一种取向硅钢绝缘涂层液及其制备方法与流程

1.本技术涉及取向硅钢绝缘涂层制备技术领域，尤其涉及一种取向硅钢绝缘涂层液及其制备方法。


背景技术：

2.取向硅钢是一种广泛应用于电力电工行业的软磁合金，主要用于变压器铁芯的制造。取向硅钢追求高磁感和低铁损，在取向硅钢板表面涂覆mgo，可以降低取向硅钢的铁损。但对于中型以及大型变压器来说，其叠片铁芯表面的硅酸镁涂层的绝缘性和耐腐蚀性不能满足变压器的需求。所以，为了进一步提高硅钢片的绝缘性能和耐腐蚀性能，需要在硅酸镁底层上再涂覆一层绝缘涂层。
3.目前，无机绝缘涂层是取向硅钢绝缘涂层的发展趋势，而无机绝缘涂层中应用较多的有铬酸盐和磷酸盐这两类。现如今使用最多的是综合性能十分优越的含铬磷酸盐系绝缘涂层，但是铬酐对人体以及环境的毒害性也不容忽视。


技术实现要素：

4.本技术实施例提供了一种取向硅钢绝缘涂层液及其制备方法，以解决现有含铬磷酸盐系绝缘涂层存在对人体以及环境具有毒害性的技术问题。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种取向硅钢绝缘涂层液，包括以下组分：磷酸盐、硅溶胶、铬酐、锰盐和水。
6.进一步地，所述磷酸盐、硅溶胶、铬酐、锰盐和水的重量比为(20～35)：(25～40)：(1～6)：(0.5～5)：(14～53.5)。
7.进一步地，所述磷酸盐为磷酸铝、磷酸镁、磷酸锌、磷酸钙、磷酸锶、磷酸钴和磷酸镍中的至少一种。
8.进一步地，所述硅溶胶的ph值为7～10、sio2含量为20～40wt％、na2o含量≤0.3wt％、粒径为5～20nm。
9.第二方面，本技术实施例提供了一种第一方面所述的取向硅钢绝缘涂层液的制备方法，所述制备方法包括：
10.制备磷酸盐溶液；
11.将铬酐加入所述磷酸盐溶液中，得到混合溶液一；
12.将锰盐加入所述混合溶液一中，得到混合溶液二；
13.将硅溶胶加入所述混合溶液二中，得到取向硅钢绝缘涂层液。
14.第三方面，本技术实施例提供了一种绝缘涂层，所述绝缘涂层由第一方面所述的取向硅钢绝缘涂层液形成。
15.第四方面，本技术实施例提供了一种第三方面所述的绝缘涂层的制备方法，所述制备方法包括：
16.将所述取向硅钢绝缘涂层液覆盖到钢体表面，再于350～450℃下烘干25～35s，接
着于780～820℃下保温25～35s，得到绝缘涂层。
17.第五方面，本技术实施例提供了一种取向硅钢，所述取向硅钢包括取向硅钢基材以及附着在所述取向硅钢基材的至少部分表面的绝缘涂层；
18.所述绝缘涂层为第三方面所述的绝缘涂层。
19.本技术实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
20.本技术实施例提供了一种涂层复合液，该涂层复合液包括磷酸盐、硅溶胶、铬酐、锰盐和水五种组分，采用锰盐部分替代铬酐，减少了铬酐的用量，有利于环保。因此，本技术实施例提供的涂层复合液可提高含铬磷酸盐系绝缘涂层的环保性。
附图说明
21.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1为本技术实施例1提供的取向硅钢绝缘涂层的扫描电镜图；
24.图2为本技术对比例1例提供的取向硅钢绝缘涂层的扫描电镜图；
25.图3为本技术实施例提供的一种涂层复合液的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
26.下面将结合具体实施方式和实施例，具体阐述本发明，本发明的优点和各种效果将由此更加清楚地呈现。本领域技术人员应理解，这些具体实施方式和实施例是用于说明本发明，而非限制本发明。
27.在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。
28.除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
