无取向硅钢涂层与二次水性漆兼容性研究

陈 祥， 顾祥宇， 光红兵， 林 媛

（山西太钢不锈钢股份有限公司技术中心， 山西 太原 030024）

为减少电工钢板涡流损耗，需要在电工钢表面涂覆绝缘涂层。目前国内应用最多的硅钢薄涂层是半有机含铬薄涂层，例如宝钢A、武钢T4、鞍钢TM4涂层［1-2］。随着环保观念日益深入人心，国内外有不少关于无铬硅钢涂层的研究成果，其中磷酸盐系涂层的附着力强和耐高温性能显著[3-4]。

随着国内工业的迅速发展，大型水电、核电发电机等对电工钢的要求越来越高，对绝缘性和耐压缩性要求高。为满足这方面的需求，国内外相继开发了抗压缩性优异、绝缘电阻高的无取向硅钢专用C6涂液[5]，其中国外主要生产厂家有Dupont、Rembrandtin等公司，国内主要生产厂家有浙江某公司及江苏江阴某公司。国内大部分硅钢涂层都是含铬半有机薄涂层，少数为环保涂层。为保证薄涂层上二次涂敷C6厚涂层的绝缘性和附着性，研究其薄涂层和C6厚涂层的兼容性是十分重要的。为此本文研究了两者影响兼容性的因素，重点分析了C6厚涂层种类、薄涂层种类、薄涂层厚度、基板清洁度、厚涂层厚度等对其兼容性的影响。

1 试验材料及测试方法

1.1 试验原料及涂层制备

取DW80牌号的无取向硅钢基板作为研究对象，厚度为0.5 mm；实验室分别采用0号、1号、2号、3号涂棒对薄涂层涂液在基板上进行涂敷，在450℃下固化烘烤40 s；而后，将C6水性漆用6/8号线棒在薄涂层上进行涂敷，涂敷试样在300℃下固化烘烤40 s，最终形成均匀银灰色漆膜。

1.2 性能测试方法

1）按标准GB/T 9286—1998《色漆和清漆 漆膜的划格试验》，用多刃切割刀具划格，刀刃间隔为1 mm，评级标准分为六个级别，0级最好，5级最差。

2）采用ZEISS扫描电镜观察涂层表面形貌，采用EDS能谱仪对涂层表面进行元素分析。

2 结果与讨论

2.1 C6厚涂层种类影响

按照美国AISI标准中规定有7种硅钢绝缘涂层，种类分别为C0—C6；其中C6涂层为有机-无机复合涂层，其中无机部分含有一定的填料。选择已成熟应用的进口C6和国产C6涂液作为研究对象。表1为两种C6涂液特性指标。

表1 进口及国产C6涂液理化指标对比

下页表2为国内两钢厂含铬薄涂层（分别命名为A、B涂层）与进口和国产C6厚涂层进行兼容性评价。从表2可看出，A和B两种涂层与进口C6漆兼容性良好；从下页图1可以看出，采用国产C6漆，两种含铬涂层的划格附着性分别为1级、5级；相对于薄涂层来说，进口C6漆比国产C6漆兼容性好。

为区别薄涂层与C6水性漆的兼容性影响程度，后续采用国产C6水性漆进行试验。

表2 C6厚涂层种类对其兼容性的影响

图1 国产C6漆兼容性评价

2.2 薄涂层种类影响

选用某钢厂生产的两种不同涂层的硅钢片，分别命名为C涂层和D涂层。图2为两种涂层的SEM表面形貌。从图2中可知，C涂层表面凸凹不平，散布许多凹陷；D涂层表面平整，呈无定形状态。

通过EDS能谱分析，C涂层为环保涂层，主要含O、P、Al、C等元素，以磷酸二氢铝和有机树脂作为与基体的主反应物和交联物；D涂层为含铬涂层，主要含O、Mg、Cr等元素，以氧化镁等金属氧化物与有机复合材料为主；涂层的表面微观形貌与涂料物理性质、固化工艺有关。

