绝缘覆膜形成用处理液的制造方法和带有绝缘覆膜的钢板的制造方法以及绝缘覆膜形成用处理液的制造装置

文档序号:816852 发布日期:2021-03-26 浏览:12次 >En<

阅读说明:本技术 绝缘覆膜形成用处理液的制造方法和带有绝缘覆膜的钢板的制造方法以及绝缘覆膜形成用处理液的制造装置 (Method for producing treatment liquid for forming insulating coating, method for producing steel sheet with insulating coating, and apparatus for producing treatment liquid for forming insulating coat) 是由 寺岛敬 国府花梨 渡边诚 高宫俊人 于 2019-06-27 设计创作,主要内容包括:本发明的目的在于提供能够稳定地应用提高耐吸湿性、赋予张力的技术的绝缘覆膜形成用处理液的制造方法以及使用绝缘覆膜形成用处理液的带有绝缘覆膜的电磁钢板的制造方法,该绝缘覆膜形成用处理液是含有磷酸根离子和金属化合物的形成磷酸盐覆膜的处理液。其特征在于,将液体A与液体B混合,所述液体A含有以PO-4~(3-)换算计为0.20mol/L以上且10mol/L以下的磷酸和/或磷酸盐、并且含有以金属换算计小于0.50mol/L的粒状的金属化合物,所述液体B含有以金属换算计为0.50mol/L以上且20.0mol/L以下的粒状的金属化合物、并且含有以PO-4~(3-)换算计小于0.20mol/L的磷酸和/或磷酸盐,在液体A与液体B的混合开始后60秒以内利用涡轮定子型高速搅拌机以涡轮外周部的圆周速度为10m/s以上的方式进行搅拌。(The purpose of the present invention is to provide a treatment for forming an insulating coating film, which can stably apply a technique for improving moisture absorption resistance and imparting tensionA method for producing a liquid and a method for producing an electromagnetic steel sheet with an insulating coating using a treatment liquid for forming an insulating coating, the treatment liquid for forming an insulating coating being a treatment liquid for forming a phosphate coating containing a phosphate ion and a metal compound. Characterized in that a liquid A and a liquid B are mixed, the liquid A contains PO 4 3‑ 0.20mol/L to 10mol/L phosphoric acid and/or phosphate in terms of metal, and less than 0.50mol/L granular metal compound, and the liquid B contains 0.50mol/L to 20.0mol/L granular metal compound in terms of metal, and PO 4 3‑ Phosphoric acid and/or phosphate in an amount of less than 0.20mol/L is stirred by a turbine stator type high-speed stirrer within 60 seconds after the start of mixing of the liquid A and the liquid B so that the peripheral speed of the outer periphery of the turbine is 10m/s or more.)

绝缘覆膜形成用处理液的制造方法和带有绝缘覆膜的钢板的 制造方法以及绝缘覆膜形成用处理液的制造装置

技术领域

本发明涉及含有磷酸根离子和金属化合物的绝缘覆膜处理液的制造方法和带有绝缘覆膜的钢板的制造方法以及绝缘覆膜形成用处理液的制造装置。

背景技术

一般而言,作为具有耐热性的绝缘覆膜,已知有以Al、Mg、Ca这样的多价金属的磷酸盐为基础的磷酸盐覆膜。在取向性电磁钢板中,为了赋予绝缘性、加工性和防锈性等,一般施加最终完工退火时形成的以镁橄榄石为主体的底层覆膜和形成在其上的磷酸盐类的表层覆膜。

这些覆膜在高温下形成,而且具有低的热膨胀率,因此,由于降低至室温时的钢板与覆膜的热膨胀率的差异而对钢板赋予张力,具有使铁损降低的效果。因此,期望对钢板赋予尽可能高的张力。

为了满足这样的要求,以往以来提出了各种覆膜。例如,在专利文献1中提出了以磷酸镁、胶态二氧化硅为主体的覆膜。另外,在专利文献2中提出了以磷酸铝、胶态二氧化硅以及铬酸酐和铬酸盐中的一种或两种以上为主体的覆膜。在任一篇文献中,为了避免磷酸盐覆膜所特有的耐吸湿性的劣化,为了降低热膨胀系数,使用铬酸酐、铬酸盐、重铬酸盐等铬酸类。

另一方面,近年来对环境保护的关注提高,对不含铬、铅等有害物质的产品的需求提高,对于取向性电磁钢板而言也期望开发出无铬覆膜。但是,无铬覆膜的情况下,会产生显著的耐吸湿性降低、张力赋予不足的问题,因此无法使覆膜无铬。