29.取向硅钢是一种广泛应用于电力电工行业的软磁合金，主要用于变压器铁芯的制造。取向硅钢追求高磁感和低铁损，在取向硅钢板表面涂覆mgo，可以降低取向硅钢的铁损。但对于中型以及大型变压器来说，其叠片铁芯表面的硅酸镁涂层的绝缘性和耐腐蚀性不能满足变压器的需求。所以，为了进一步提高硅钢片的绝缘性能和耐腐蚀性能，需要在硅酸镁底层上再涂覆一层绝缘涂层。
30.目前，无机绝缘涂层是取向硅钢绝缘涂层的发展趋势，而无机绝缘涂层中应用较多的有铬酸盐和磷酸盐这两类。现如今使用最多的是综合性能十分优越的含铬磷酸盐系绝缘涂层，但是铬酐对人体以及环境的毒害性也不容忽视。
31.本发明实施例提供的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
32.第一方面，本技术实施例提供了一种取向硅钢绝缘涂层液，包括以下组分：磷酸盐、硅溶胶、铬酐、锰盐和水。
33.本技术实施例提供了一种取向硅钢绝缘涂层液，该涂层复合液包括磷酸盐、硅溶胶、铬酐、锰盐和水五种组分，采用锰盐部分替代铬酐，减少了铬酐的用量，有利于环保。锰盐同铬酐均具有强氧化性，可在水溶性取向硅钢绝缘涂层液配置时增强吸湿性，可替代部分铬酐，防止在水溶性取向硅钢绝缘涂层液发生发粘现象。因此，本技术实施例提供的涂层复合液可提高含铬磷酸盐系绝缘涂层的环保性。
34.作为本发明实施例的一种实施方式，所述磷酸盐、硅溶胶、铬酐、锰盐和水的重量比为(20～35)：(25～40)：(1～6)：(0.5～5)：(14～53.5)。
35.本技术中，控制磷酸盐、钼酸盐、硅溶胶、稀土添加剂和水为上述用量关系的作用是防止取向硅钢绝缘涂层液自身发生反应，及保证取向硅钢绝缘涂层液的透明度和时效性(时效性为涂层液配置完成到涂敷之间稳定性)。在配置成取向硅钢绝缘涂层液后，各原材料之间相互作用可以稳定取向硅钢绝缘涂层液，例如硅溶胶需要磷酸盐才可充分进行溶解，加入铬酸及猛盐后可稳定磷酸根离子间的互相转换。
36.作为本发明实施例的一种实施方式，所述磷酸盐为磷酸铝、磷酸镁、磷酸锌、磷酸钙、磷酸锶、磷酸钴和磷酸镍中的至少一种。
37.本技术中，以磷酸盐作为成膜主体，使绝缘涂层对硅钢的附着力较好，并可改善绝缘层与硅酸镁底层的粘合程度，易得到无序的固化体，更易吸收应力和应变而提高涂层的性能。
38.本技术中，磷酸盐作为粘结剂，随着温度升高，可使得绝缘涂层与取向硅钢基体结合得更加紧密，有利于提高取向硅钢绝缘涂层的附着性。
39.作为本发明实施例的一种实施方式，所述钼酸盐为钼酸铵、四水合钼酸铵、钼酸镁中的一种或两种。
40.作为本发明实施例的一种实施方式，所述硅溶胶的ph值为7～10、sio2含量为20～40wt％、na2o含量≤0.3wt％、粒径为5～20nm。
41.本技术中，硅溶胶中sio2含量代表硅溶胶纯度，na2o为其杂质元素，na2o含量高会导致其胶体成分受影响。控制硅溶胶的ph值是为了确保磷酸盐充分溶解，控制硅溶胶的平均粒径是为了保证在涂敷干燥成膜过程中有充分的水气释放以及形成网格结构点。
42.第二方面，本技术实施例提供了一种第一方面所述的取向硅钢绝缘涂层液的制备方法，所述制备方法包括：
43.制备磷酸盐溶液；
44.将铬酐加入所述磷酸盐溶液中，得到混合溶液一；
45.将锰盐加入所述混合溶液一中，得到混合溶液二；
46.将硅溶胶加入所述混合溶液二中，得到取向硅钢绝缘涂层液。
47.本技术中，向混合溶液一中加入钼酸盐溶液可使液体变为酸性，之后再加入硅溶胶溶液可使硅溶胶完全溶解，最终配置成水溶性取向硅钢绝缘涂层液，可避免溶解不充分，部分组分析出，同时可避免硅溶胶发生相变，涂层液不清澈，进而影响涂层的性能。
48.本技术中，去离子水为中性，加入磷酸盐、铬酐可使浆液变为酸性，之后再加入猛盐可使其充分融入，最后加入硅溶胶可使其完全溶解，最终配置成水溶性取向硅钢绝缘涂层液，可避免溶解不充分及部分组分析出。
49.第三方面，本技术实施例提供了一种绝缘涂层，所述绝缘涂层由第一方面所述的
