专利名称：非取向型电磁钢板的制备方法及所用的绝缘膜形成剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于具有高间隙系数的非取向型电磁钢板的绝缘膜形成剂，它具有优良的绝缘膜粘结性能和冲切性能，并且在去应力退火后具有优良的滑动性能、绝缘膜粘结性和耐腐蚀性，还涉及用所述绝缘膜形成剂涂覆钢板基片制备非取向型电磁钢板的方法。
背景技术：
用于马达、变压器等的叠片铁心采用非取向型电磁钢板制造时，单元铁心通常用非取向型电磁钢板经剪切或冲切后层叠制备，叠层的单元铁心经栓接、铆接、焊接、粘接或类似的工序固定。由此得到的叠片铁心经线圈缠绕结合或类似的处理，最终装配成马达或变压器。
在非取向型电磁钢板上一般形成绝缘膜。由于钢板的许多性能如可焊性、冲切性和耐腐蚀性等很大程度上依赖于绝缘膜的性能，因此对于绝缘膜重要的是不但应具有绝缘性能而且应具有优异的膜性能。
迄今已知的非取向型电磁钢板绝缘膜有无机、有机和无机-有机混合型绝缘。然而，与涂覆有机绝缘膜或无机-有机混合型绝缘膜的钢板相比，涂覆无机绝缘膜的钢板冲切性能很差。与涂覆无机绝缘膜或无机-有机混和型绝缘膜的钢板相比，涂覆有机绝缘膜的钢板在去应力退火后膜粘结性和耐腐蚀性很差。因此，无机绝缘膜和有机混和型绝缘难以应用。
对无机-有机混合型绝缘膜，人们进行了深入的研究以解决无机和有机绝缘膜的问题。日本专利(公告)No.50-15013提出一种在非取向型电磁钢板上制备绝缘膜的方法，使最终钢板具有高间隙系数、优良的膜粘结性和冲切性等膜性能，该方法包括用含重铬酸盐的处理液和如乙烯基乙酸树脂、丁二烯-苯乙烯共聚物或丙烯酸树脂作为主要组分的有机树脂乳浊液制备绝缘膜。
然而，如使用重铬酸盐时所看到的，在传统非取向型电磁钢板的无机-有机混合型绝缘膜中铬化合物用作膜的成分。因此，在该非取向型电磁钢板生产工艺或这种非取向型电磁钢板的用户都面临着严重的环境问题，从而需要开发一种不含铬化合物的处理绝缘膜的工艺。
因此，日本专利特开平No.6-330338公开了以下的处理方法，该处理方法包括将具有特定组成的磷酸盐与含有特定粒径比例的有机树脂乳浊液混和，用所得到的处理液涂覆钢板并烘烤钢板。该方法使用一种不含铬化合物的处理液，采用该方法制得的钢板表现出的膜性能可与含铬化合物的传统绝缘相比，而且在去应力退火后可保持优异的滑动性能。
然而，日本专利特开平No.6-330338所公开的这种技术已发现存在下述问题。有机树脂乳浊液在处理液中或涂覆和烘烤工序中常发生凝聚。其结果是，绝缘膜中不含有机树脂的部分与含有机树脂的部分混在一起，使钢板的冲切性能降低。
当要在非取向型电磁钢板上形成绝缘膜时，通常在钢板上涂覆绝缘膜处理液并烘烤，之后连续退火。因此，可在长时间稳定地形成膜性能优异的绝缘膜而不发生有机树脂的凝聚，这在工业上是十分重要的。
此外，由于许多马达和变压器形状复杂，有些冲切条件如清洗，有时会部分地偏离最佳值。已经发现，使用日本专利特开平No.6-330338所公开的技术在这种情况下冲切性降低了。
作为对这些问题深入研究的结果，本发明人已经发现，作为制备绝缘膜以磷酸盐和有机树脂作为主要组分、即使在冲切条件不太好和复杂冲切形状时仍具有优异冲切性的非取向型电磁钢板的最好方法，是通过在传统的已加入膜组成的有机树脂和无机成分磷酸盐中弥散分布有机化合物，使得绝缘膜表面的有机碳含量增加，从而提高了冲切性。
发明内容
本发明正是基于上述发现。本发明的要点如下所述。
本发明的第一个目的在于提供一种具有膜性能优良的绝缘膜的非取向型电磁钢板，所述绝缘膜以金属磷酸盐和有机树脂作为主要组分，该绝缘膜用光电子能谱分析测试时其C(碳)的1S峰强度是P的2S峰强度的4～20倍。