作为解决耐吸湿性降低、张力赋予不足的问题的方法,在专利文献3中公开了一种在磷酸盐、胶态二氧化硅中添加氧化物胶态物质的方法。在专利文献4中公开了一种在磷酸盐、胶态二氧化硅中包含含有Fe、Al、Ga、Ti、Zr等金属元素的胶态化合物的技术。在专利文献5中公开了一种在磷酸盐、二氧化硅中含有Al2O3、TiO2、ZrO2这样的粒子的技术。在专利文献6中公开了一种在磷酸盐、胶态二氧化硅中含有磷酸锆类化合物的微粒的技术。在专利文献7中公开了一种含有金属磷酸盐、胶态二氧化硅纳米粒子、中空纳米粒子、陶瓷纳米纤维、介孔纳米粒子的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开昭50-79442号公报

专利文献2:日本特开昭48-39338号公报

专利文献3:日本特开2000-169972号公报

专利文献4:日本特开2007-23329号公报

专利文献5:日本特表2017-511840号公报

专利文献6:日本特开2017-137540号公报

专利文献7:日本特表2018-504516号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是,在专利文献3~7记载的技术中,耐吸湿性、赋予张力的波动大,不能稳定地得到良好的特性。

本发明是鉴于上述实际情况开发的,其目的在于提供能够稳定地应用提高耐吸湿性、赋予张力的技术的绝缘覆膜形成用处理液的制造方法、使用该绝缘覆膜形成用处理液的带有绝缘覆膜的钢板的制造方法以及绝缘覆膜形成用处理液的制造装置,该绝缘覆膜形成用处理液是含有磷酸和/或磷酸盐以及粒状的金属化合物的绝缘覆膜形成用处理液。

用于解决问题的方法

为了解决上述问题,本发明人对于将粒状的金属化合物(ZrO2:平均粒径100nm)添加到以磷酸和/或磷酸盐为基础的绝缘覆膜形成用处理液中形成覆膜而得到良好特性(覆膜张力为8.0MPa以上、磷溶出量为150μg/150cm2以下)的情况和没有得到良好特性的情况下的钢板样品进行了比较,由此得出如下见解。

分别地,在图1中示出利用SEM观察得到了良好特性的钢板样品的表面的结果,在图2中示出利用SEM观察没有得到良好结果的钢板样品的表面的结果。在没有得到良好结果的钢板样品的表面,发现了多个凸部和与其相伴的裂纹。因此,本发明人对凸部形成的原因进行查明,结果在凸部发现了ZrO2的大聚集体。进而对聚集体的形成原因进行了考察,发现其原因在于,在将作为绝缘覆膜形成用处理液的原料的磷酸铝水溶液、磷酸镁水溶液这样的含有磷酸根离子的水溶液与分散有ZrO2粒子的液体混合时,由于pH的变动等,ZrO2粒子发生聚集。

为了避免这样的聚集,根据调配的处理液中的成分的性质,考虑了针对粒状的金属化合物的粒子表面的涂布处理等。但是,需要过多的尝试,即使能够开发也会导致制造成本的升高。因此,作为廉价的方法,考虑制造能够使涂布烧结后的钢板表面的聚集物密度稳定地降低至不使绝缘覆膜性能降低的程度的绝缘覆膜处理液的方法,从而完成了本发明。需要说明的是,不使绝缘覆膜性能降低的程度的涂布烧结后的钢板表面的聚集物密度为1.0个/10000μm2以下。

即,本发明的主旨构成如下所述。

[1]一种绝缘覆膜形成用处理液的制造方法,所述绝缘覆膜形成用处理液含有磷酸和/或磷酸盐以及粒状的金属化合物,所述制造方法中,

将液体A与液体B混合,所述液体A含有以PO4 3-换算计为0.20mol/L以上且10mol/L以下的磷酸和/或磷酸盐、并且含有以金属换算计小于0.50mol/L的粒状的金属化合物,所述液体B含有以金属换算计为0.50mol/L以上且20.0mol/L以下的粒状的金属化合物、并且含有以PO4 3-换算计小于0.20mol/L的磷酸和/或磷酸盐,

在上述液体A与上述液体B的混合开始后60秒以内利用涡轮定子型高速搅拌机以涡轮外周部的圆周速度为10m/s以上的方式进行搅拌。

[2]如[1]所述的绝缘覆膜形成用处理液的制造方法,其中,利用上述高速搅拌机搅拌后,进一步利用高压分散机以20MPa以上的压力进行分散处理。

[3]如[1]或[2]所述的绝缘覆膜形成用处理液的制造方法,其中,上述绝缘覆膜形成用处理液还含有胶态二氧化硅。

[4]如[1]~[3]中任一项所述的绝缘覆膜形成用处理液的制造方法,其中,上述粒状的金属化合物含有选自Mg、Al、Ti、Zn、Y、Zr、Hf中的一种或两种以上的元素。

