中国硅钢涂料技术发展趋势

    1.无取向硅钢及涂层

    硅钢是一种电工用钢， 分为取向硅钢和无取向硅钢。在化学成分的控制上， 其方法各不相同。无取向硅钢要求具有超低碳、超低硫、高铝含量的纯净钢质， 从而获得具有各向同性的高磁感、低铁损的无取向硅钢[1]。硅钢主要用于制造各种电机、变压器和镇流器铁芯以及各种电器元件。

    硅钢片表面必需涂覆一层很薄（0.5～5 μm）的绝缘涂层， 以使得硅钢片具有较高的层间电阻率， 使硅钢片层间功率损失降为最小， 同时使硅钢片在储存、运输和使用过程中免受各种腐蚀介质的侵蚀， 防止锈蚀。

    一般来说， 硅钢片绝缘涂层必须具有如下的基本性能: 具有较高的层间电阻率， 满足绝缘性能的要求； 具有良好的附着性、表面力学性能和加工性能， 外观均一， 表面硬度适中， 在后加工过程中涂层不剥落、粉化， 对加工模具磨损小； 具有良好的耐热性能， 经高温退火以及发蓝后仍具有较高的层间电阻率； 有良好的耐化学药品性能和抗腐蚀性能； 具有良好的焊接性能等。现在使用的主要为无机涂层和半无机涂层两类。其中无机物主要为磷酸盐、铬酸盐、硅酸盐等； 有机树脂为丙烯酸树脂、醋酸乙烯树脂、改性醇酸树酯和环氧树脂等的均聚物或共聚物等。

    2.国外无取向硅钢涂料的发展

    无机涂层早期的研究集中在无机涂层上， 主要为无机盐水分散液， 如专利US 2743203 报道了一种溶有氢氧化铝的磷酸溶液， 可在钢片上形成无机磷酸盐的绝缘层[2]。美国专利US 3948786 报道了一种含有Al3+、Mg2+、H2PO4- 、胶体SiO2 和适量CrO3 的溶液， 用常规方法将其涂到电工钢板上后进行加热处理， 使溶液干燥， 得到了所需要的绝缘玻璃膜涂层。

    这类由单一无机物形成绝缘涂层的硅钢片具有优良的层间电阻率、防锈性和耐热性， 但是也具有致命的缺陷， 如涂层附着性较差， 表面硬度高， 在冲片时对模具磨损严重； 同时， 重铬酸盐会产生环境污染， 对生产人员的身体造成伤害。

    无机/有机混合涂层从上世纪70 年代后期开始， 人们的注意力逐渐集中到无机/有机混合涂料， 并且在90 年代以前的混合涂料中一般都加入铬酸盐以提高耐腐蚀性和层间电阻。

    专利US 3793073 涉及了一种无机/有机绝缘涂层， 其有机部分是由丙烯酸树脂或共聚物、氨基树脂、环氧树脂等构成， 无机部分主要由铬酸盐或磷酸盐等物质组成， 但该涂料对金属表面不平度要求较高，并且因为涂料中含有一种粒度大于2 μm 的树脂颗粒， 可能会使涂层在后加工过程中产生粉化。美国专利US 4618377 介绍了一种硅钢用绝缘涂层无机/有机涂料组合物， 该涂料由无机溶液、胶态树脂、有机树脂颗粒、分散促进剂等几部分组成， 无机溶液主要为钙、镁、铝等的磷酸盐、铬酸盐以及重铬酸盐； 有机树脂颗粒是一种或几种聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺聚丙烯树脂等的共聚物或混合物。将有机树脂颗粒用分散到胶态树脂溶液中， 然后与无机溶液混合即可得到该涂料。

    这类绝缘涂层具有良好的综合性能如: 优良的层间电阻率， 良好的焊接性能、耐热性能， 优良的耐水、绝缘、抗冲击性、粘附性和防锈性， 加工过程中对模具的磨损低。但是相当多的产品使用了铬盐， 会对人体和环境造成污染。

    无铬环保涂层从大约上世纪90 年代起， 人们认识到六价铬离子会对人们的身体健康产生危害并造成严重的环境污染， 所以加强了对无铬环保型无机/有机混合涂料的研究并取得了一些成果， 环保无铬涂层将是今后主要的研究方向。日本专利JP 7268641 涉及了一种耐蚀性好的磷酸盐- 有机树脂绝缘涂层， 无机部分是由一种或几种金属磷酸盐组成的水溶液， 有机部分是一种核壳结构的高分子树脂乳液， 此外还加入了适量固化促进剂[6]。美国Armocol 公司在欧洲和中国等地申请的硅钢片无机/有机涂层发明专利涉及了一种可以在无取向硅钢片涂覆的半无机无铬绝缘涂层水悬浊液， 可以用于制造具有高层间电阻率的绝缘层。该涂层包括20- 60 份的磷酸单铝、20- 70 份的至少一种无机硅酸盐微粒、10- 25 份的丙烯酸树脂及适量的水溶性有机溶剂。该涂层抗粉化性， 焊接性、附着性、层间电阻率和化学稳定性等均较好。日本专利JP 2005240125 报道了一种水系绝缘涂层， 该涂层无铬环保并且有优异的防锈性、附着性和绝缘性。该涂层由100 份粒径小于30 nm 的胶体二氧化硅、10- 100 份水溶性树脂和0.01- 10 份的钛酸酯偶联剂组成， 水溶性树脂主要是含有硅氧基、羟基等基团的丙烯酸树脂[8]。佐志一道等人在其专利JP 2008127664、JP 2008127674 涉及到了几种相似的半无机绝缘涂层， 无机部分主要有P、Zr， P/Zr 约0.4- 4.0， 另外还可以加入Ca、Me 等， 有机树脂主要为丙烯酸树脂及其共聚物。该涂层的耐腐蚀性、耐掉粉性、耐划伤性较好。

    3.我国无取向硅钢绝缘涂料的研究和使用情况

    硅钢生产规模硅钢被誉为钢铁产品中的“工艺品”， 电工硅钢长期以来一直是我国严重紧缺的钢材品种， 近十多年来随着交通、电器工业的迅速发展， 我国对硅钢片的需求猛增， 同时我国的硅钢生产能力得到迅速地扩张， 据初步统计， 目前我国的已建和在建的硅钢片生产线年生产能力为500 万吨左右， 主要的生产厂家为: 武汉钢铁公司， 鞍山钢铁公司， 上海宝山钢铁公司， 太原钢铁公司和马鞍山钢铁公司， 同时还有几家筹建的钢铁公司。目前我国生产的硅钢以无取向硅钢为主。

    我国硅钢片用绝缘涂料的发展情况我国硅钢工业的发展相对较晚， 绝缘涂层的研究也相对薄弱， 有些厂家在引进硅钢生产线的同时， 也配套引进硅钢涂料的配方或关键的添加剂， 因此具有自主知识产权及市场竞争力的硅钢涂料新产品相对较少， 但也有一些研究成果。