本发明的第二个目的在于提供一种制备具有膜性能优良的绝缘膜的非取向型电磁钢板的方法，包括用绝缘膜形成剂涂覆非取向型电磁钢板基体，该绝缘膜形成剂是以金属磷酸盐和有机树脂作为主要组分、进一步还包括沸点或升华点至少为100℃的水溶性有机化合物的处理液，该水溶性有机化合物的添加量为100重量份的金属磷酸盐比5～50重量份的有机化合物，以及将涂覆完成的钢板在200至400℃烘烤。
本发明的第三个目的在于提供一种用于制备具有膜性能优良的绝缘膜的非取向型电磁钢板的绝缘膜形成剂，所述形成剂是以金属磷酸盐和有机树脂作为主要组分、进一步还包括沸点或升华点温度至少为100℃的水溶性有机化合物的处理液。
具体实施例方式
以下将对本发明加以详细说明。
众所周知，非取向型电磁钢板的冲切性受到绝缘膜组成的很大影响。具有有机绝缘膜的非取向型电磁钢板显示出良好的冲切性，具有铬酸盐和有机树脂混和的有机-无机混合型绝缘膜的非取向型电磁钢板也有着优良的冲切性。因此，猜测认为非取向型电磁钢板的冲切性是由于有机树脂的滑动作用而提高。然而，具有组成为磷酸盐和有机树脂混和物的绝缘膜的非取向型电磁钢板表现出的冲切性，没有提高到与具有组成为铬酸盐和有机树脂的绝缘膜的非取向型电磁钢板冲切性相同的程度。
另一方面，含有磷酸盐和有机树脂作为主要组分的绝缘膜表面的C含量可用光电子能谱分析测定。本发明发现，用该分析法测定，当碳的1S峰强度是磷2S峰强度的4至20倍时，非取向型电磁钢板的冲切性能得到提高。而且，本发明人发现，使用磷酸盐与有机树脂作为主要组分的处理液和水溶性有机化合物的混和物作为绝缘膜形成剂，可使碳1S峰强度与磷2S峰强度的比值增大，而且该非取向型电磁钢板的冲切性得到明显提高。
尽管尚不清楚该水溶性有机化合物起作用的细节，可推测认为该化合物提高了有机树脂分子在处理液中的稳定性，并在烘烤后保留在膜中增强了膜的滑动作用。
下面解释本发明中所用的无机化合物。本发明中所用的金属磷酸盐包括磷酸铝、磷酸钙、磷酸锌和磷酸镁。金属磷酸盐起着接合剂的作用。金属磷酸盐一般是金属氧化物和磷酸的反应产物。由此形成的膜的性能随金属氧化物与磷酸的分子比而变化。在本发明中当用Al作为金属时，所采用的Al2O3/H3PO4分子比为0.13到0.20。当分子比低于0.13时，游离磷酸增加，绝缘膜的吸水性不可避免地增加。另一方面，当分子比超过0.20时，磷酸铝本身的稳定性降低，溶液中磷酸铝不可避免会发生沉淀。类似地，当使用磷酸钙、磷酸锌或磷酸镁时，其金属氧化物/磷酸的分子比限定在0.40至0.60之间。
在本发明中，若需要则可使用选自硅胶、硼酸或硼酸盐的一种或两种物质。当加入这类物质时，膜性能提高，例如，膜致密化，表面光泽度增加，等等。
下面对本发明中所用的有机树脂进行说明。本发明中所用的有机树脂包括丙烯酸树脂、聚苯乙烯、乙烯基乙酸树脂、环氧树脂、聚氨酯、尼龙、酚醛树脂、三聚氰胺(melamine)、硅树脂、聚丙烯、聚乙烯。这些树脂的一种或至少两种可用于本发明。对有机树脂乳浊液的颗粒尺寸没有特殊的限制。但当考虑到处理液的稳定性时颗粒粒径最好达到1.0μm。
有机树脂与磷酸盐的优选混和比例是5到300重量份的有机树脂成份比100重量份的磷酸盐。当有机树脂成份低于5重量份时，膜呈白色，失去光泽。当有机树脂成份高于300重量份时，膜在去应力退火后可能剥落。
本发明中所用的水溶性有机化合物是一种水溶性的有机物如乙醇、酯类、酮类、醚类、羧酸或糖，且其在无机物如磷酸盐的溶液中可溶。当非取向型电磁钢板用包含磷酸盐和有机树脂的处理液与水溶性有机化合物混合得到的混和物涂覆及干燥时，水溶性有机化合物就包含在无机组分如磷酸盐中。而且，在本发明中水溶性有机化合物是在自然中称为水中无限可溶的有机化合物，但在水中具有相对较高溶解度的有机化合物也可作为此处所述的有机化合物。可使用的该水溶性有机化合物的实际例子包括醇类如丁醇和丙醇、多元醇如丙二醇、丙三醇、乙二醇和三乙基乙二醇、酮类如甲基乙酮和二乙酮、羧酸如醋酸和丙酸、具有金属羧化物结构的物质如顺丁烯二酸钠、糖类如蔗糖、溶纤剂如甲基溶纤剂和丁基溶纤剂、卡必醇如二乙基乙二醇单甲醚和二乙基乙二醇二乙醚、醚类如四乙二醇二甲醚和1，4-二氧己烷、酯类如乙二醇单甲基醚羧酸以及山梨醇或连苯三酚。