[5]如[1]~[4]中任一项所述的绝缘覆膜形成用处理液的制造方法,其中,上述粒状的金属化合物含有至少一种以上的氧化物。

[6]如[1]~[4]中任一项所述的绝缘覆膜形成用处理液的制造方法,其中,上述粒状的金属化合物含有至少一种以上的氮化物。

[7]如[1]~[6]中任一项所述的绝缘覆膜形成用处理液的制造方法,其中,上述粒状的金属化合物的粒径为3.0nm以上且2.0μm以下。

[8]一种带有绝缘覆膜的钢板的制造方法,其中,在钢板表面涂布通过[1]~[7]中任一项所述的制造方法得到的绝缘覆膜形成用处理液,然后进行烧结处理。

[9]如[8]所述的带有绝缘覆膜的钢板的制造方法,其中,上述钢板为取向性电磁钢板。

[10]一种绝缘覆膜形成用处理液的制造装置,其具备使液体A与液体B混合的混合槽和涡轮定子型高速搅拌机,所述液体A含有以PO4 3-换算计为0.20mol/L以上且10mol/L以下的磷酸和/或磷酸盐、并且含有以金属换算计小于0.50mol/L的粒状的金属化合物,所述液体B含有以金属换算计为0.50mol/L以上且20.0mol/L以下的粒状的金属化合物、并且含有以PO4 3-换算计小于0.20mol/L的磷酸和/或磷酸盐,

在上述液体A与上述液体B的混合开始后60秒以内利用涡轮定子型高速搅拌机以涡轮外周部的圆周速度为10m/s以上的方式进行搅拌。

[11]如[10]所述的绝缘覆膜形成用处理液的制造装置,其中,还具备使利用上述高速搅拌机搅拌后的液体循环至上述混合槽的循环路径。

[12]如[10]或[11]所述的绝缘覆膜形成用处理液的制造装置,其中,还具备对利用上述高速搅拌机搅拌后的液体的粒度分布进行测定的粒度分布测定装置。

发明效果

根据本发明,能够制造在涂布烧结后的表面不产生使覆膜性能降低的聚集物的绝缘覆膜形成用处理液,能够以低成本稳定地得到耐吸湿性、赋予张力大的绝缘覆膜。

附图说明

图1是利用SEM观察得到了良好特性的钢板样品的表面的结果。

图2是利用SEM观察没有得到良好特性的钢板样品的表面的结果。

图3是示出本发明的绝缘覆膜形成用处理液的制造装置的示意图。

具体实施方式

以下,对成为本发明的基础的实验结果进行说明。

作为对绝缘覆膜形成用处理液进行涂布烧结的原材料,使用通过公知的方法制造的板厚为0.23mm的完成完工退火后的具有镁橄榄石覆膜的取向性电磁钢板。绝缘覆膜形成用处理液通过以下所示的方法来制造。首先,作为液体A,在250ml纯水中配合以固体成分换算计为30g的磷酸二氢镁水溶液和以固体成分换算计为20g的胶态二氧化硅。此时,液体A中的磷酸根离子为1.10mol/L,没有添加粒状的金属化合物。另外,作为液体B,准备粒状的金属化合物以固体成分(ZrO2)换算计为15质量%的ZrO2溶胶150ml。此时,液体B中的粒状的金属化合物以金属(Zr)换算计为1.36mol/L,没有添加磷酸根离子。然后,将液体A和液体B通过表1中记载的两种搅拌方法混合,从而制造出绝缘覆膜形成用处理液。

需要说明的是,作为螺旋桨式搅拌机,以3000rpm使用在AS ONE制造的Tornado型搅拌机上安装有Φ100mm的螺旋桨型搅拌叶片的搅拌机。另外,作为涡轮定子型搅拌机,以5000rpm使用SILVERSON制造的实验室混合器L5MA。另外,这些搅拌机的旋转物的尺寸不同,以旋转物前端圆周速度为15.7m/s的方式在各搅拌机中设定转速。

将所制作的处理液以两面合计的干燥后单位面积重量为10g/m2的方式进行涂布。接着,利用干燥炉在300℃干燥1分钟,然后实施兼作平坦化退火和绝缘覆膜的烧结的热处理(800℃、2分钟、N2 100%)。然后,剪切裁取后述的试验用试验片。另外,对于赋予张力试验用的试验片,其后进一步进行去应力退火(800℃、2小时、N2 100%气氛)。

考察由此得到的试样的赋予张力和耐吸湿性。赋予张力设定为轧制方向的张力。以不除去轧制方向长度280mm×轧制直角方向长度30mm的试验片的一个面的绝缘覆膜的方式利用粘合胶带遮蔽后使用氢氧化钠水溶液将绝缘覆膜中的单面剥离除去,接着将试验片的一端30mm固定,将试验片250mm的部分作为测定长度,测定翘曲量,使用下式(I)算出赋予张力。

对钢板的赋予张力[MPa]=钢板杨氏模量[GPa]×板厚[mm]×翘曲量[mm]÷(测定长度[mm])2×103…式(I)

其中,钢板杨氏模量设为132GPa。将赋予张力为8.0MPa以上评价为良好(覆膜张力优良)。

耐吸湿性通过磷的溶出试验进行评价。该试验中,将三张50mm×50mm的试验片在100℃的蒸馏水中煮沸5分钟,测定磷的溶出量[μg/150cm2]来评价绝缘覆膜在水中的溶解难易度。将P(磷)的溶出量为150[μg/150cm2]以下设为良好(耐吸湿性优良)。P的溶出量的测定方法没有特别限定,例如可以通过基于ICP发射光谱分析的定量分析来测定P溶出量。