图2 硅钢C涂层和D涂层的SEM形貌及EDS能谱

表3为两种不同薄涂层和国产C6厚涂层的兼容性评价结果。从表3可看出，C涂层划格附着性为0级，D涂层划格附着性为4级，C涂层与国产C6厚涂层的兼容性明显优于D涂层。可能是由于C涂层表面散布的凹陷，二次涂漆时，无机填料可进入到这些凹陷中，同时C6水性漆的有机成分也可进入这些凹陷中，增强了C6厚涂层与薄涂层间的作用强度。D涂层硅钢薄涂层表面平整，水性漆无机填料分散于有机树脂中，C6厚涂层与薄涂层间作用强度可能弱于C涂层样品。

表3 薄涂层种类对其兼容性的影响

2.3 薄涂层厚度影响

下页表4和图3为不同薄涂层厚度对其两者兼容性评价结果。从表4可看出，无涂层基板与国产C6水性漆兼容性差；当薄涂层厚度小于0.2 μm时，厚涂层的划格附着性均为5级，表明薄涂层和二次水性漆兼容性差；随着薄涂层厚度的增加，二次兼容性越来越好；主要由于当薄涂层太薄时，兼容性影响主要取决于钢板的清洁程度，钢板基板清洁度差，兼容性差；当薄涂层厚度达到0.3 μm以上时，厚涂层的划格附着性均为0级，兼容性优异，此时兼容性影响程度主要取决于薄涂层和二次漆的兼容性，与基板清洁程度无关，由于薄涂层与二次水性漆本身兼容性良好，最终划格附着性为0级。

3.4 基板清洁度影响

硅钢碱洗后基板清洁程度可通过碱洗后擦拭钢板5 s灰度来衡量；通过灰度程度对碱洗后的质量等级进行了评级，表5为碱洗后（5 s擦拭）评判标准；评级分为5级，评价分别为1级—5级，级数越小，表明碱洗后基板清洁质量越好。

表4 薄涂层厚度对其兼容性的影响

图3 薄涂层与国产C6厚涂层兼容性评价

表5 碱洗后基板的清洁质量等级

表6为不同基板清洁度对其兼容性影响的结果。从表6中可知，碱洗后基板清洁度为3级，划格附着性为0级，兼容性良好；碱洗清洁度为5级，划格附着性为4级，兼容性差；表明碱洗质量对兼容性影响非常大；为保证薄涂层与水性漆的兼容性质量，硅钢基板清洁度必须达到3级水平。

表6 基板清洁度对其兼容性的影响

3.5 C6厚涂层厚度影响

表7为C6厚涂层不同厚度对其兼容性评价结果。从表7中可知，C6厚涂层厚度为4 μm，划格附着性为0级，兼容性良好；而厚度为8 μm，划格附着性为4级，兼容性差；表明随着C6厚涂层厚度增加，兼容性变差；一般认为，C6厚涂层一次涂敷厚度控制在3～6 μm时，此时C6厚涂层综合性能最佳，能满足大型发电机需求；上述结果为大批量的工业生产提供参考依据。

表7 C6厚涂层厚度对其兼容性的影响

4 结论

1）薄涂层与C6厚涂层的兼容性与C6水性漆种类有关，进口C6漆优于国产C6漆。

2）兼容性与薄涂层种类有关，环保涂层比含铬涂层兼容性好。

3）兼容性与薄涂层厚度有关，当薄涂层厚度达到0.3 μm以上时，兼容性影响程度主要取决于薄涂层和C6水性漆的兼容性，与基板清洁程度无关，薄涂层厚度越大，兼容性越好。

4）兼容性与基板清洁度有关系，为保证硅钢薄涂层与水性漆的兼容性质量，硅钢基板清洁度必须达到3级水平。

5）兼容性与C6厚涂层的厚度有关，厚涂层越大，兼容性越差。