取向硅钢绝缘涂层液形成。
50.本技术中，该绝缘涂层由第一方面所述的取向硅钢绝缘涂层液形成，不仅满足良好的耐热性、附着性和绝缘性，而且耐吸湿性和耐腐蚀性得到了提升。该绝缘涂层成本低，制备工艺简单，易于实现工业化。
51.第四方面，本技术实施例提供了一种第三方面所述的绝缘涂层的制备方法，所述制备方法包括：
52.将所述取向硅钢绝缘涂层液覆盖到钢体表面，再于350～450℃下烘干25～35s，接着于780～820℃下保温25～35s，得到绝缘涂层。
53.本技术中，可将制备的取向硅钢绝缘涂层液涂覆到取向硅钢表面，经过烘干和高温固化制得绝缘涂层，工艺简单，易于操作，无需使用磁控溅射设备，易于工业化生产。
54.第五方面，本技术实施例提供了一种取向硅钢，所述取向硅钢包括取向硅钢基材以及附着在所述取向硅钢基材的至少部分表面的绝缘涂层；
55.所述绝缘涂层为第三方面所述的绝缘涂层。
56.本技术中，绝缘涂层以磷酸盐溶液作为基料，具有适宜高速焊接、表面硬度高、绝缘性及耐热性好等优点，以铬酐提升绝缘涂液的润湿性、流平性和稳定性，有利于改善绝缘涂层外观。且该无机绝缘涂层热膨胀系数小，烧结后产生的拉应力较大。
57.下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准，则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。
58.实施例1：
59.一种绝缘涂层，其特征包括如下步骤：
60.(1)原料选取：按照磷酸锌30g、硅溶胶33g(ph值为8、sio2含量为30wt％、na2o含量为0.2wt％、粒径为15nm)、铬酐4g(纯度超过99.5wt％)、高锰酸钾3g(纯度超过99.5wt％)、水30g选取各原料待用；
61.(2)取向硅钢绝缘涂层液制备：
62.制备磷酸盐溶液；
63.将铬酐加入所述磷酸盐溶液中，得到混合溶液一；
64.将锰盐加入所述混合溶液一中，得到混合溶液二；
65.将硅溶胶加入所述混合溶液二中，得到取向硅钢绝缘涂层液。
66.(3)绝缘涂层制备：将所述取向硅钢绝缘涂层液覆盖到取向硅钢表面，再于380℃下烘干30s，接着于800℃下保温30s，得到绝缘涂层。
67.实施例2：
68.一种绝缘涂层，其特征包括如下步骤：
69.(1)原料选取：按照磷酸锌20g、硅溶胶40g(ph值为7、sio2含量为20wt％、na2o含量为0.3wt％、粒径为5nm)、铬酐6g(纯度超过99.5wt％)、高锰酸钾5g(纯度超过99.5wt％)、水29g选取各原料待用；
70.(2)取向硅钢绝缘涂层液制备：
71.制备磷酸盐溶液；
72.将铬酐加入所述磷酸盐溶液中，得到混合溶液一；
73.将锰盐加入所述混合溶液一中，得到混合溶液二；
74.将硅溶胶加入所述混合溶液二中，得到取向硅钢绝缘涂层液。
75.(3)绝缘涂层制备：将所述取向硅钢绝缘涂层液覆盖到取向硅钢表面，再于380℃下烘干30s，接着于800℃下保温30s，得到绝缘涂层。
76.实施例3：
77.一种绝缘涂层，其特征包括如下步骤：
78.(1)原料选取：按照磷酸锌35g、硅溶胶25g(ph值为10、sio2含量为40wt％、na2o含量为0.2wt％、粒径为20nm)、铬酐1g(纯度超过99.5wt％)、高锰酸钾0.5g(纯度超过99.5wt％)、水38.5g选取各原料待用；
79.(2)取向硅钢绝缘涂层液制备：
80.制备磷酸盐溶液；
81.将铬酐加入所述磷酸盐溶液中，得到混合溶液一；
82.将锰盐加入所述混合溶液一中，得到混合溶液二；
83.将硅溶胶加入所述混合溶液二中，得到取向硅钢绝缘涂层液。
84.(3)绝缘涂层制备：绝缘涂层制备：将所述取向硅钢绝缘涂层液覆盖到取向硅钢表面，再于400℃下烘干30s，接着于800℃下保温30s，得到绝缘涂层。
85.实施例4：
86.一种绝缘涂层，其特征包括如下步骤：