表1中示出赋予张力和磷的溶出量的测定结果。

[表1]

根据表1的结果可知,通过使用涡轮定子型搅拌机来制作绝缘覆膜形成用处理液,可以得到赋予张力和耐吸湿性良好的绝缘覆膜。

接着,对本发明的各构成要件的限定理由进行说明。

首先,对本发明的绝缘覆膜形成用处理液的制造方法进行说明。在绝缘覆膜形成用处理液中需要含有磷酸根离子(磷酸和/或磷酸盐)以及粒状的金属化合物。磷酸根离子(磷酸和/或磷酸盐)是用于在干燥烧结的过程中通过脱水缩合反应进行聚合物化而形成绝缘覆膜的骨架的必须成分。聚合物化的磷酸容易与大气中的水分等反应而被水解,耐吸湿性差,但通过含有粒状的金属化合物能够抑制水解反应。因此,在本发明中,粒状的金属化合物为必须成分。

磷酸根离子容易物理性地、化学性地吸附在粒状的金属化合物表面,如果不小心将两者混合,则粒状的金属化合物会发生聚集,因此需要在混合前的液体(原料液)中预先限制含量。

需要说明的是,磷酸根离子在水溶液中可采取多种形态,因此,不仅包括PO4 3-,还包括HPO4 2-、H2PO4 -等磷酸氢根离子等。

因此,在本发明中,将液体A和液体B作为混合前的液体(原料液),所述液体A含有以PO4 3-换算计为0.20mol/L以上且10mol/L以下的磷酸和/或磷酸盐、并且含有以金属换算计小于0.50mol/L的粒状的金属化合物,所述液体B含有以金属换算计为0.50mol/L以上且20.0mol/L以下的粒状的金属化合物、并且含有以PO4 3-换算计小于0.20mol/L的磷酸和/或磷酸盐。

在液体A中,磷酸和/或磷酸盐以PO4 3-换算计小于0.20mol/L时,后述的搅拌混合/分散处理后的液体中的磷酸根离子量少,不能形成足够厚度的覆膜,因此绝缘性劣化。另一方面,磷酸和/或磷酸盐以PO4 3-换算计超过10.0mol/L时,磷酸根离子过量地存在,因此即使通过本申请的搅拌处理也难以使粒状的金属化合物分散。因此,在液体A中,使磷酸和/或磷酸盐以PO4 3-换算计为0.20mol/L以上且10.0mol/L以下。另外,在液体A中,需要使粒状的金属化合物以金属换算计小于0.50mol/L。含有以金属换算计为0.50mol/L以上的粒状的金属化合物时,生成聚集物。优选为小于0.30mol/L。

同样,在液体B中,需要使磷酸和/或磷酸盐以PO4 3-换算计小于0.20mol/L。在液体B中,粒状的金属化合物小于0.50mol/L时,用于混合相对于磷酸根离子足够量的粒状的金属化合物的液量增多而混合后的液体中的磷酸根离子的浓度变得过低,不能形成足够厚度的覆膜,绝缘性劣化。另一方面,粒状的金属化合物超过20.0mol/L时,处理液中的粒状的金属化合物彼此的距离变得过近而容易发生聚集。因此,在液体B中,粒状的金属化合物设定为20.0mol/L以下,优选设定为18.0mol/L以下。

为了避免聚集的可能,在不控制搅拌的状态下,将磷酸和/或磷酸盐与粒状的金属化合物分别制成各自的液体是理想的。需要说明的是,磷酸和/或磷酸盐以PO4 3-换算计小于0.20mol/L或者粒状的金属化合物以金属换算计小于0.50mol/L的情况下,可以不发生聚集地混入同一液体中而与混合、搅拌方法无关。优选粒状的金属化合物以金属换算计小于0.30mol/L。

通过分别准备液体A和液体B并通过下述方法混合,能够防止由磷酸根离子引起的粒状的金属化合物的聚集,能够实现在涂布烧结后的表面不产生使覆膜性能降低的聚集物的程度的分散。另外,在液体A、液体B中,也可以分别预先配合不担心聚集的物质。例如,胶态二氧化硅等既可以预先混合在液体A中,也可以预先混合在液体B中,对这种情况下的搅拌方法没有特别限定,利用螺旋桨式搅拌机、在实验室规模下利用磁力搅拌器或搅拌棒这样的通用混合方式足以。

