法》[17]，在涂漆前、后分别测量冲片原始漆膜以及涂漆后的漆膜附着力，结果见表3。

涂漆后，测量其他参数，包括：耐溶剂性、柔性和Franklin电阻试验等，也存在一定差异（数据略），但漆膜性能各项数据都在工艺性能要求范围之内，基本满足使用要求。

表3 漆膜附着力

3 探讨

不同发电机类型选用的硅钢牌号不同，不同钢厂针对不同牌号硅钢选用的底涂层材料不同，不同电机制造厂制造定子冲片时涂刷的绝缘漆也不同，这就要求底涂层与绝缘涂层具有较好的兼容性。这里指的兼容性，就是两种涂层组合后的综合性能。钢铁厂和大型电机制造厂都属于国企，制造实力雄厚，但由于标准不同、技术保密，以及厂内专业分工等原因，在实际使用过程中对冲片底涂层与绝缘涂层的兼容性问题仍需进行深入研究和整体考虑。

冲片底涂层对绝缘涂层存在影响，漆膜性能有差异。目前这种差异还未达到致使冲片不能使用的程度，但我们也应该时刻预防出现底涂层与绝缘涂层兼容性能不良的现象。事实上我们曾遇到这种情况，个别指标不理想，已经接近可以使用的边界值，如：2016年底，试用某种国产水溶性漆HEC52709H时，在相同的工艺条件下，先后涂刷燃机35Q155冲片和空冷机组50W310冲片的结果差别较大，铅笔硬度仪的试验数据由9H降到了7H；其他指标也有差异（数据略）。综上所述，这种漆膜兼容性的要求是相互的，应该是双方面的，不仅仅对绝缘漆，也对冲片底涂层。某一种冲片底涂层针针对大多数绝缘漆，或者某种绝缘漆针对大多数冲片底涂层，都达到理想的组合效果并不是简单的事情，有些问题还需要深入研究和探讨。

4 结论

（1）环保的涂层材料是未来的发展趋势[16]。

（2）不同底涂层的冲片涂刷绝缘漆后，在漆膜外观、厚度、耐溶剂性、附着力、绝缘电阻、耐高温、耐腐蚀性以及冲片断面的覆盖率等方面都存在差异；说明底涂层对绝缘涂层性能有一定影响，在实际使用中需要考虑到它们的兼容性问题。

（3）电机制造厂在采购硅钢片时，对底涂层性能应该有适当的要求。

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Influence of Bottom Coating of Generator Stator Lamination on Insulating Coating

MAN Yuguang, YANG Zhou, CHI Wenju

(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

This paper presents a brief introduction of the bottom coating and insulating coating of generator stator lamination. Combined tests are performed to find out the influences in coating film appearance, thickness, solvent endurance, adhesiveness and insulation resistance. Also, high temperature resistance, anti-erosion and covering rate of lamination intersection of insulating coating with different bottom coatings are studied. The results show that bottom coating has influence on insulating coatings, and compatibility should be considered in actual application. The paper can provide reference for design and process engineers to select laminations and coating materials.

generator; laminations; bottom coating; insulation coating; environmental friendly

TM303.3

A

1000-3983(2017)-0027-04

2017-05-28

满宇光（1976-），1999年毕业于西安交通大学高电压技术及设备专业，现工作于哈尔滨电机厂有限责任公司，长期从事大型发电机技术工作，高级工程师。