由于本发明中所用的水溶性有机化合物在涂覆和烘烤后必须保留在膜中，该液态水溶性有机化合物的沸点或固态化合物的升化点必须高于水的沸点100℃。通常，其沸点或升化点至少应为200℃。
由于如后所述的原因，水溶性有机化合物的混入量限制在100重量份的磷酸盐比5～50重量份有机化合物。当含量低于5重量份时，难以得到水溶性有机化合物的效果；当含量≥50重量份时，膜变混浊呈白色，难以得到有光泽的膜表面。
在本发明中，由于下述原因将光电子能谱分析测得的碳的1S峰强度限定为磷2S峰强度的4到20倍。这是因为，当膜显示出的碳的1S峰强度低于磷2S峰强度的4倍时，非取向型电磁钢板难以保证足够的冲切性能；当膜显示的碳的1S峰强度高于磷2S峰强度的20倍时，膜的光泽很差。此处采用光电子能谱分析是由于采用该技术可测定绝缘膜表面中存在的元素含量。
厚度为0.5mm的非取向型电磁钢板的箔材在完成传统工艺的退火处理后用橡胶辊涂覆设备涂覆表1所示的处理液，并在300℃(板温度)下烘烤，涂覆量为1.2g/m2。从箔材上切取样品，部分样品进行氮气流中750℃保温2小时的去应力退火。然后对膜性能进行测评，所得结果如表2所示。
表1
备注传统例2是其膜以铬酸镁作为主要组分的磁性钢板的普通绝缘膜的例子。
表2
备注*a用粘性玻璃纸带评价的抗剥落性能；无粘性；○有一定程度的粘性；△粘性大；×剥落*b滑动测试中的可承受比率(acceptance ratio)*c用66mm宽EI铁芯式钢模，冲切边翅高度达到6μm时的冲切记数。
**不含磷的传统含铬酸膜。
另外，光电子能谱分析测试中，磷接近189eV的2S峰和碳接近285eV的1S峰用ESCA-K1(商品名，由岛津公司制造)测试。待测样品用蒸馏水和丙酮清洗后测试。
此外，用工业上应用的表面泣滑性能测试设备测量滑动性能。测试条件为钢球直径10mm，载荷100gf，钢球移动速度20mm/s。当完成10周摩擦循环时，用如下标准评价摩擦性能样品上未形成缺陷或剥落的合格；样品上形成缺陷或球被粘住的为不合格。
从表2可看出样品中形成绝缘膜的非取向型电磁钢板显示出高的间隙系数、优良的冲切性、极好的膜粘结性和突出的滑动性能。
根据本发明，可得到具有用不含铬的绝缘膜处理形成的绝缘膜非取向型电磁钢板，该钢板具有高的间隙系数、优良的冲切性能、膜粘结性能和滑动性能。
权利要求
1.一种制备非取向型电磁钢板的方法，该电磁钢板具有膜性能优良的绝缘膜，包括如下步骤用绝缘膜形成剂涂覆非取向型电磁钢板，该绝缘膜形成剂是以金属磷酸盐和有机树脂作为主要组分、还包含水溶性有机化合物的处理液，该水溶性有机化合物的沸点或升华点温度至少是100℃，且其添加量为100重量份金属磷酸盐比5～50重量份有机化合物；以及在200～400℃烘烤涂覆后的钢板。
2.一种用于制备非取向型电磁钢板的绝缘膜形成剂，该电磁钢板具有膜性能优良的绝缘膜，其中所述绝缘膜形成剂是以金属磷酸盐和有机树脂作为主要组分、还包含水溶性有机化合物的处理液，该有机化合物的沸点或升华点温度至少是100℃，且其添加量为100重量份的金属磷酸盐比5～50重量份有机化合物。
全文摘要
本发明提供一种用于去应力退火后具有高间隙系数、优良冲切性能、膜粘结性能和滑动性能的涂有绝缘膜的非取向型电磁钢板的绝缘膜形成剂以及该非取向型电磁钢板的制备方法。所述绝缘膜形成剂是以金属磷酸盐和有机树脂作为主要组分、还包含水溶性有机化合物的处理液，该有机化合物的沸点或升华点温度至少是100℃，且其添加量为100重量份的金属磷酸盐比5～50重量份有机化合物。
文档编号C23C22/03GK1526854SQ200310124259
公开日2004年9月8日 申请日期1998年12月17日 优先权日1998年12月17日
发明者竹田和年 申请人:新日本制铁株式会社