在将上述液体A和液体B混合时,需要在混合开始后60秒以内利用涡轮定子型(或者也称为转子定子型)高速搅拌机进行搅拌。如果是从混合开始超过60秒不搅拌的状态,则粒状的金属化合物的聚集体变得牢固,即使用涡轮定子型高速搅拌机进行搅拌,聚集的粒状的金属化合物也难以分散。更优选为45秒以内。需要说明的是,在混合开始后60秒以内利用涡轮定子型高速搅拌机搅拌液体A和液体B即可。因此,如图3所示,准备液体A的槽(A液槽)和液体B的槽(B液槽),将来自A液槽和B液槽的单独的物质或中途混合的物质输送至高速搅拌机的结构即可。另外,将液体A和液体B混合后的混合液槽例如可以经由配管等而与涡轮定子型高速搅拌机连接。另外,在设置配管等连接部的情况下,可以适当设计流速、流路使得从液体A和液体B混合开始后的60秒以内利用高速搅拌机进行搅拌。

另外,也可以进一步具备将利用高速搅拌机搅拌后的液体从混合槽再次投入高速搅拌机中使其循环的循环路径。通过使搅拌后的液体循环,即使是难以分散的原料,也能够得到充分的分散状态。

在用涡轮定子型高速搅拌机搅拌液体A和液体B而制造绝缘覆膜处理液后,直到进行涂布的期间,静置、利用通常的方法进行搅拌、利用涡轮定子型高速搅拌机搅拌等,没有特别限定,作为用于混合而使粒状的金属化合物分散的装置,珠磨机这样的介质分散机有可能混入杂质,不适合。在无介质分散机中,如果是涡轮定子型高速搅拌机,则通过仅回收通过了定子的液体,能够可靠地分离处理部分(通过了定子的液体)和未处理部分(未通过定子的液体),因此适合于本发明。搅拌叶片前端部分的圆周速度越快越优选。在本发明中,涡轮外周部的圆周速度设定为10m/s以上。优选涡轮外周部的圆周速度为40m/s以上。

作为涡轮定子型高速搅拌机的例子,有SILVERSON制造的High shear mixer(高剪切混合器)、大平洋机工株式会社制造的Cavitron(高性能乳化分散机)、株式会社POWREX制造的Quadro Ytron Z(乳化分散装置)等。

需要说明的是,液体A和液体B的混合开始是指从液体A与液体B开始接触开始。

进而,在想要提高粒状的金属化合物的分散度的情况下,优选在利用涡轮定子型高速搅拌机进行处理后利用高压分散机进行处理。高压分散机是指对被处理液施加高压力之后在压力释放时对液体施加剪切力等而使固体分散的装置,例如为被称为湿式喷射磨机的装置,在市售装置中,有SUGINO MACHINE株式会社制造的Star Burst(湿式微粒化装置)、吉田机械兴业株式会社制造的NanoVater(纳米分散设备)、株式会社常光制造的Nano JetPul(湿式喷射磨机)等。处理时的压力越高越好,优选为20MPa以上,进一步优选为50MPa以上。

另外,在本发明中,可以进一步具备对利用高速搅拌机搅拌后的液体的粒度分布进行测定的粒度分布测定装置。作为粒度分布测定装置,没有特别限定,在在线测定粒度分布的情况下,例如可以列举使用超声波的粒度分布测定装置。需要说明的是,在具备高压分散机的情况下,可以设置粒度分布测定装置以测定利用高速分散机处理后的液体的粒度分布。为了使粒度分布的测定值为设定范围,更优选对高速搅拌机、高压分散机的操作条件进行反馈(参照图3)。

在本发明中,为了提高赋予张力,在绝缘覆膜形成用处理液中还可以含有胶态二氧化硅。胶态二氧化硅可以包含在液体A和/或液体B中,也可以在液体A和液体B混合时包含。或者,也可以在液体A和液体B混合后(分散处理前后均可)包含。另外,胶态二氧化硅也可以多次包含。作为胶态二氧化硅的含量,相对于以PO4 3-换算计为100质量份的磷酸和/或磷酸盐,优选以SiO2固体成分换算计含有60~200质量份。

作为液体A、液体B中使用的磷酸根离子源,优选使用正磷酸(H3PO4)水溶液、或者选自Mg、Ca、Ba、Sr、Zn、Al和Mn的磷酸盐中的一种或两种以上。碱金属(Li、Na、K等)的磷酸盐的耐吸湿性明显差,因此不适合。一般使用一种磷酸盐,但通过混合使用两种以上磷酸盐,能够严格地控制绝缘覆膜(涂层)的物性值。作为磷酸盐的种类,磷酸二氢盐(biphosphate)容易获得,因此优选。

作为粒状的金属化合物,从磷酸根离子的补充能力的观点出发,优选价数大或离子半径小的金属元素的粒状的金属化合物,具体而言,优选含有选自Mg、Al、Ti、Zn、Y、Zr、Hf中的一种或两种以上的元素。此外,粒状的金属化合物的形态优选为氧化物或氮化物,更优选其中难以与水发生反应的金属化合物。需要说明的是,定义为金属,硼(B)、硅(Si)、锗(Ge)、砷(As)、锑(Sb)、碲(Te)是半金属,不包括在金属中。