87.(1)原料选取：按照磷酸锌30g、硅溶胶33g(ph值为8、sio2含量为30wt％、na2o含量为0.2wt％、粒径为15nm)、铬酐4g(纯度超过99.5wt％)、高锰酸钾3g(纯度超过99.5wt％)、水30g选取各原料待用；
88.(2)取向硅钢绝缘涂层液制备：
89.制备磷酸盐溶液；
90.将铬酐加入所述磷酸盐溶液中，得到混合溶液一；
91.将锰盐加入所述混合溶液一中，得到混合溶液二；
92.将硅溶胶加入所述混合溶液二中，得到取向硅钢绝缘涂层液。
93.(3)绝缘涂层制备：将所述取向硅钢绝缘涂层液覆盖到取向硅钢表面，再于350℃下烘干35s，接着于780℃下保温25s，得到绝缘涂层。
94.实施例5：
95.一种绝缘涂层，其特征包括如下步骤：
96.(1)原料选取：按照磷酸锌30g、硅溶胶33g(ph值为8、sio2含量为30wt％、na2o含量为0.2wt％、粒径为15nm)、铬酐4g(纯度超过99.5wt％)、高锰酸钾3g(纯度超过99.5wt％)、水30g选取各原料待用；
97.(2)取向硅钢绝缘涂层液制备：
98.制备磷酸盐溶液；
99.将铬酐加入所述磷酸盐溶液中，得到混合溶液一；
100.将锰盐加入所述混合溶液一中，得到混合溶液二；
101.将硅溶胶加入所述混合溶液二中，得到取向硅钢绝缘涂层液。
102.(3)绝缘涂层制备：将所述取向硅钢绝缘涂层液覆盖到取向硅钢表面，再于450℃下烘干25s，接着于800℃下保温35s，得到绝缘涂层。
103.对比例1：
104.将实施例1中的原料改为：磷酸锌30g、硅溶胶33g(ph值为8、sio2含量为30wt％、na2o含量为0.2wt％、粒径为15nm)、铬酐4g(纯度超过99.5wt％)、水30g，其余与实施例1相同。
105.对比例2：
106.将实施例1中的原料改为：磷酸锌30g、硅溶胶33g(ph值为8、sio2含量为30wt％、na2o含量为0.2wt％、粒径为15nm)、铬酐0.5g(纯度超过99.5wt％)、水30g，其余与实施例1相同。
107.对实施例与对比例所得表面有绝缘涂层的取向硅钢进行涂层性能测试，结果如表1。
108.表1取向硅钢用环保绝缘涂层性能
109.实例外观性附着性耐吸湿性耐腐蚀性实施例1光滑致密优优优实施例2光滑致密优优优实施例3光滑致密优优优实施例4光滑致密优优优实施例5光滑致密优优优对比例1凹凸不平一般一般一般对比例2凹凸不平差差差
110.由表1可知，对比例1和对比例2中不添加锰盐或在不添加锰盐的情况下减少铬酐的添加量，会显著影响绝缘涂层的外观、附着性、耐吸湿性和耐腐蚀性。实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5中采用锰盐替代减少的铬酐，绝缘涂层的外观、耐吸湿性和耐腐蚀性显著提升。
111.综上所述，本技术实施例提供了一种取向硅钢绝缘涂层液，该涂层复合液包括磷酸盐、硅溶胶、铬酐、锰盐和水五种组分，采用锰盐部分替代铬酐，减少了铬酐的用量，有利于环保，且其制备的绝缘涂层性能优异。因此，本技术实施例提供的涂层复合液保证了绝缘涂层具有良好的耐热性、附着性和绝缘性，同时提升了耐吸湿性和耐腐蚀性。
112.应该理解，在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
113.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性地包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。另外，本文中出现的术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示
可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。
114.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。