关于粒状的金属化合物的粒径,从磷酸根离子的补充能力的观点出发,粒径越小则比表面积越大,因此优选。另一方面,从表面能的观点出发,粒径越大,则粒状的金属化合物在绝缘覆膜形成用处理液中的分散性越提高。因此,在本发明中,粒状的金属化合物的粒径优选设定为3.0nm以上且2.0μm以下。在此,粒径不是金属化合物在处理液中聚集时的粒径,而是利用SEM或TEM对一个一个粒子的粒径进行观察、拍摄并将其面积变为等效圆时的平均粒径。需要说明的是,一次粒子烧结而变为一体的粒子视为一个粒子。

将如上所述得到的绝缘覆膜形成用处理液涂布在钢板的表面,进行烧结而形成绝缘覆膜。绝缘覆膜的烧结后单位面积重量优选两面合计设定为4.0~30g/m2。小于4.0g/m2时,层间电阻降低,另外,超过30g/m2时,叠压系数降低。进一步优选设定为4.0~15g/m2

绝缘覆膜的烧结兼用作平坦化退火,优选设定为在800~1000℃的温度范围10~300秒的均热时间。烧结温度过低或者均热时间过短时,平坦化不充分而形状不良,因此成品率降低。另一方面,烧结温度过高或者均热时间过长时,平坦化退火的效果过强而发生蠕变变形,磁特性劣化。

涂布本发明的绝缘覆膜形成用处理液的钢板、即在本发明中作为对象的钢板可以是碳钢、高张力钢板、不锈钢板等任一种钢板,特别优选取向性电磁钢板。

另外,对于在本发明中涂布绝缘覆膜形成用处理液的钢板的优选成分组成,以取向性电磁钢板的制造方法为例进行说明。

作为钢板的成分,优选下述范围。

C:0.001~0.10质量%

C是对产生高斯取向晶粒有用的成分,为了有效地发挥该作用,需要含有0.001质量%以上。C含量超过0.10质量%时,即使通过脱碳退火也会引起脱碳不良,因此C优选为0.001~0.10质量%的范围。

Si:1.0~5.0质量%

Si是用于提高电阻而使铁损降低、并且使铁的BCC组织稳定而能够进行高温的热处理的必要成分,至少需要1.0质量%。Si含量超过5.0质量%时,难以冷轧,因此Si优选为1.0~5.0质量%。

Mn:0.01~1.0质量%

Mn不仅有效地有助于改善钢的热脆性,而且在S、Se混合存在的情况下,形成MnS、MnSe等析出物,发挥作为抑制剂的功能。Mn的含量少于0.01质量%时,上述效果不充分,另一方面,超过1.0质量%时,MnSe等析出物的粒径粗大化而失去作为抑制剂的效果,因此Mn优选为0.01~1.0质量%的范围。

sol.Al:0.003~0.050质量%

Al是在钢中形成AlN而作为分散第二相发挥抑制剂的作用的有用成分,但添加量小于0.003质量%时不能充分地确保析出量。另一方面,添加超过0.050质量%时,AlN粗大地析出而失去作为抑制剂的作用,因此,作为sol.Al,优选为0.003~0.050质量%的范围。

N:0.001~0.020质量%

N与Al同样是用于形成AlN的必要成分。添加量低于0.001质量%时,AlN的析出不充分。另一方面,添加超过0.020质量%时,在钢坯加热时产生膨胀等,因此N优选为0.001~0.020质量%的范围。

选自S和Se中的一种或两种:0.001~0.05质量%

S或Se是与Mn、Cu结合而形成MnSe、MnS、Cu2-xSe、Cu2-xS并作为钢中的分散第二相发挥抑制剂的作用的有用成分。这些S、Se的总含量小于0.001质量%时,其添加效果差。另一方面,超过0.05质量%时,不仅钢坯加热时的固溶不完全,而且也会成为产品表面的缺陷的原因,因此,在单独添加或复合添加任一种情况下都优选为0.001~0.05质量%的范围。

选自Cu:0.01~0.2质量%、Ni:0.01~0.5质量%、Cr:0.01~0.5质量%、Sb:0.01~0.1质量%、Sn:0.01~0.5质量%、Mo:0.01~0.5质量%、Bi:0.001~0.1质量%中的一种或两种以上

通过添加具有作为辅助性抑制剂的作用的元素,能够进一步提高磁性。作为这样的元素,可以列举容易在结晶粒径、表面发生偏析的上述元素。在任一种都小于上述添加量的情况下,无法得到其效果。另外,超过上述添加量时,容易发生覆膜外观的不良、二次再结晶不良,因此优选为上述范围。

除了上述成分以外,在钢中进一步添加选自B:0.001~0.01质量%、Ge:0.001~0.1质量%、As:0.005~0.1质量%、P:0.005~0.1质量%、Te:0.005~0.1质量%、Nb:0.005~0.1质量%、Ti:0.005~0.1质量%、V:0.005~0.1质量%中的一种或两种以上,由此,抑制力被进一步强化,可以稳定地得到更高的磁通密度。

余量为Fe和不可避免的杂质。

通过以往公知的精炼工艺对具有上述优选的成分组成的钢进行熔炼,利用连铸法或铸锭-开坯轧制法制成钢原材(钢坯)。然后,对钢坯进行热轧而制成热轧板,根据需要实施热轧板退火后,实施一次冷轧或夹有中间退火的两次以上的冷轧从而制成最终板厚的冷轧板。接着,实施一次再结晶退火和脱碳退火,然后涂布以MgO为主要成分的退火分离剂并实施最终完工退火,从而形成以镁橄榄石为主体的覆膜层。然后,涂布通过本发明的制造方法得到的绝缘覆膜形成用处理液,通过包括经过兼作烧结的平坦化退火的一系列工序的制造方法能够进行制造。对于绝缘覆膜形成用处理液的制造条件、上述绝缘覆膜形成用处理液的烧结条件以外的制造条件,可以采用以往公知的条件,没有特别限制。另外,也可以通过在脱碳退火后涂布以Al2O3等为主体的分离剂,在最终完工退火后不形成镁橄榄石,之后通过CVD、PVD、溶胶凝胶法、钢板氧化等方法形成以结晶质为主体的覆膜,然后,涂布通过本发明的制造方法得到的绝缘覆膜形成用处理液,从而形成绝缘覆膜。

实施例1

<绝缘覆膜形成用处理液的研究>

作为绝缘覆膜形成用处理液的原料,将表2所示的磷酸二氢镁(Mg(H2PO4)2)和85%磷酸(H3PO4)水溶液作为磷酸根离子源,将氧化锆溶胶(多木化学制造的BIRAL Zr-C20)作为粒状的金属化合物源(金属元素:Zr),准备表2中记载的液体A。另外,同样地,使用氧化锆溶胶和85%磷酸水溶液,准备表2中记载的液体B。需要说明的是,液量使用纯水进行调节。

将该液体A和液体B各200ml混合,从混合开始20秒后利用涡轮定子型分散机(SILVERSON制造的L5MA)进行1分钟搅拌处理,从而准备了400ml绝缘覆膜形成用处理液。

接着,准备板厚为0.23mm的完成完工退火后的取向性电磁钢板。将该取向性电磁钢板进行磷酸酸洗后,涂布表2中记载的各绝缘覆膜形成用处理液使得两面合计的干燥后单位面积重量为30g/m2,然后,在850℃、30秒、N2 100%气氛的条件下进行烧结处理。然后,剪切裁取后述的试验用试验片。为了用于赋予张力试验,之后在800℃、2小时、N2 100%气氛的条件下实施去应力退火。

对如此得到的取向性电磁钢板的绝缘覆膜特性进行考察。需要说明的是,绝缘覆膜特性的评价如下所述进行。

(1)赋予张力

对钢板的赋予张力设定为轧制方向的张力,根据利用碱、酸等将单面的覆膜剥离后的钢板的翘曲量,使用下述式(1)算出。

对钢板的赋予张力[MPa]=钢板杨氏模量[GPa]×板厚[mm]×翘曲量[mm]÷(翘曲测定长度[mm])2×103…式(1)

其中,钢板杨氏模量设为132GPa。

关于赋予张力,将8.0MPa判断为良好。

(2)耐吸湿性

耐吸湿性通过磷的溶出试验进行评价。该试验中,将三张50mm×50mm的试验片在100℃的蒸馏水中煮沸5分钟,测定磷的溶出量[μg/150cm2]而对张力覆膜在水中的溶解难易度进行评价。将溶出量为150[μg/150cm2]以下设为良好(耐吸湿性优良)。关于P的溶出量的测定方法,通过基于ICP发射光谱分析的定量分析来测定P溶出量。

(3)覆膜外观

通过目视以去应力退火后的绝缘覆膜的外观均匀性和光泽进行判定。需要说明的是,将以目视没有光泽的试样判断为有麻点。

(4)叠压系数

叠压系数通过JIS C 2550中规定的方法进行测定。叠压系数的值根据板厚而不同,对于本实施例的0.23mm厚的钢板而言,将96.0%以上判断为良好。

(5)层间绝缘性

关于层间绝缘性,在JIS C 2550中记载的层间电阻试验的测定方法中依据A法进行测定,将流经触点的总电流值作为层间电阻电流,将该值为0.20A以下判断为良好。

将结果示于表2中。

如表2所示,可知本发明均得到了良好的绝缘覆膜特性。

实施例2

<搅拌方法的研究>

作为绝缘覆膜形成用处理液的原料,准备了以表3所示的各磷酸盐和85%磷酸(H3PO4)水溶液作为磷酸根离子源且含有胶态二氧化硅(日产化学制造的ST-C)的液体A。另外,同样,将二氧化钛溶胶(昭和电工制造的NTB-100)和氧化镁(宇部材料制造的气相法MgO(500A))作为粒状的金属化合物源,准备了表3中记载的液体B。需要说明的是,关于液量,使用纯水调节为合计1000L。需要说明的是,液体A的粒状的金属化合物和液体B的磷酸根离子的浓度均为0mol/L。

将该液体A和液体B各200L混合,在表3中记载的搅拌条件下进行搅拌处理,准备400L处理液。搅拌时间均设定为2分钟。

接着,准备板厚为0.20mm的完成完工退火后的取向性电磁钢板。将该取向性电磁钢板磷酸酸洗后,涂布表3中记载的各绝缘覆膜处理液以使干燥后的绝缘覆膜单位面积重量在两面为15g/m2,然后在900℃、30秒、N2 100%气氛的条件下进行烧结处理。然后,剪切裁取后述的试验用试验片。为了用于赋予张力试验,之后在800℃、2小时、N2100%气氛的条件下实施去应力退火。

对如此得到的取向性电磁钢板的绝缘覆膜特性进行考察。需要说明的是,关于绝缘覆膜特性,对赋予张力、耐吸湿性、外观和叠压系数进行评价,其评价方法通过与实施例1同样的方法进行。另外,叠压系数的值因板厚而不同,因此,在板厚为0.20mm的本实施例中,将95.0%以上判断为良好。

将结果示于表3中。

如表3所示,可知本发明均得到了良好的绝缘覆膜特性。

实施例3

<高压分散处理等>

作为绝缘覆膜形成用处理液的原料,准备了以表3中记载的各磷酸盐和85%磷酸(H3PO4)水溶液作为磷酸根离子源并含有胶态二氧化硅(日产化学制造的ST-O)的液体A。另外,同样,将Al2O3(多木化学制造的BIRAL Al-C20)、ZnO(TAYCA制造的MZ-300)、Y2O3、HfO2、ZrCa(PO4)2、Zr2WO4(PO4)2(均是将市售的试剂粉碎后的物质且粒径为0.5μm)作为粒状的金属化合物源,准备了表4中记载的液体B。需要说明的是,关于液量,使用纯水调节为合计1000L。

将该液体A和液体B各200L混合,混合后放置10秒,使用SILVERSON制造的Highshear mixer进行约5分钟搅拌处理。然后,进一步对于一部分实施例利用表4中记载的高压分散机在搅拌处理后实施分散处理。

接着,准备板厚为0.27mm的完成完工退火后的取向性电磁钢板。将该取向性电磁钢板磷酸酸洗后,涂布表4中记载的各种绝缘覆膜处理液以使干燥后的绝缘覆膜单位面积重量在两面为8.0g/m2,然后在820℃、30秒、N2 100%气氛的条件下进行烧结处理。然后,剪切裁取后述的试验用试验片。为了用于赋予张力试验,之后在800℃、2小时、N2100%气氛的条件下实施去应力退火。

对由此得到的取向性电磁钢板的绝缘覆膜特性进行考察。需要说明的是,关于绝缘覆膜特性,对赋予张力、耐吸湿性、外观和叠压系数进行评价,其评价方法通过与实施例1同样的方法进行。需要说明的是,叠压系数的值根据板厚而不同,因此,在板厚为0.27mm的本实施例中,将97.0%以上判断为良好。

将结果示于表4中。

如表4所示,本发明均得到了良好的绝缘覆膜特性。此外可知,通过利用高压分散机进行处理,赋予张力、磷溶出量、叠压系数各特性显著提高。

需要说明的是,在实施例2、3中,通过应用本发明的绝缘覆膜形成用处理液的制造方法,本发明例均能够作为最终产品上市,带来了生产率的提高。

实施例4

针对表2中记载的No.11的绝缘覆膜形成用处理液,测定粒度分布。粒度分布使用了超声波式粒度分布测定装置(株式会社日本激光制造的OPUS)。其结果是粒径(D50、中值粒径)为0.087μm。进而将该处理液与实施例1同样地利用涡轮定子型分散机(SILVERSON制造的L5MA)实施1分钟补充搅拌处理。其结果能够确认到,平均粒径(D50、中值粒径)为0.0083μm,分散度提高。进一步,与实施例1同样地对绝缘覆膜特性进行评价,结果赋予张力为12.6MPa、磷的溶出量为11μg/150cm2,确认到与补充搅拌处理前相比示出更良好的特性。

由以上可知,根据本发明,关于含有磷酸根离子和粒状的金属化合物的绝缘覆膜形成用处理液的制造,为了有效地防止因磷酸根离子的溶出引起的耐吸湿性的降低、出于使绝缘覆膜对钢板赋予的拉伸张力增大的目的,对于在应用使用各种粒状的金属化合物的方法时成为问题的粒状的金属化合物在绝缘覆膜形成用处理液中的分散,与对金属化合物进行表面处理这样的高成本的方法相比,能够以低成本且稳定地分散,其结果是可以获得能够得到耐吸湿性、赋予张力大的绝缘覆膜的处理液。

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