DK148692B - Fremgangsmaade til fremstilling af en isolerende belaegning paa en staalplade - Google Patents

Description

148692

Opfindelsen angår en fremgangsmåde til fremstilling af en isolerende belægning, som udøver en spænding på en overflade af en orienteret siliciumholdig stålplade og undertrykker en magnetostriktionsforøgelse, når den orienterede siliciumholdig stålplade udsættes for en trykspænding.

Magnetostriktionen i forbindelse med siliciumholdige stålplader giver sig udslag i, at stålpladerne udvider sig, trækker sig sammen og vibrerer, når de magnetiseres, og dette er hovedårsagen til at en transformer støjer.

Magnetrostriktionen skyldes at magnetiseringsprocessen af stålpladen omfatter en rotationsmagnetisering og en vagforskydning på 90°, og magnetostriktionen øges som følge af den kompressionsspænding, der tilføres til pladen. Stålpladen udsættes uundgåeligt for en trykspænding, når transformeren samles. Hvis der imidlertid på forhånd er tilført en træk- 2 148692 spænding, kan magnetostriktionen, der øges ved tilførsel af en kompressionsspændingen, undertrykkes. Den trækspænding som stålpladen udsættes for, er ikke kun effektiv i henseende til magnetostriktion, men også i henseende til forbedring af jerntabet i den orienterede siliciumholdige stålplade, og især i et materiale med en særlig god orientering.

Overfladen af en orienteret siliciumholdig stålplade består i hovedsagen af en krystallinsk keramisk, forsteritbelægning dannet ved en reaktion af forud dannet siliciumdioxid med den magnesumoxyd, som findes i den udglødningsseparator, der anvendes under den sidste udglødning, og en derefter påført isolerende phosphatbelægning. Stålpladen må holdes i stræk på grund af disse to belægninger og ved den foreliggende fremgangsmåde opnås en væsentlig bedre strækvirkning på grund af den isolerende belægning. Det træk stålpladen udsættes for som følge af den isolerende belægning, tilvejebringes under afkølingen efter, at belægningen er dannet, og der foretrækkes derfor et belægningsmateriale med én lav krympning fra belægningens danneIsestemperatur til rumtemperatur. Dette er ens betydende med, at der foretrækkes et materiale med lav termisk udvidelseskoefficient.

Der er blevet foreslået forskellige fremgangsmåder til, at tilføre en trækspænding til stålpladen for derigennem at undertrykke magnetostriktionen, der ellers forøges ved en tilførsel af en trykspænding til stålpladen og ifølge en sådan fremgangsmåde anvendes et glasmateriale, og ifølge en anden fremgangsmåde forenes kolloidalt silliciumdioxid med almindeligt phosphat. Ved den .førstnævnte fremgangsmåde, som er omtalt i japansk patentskrift nr. 229.371 anvendes et glasmateriale med lav termisk udvidelseskoefficient som isolerende belægning. Ved fremgangsmåden ifølge japansk patentansøgning nr. 39.338-73 anvendes der til dannelse af en belægning, en vandig dispersion af kolloidalt siliciumdioxid, aluminiumphosphat og chromanhydrid og/eller chromater.

148692 3

Ved hver af disse fremgangsmåder kan magnetostriktionsforøgelsen undertrykkes i en vis udstrækning, og når de nævnte materialer påføres på en orienteret siliciumholdig stålplade med høj magnetisk induktion bliver jerntabet mindre. I begge tilfælde bliver vedhæftningen dårlig, og når stålpladen indgår i en opdelt kerne vil den isolerende belægning i nærheden af de bøjede dele med lille krumningsradius, og i kantområdet efter klipning danne flager og falde af, og det har derfor været nødvendigt at forbedre processerne.

Opfinderne har gjort forsøg på, at reducere magnetostriktionsforøgelsen af den orienterede siliciumholdige stålplade, og har desuden søgt at udvikle en isolerende belægning med en høj vedhæftning, som i højere grad end tidligere vil kunne undertrykke en magnetostriktionsforøgelse sammenlignet med den sædvanlige belægning af phosphat og chromsyre.

Disse fremskridt er blevet opnået ved hjælp af den foreliggende fremgangsmåde til dannelse af en elektrisk isolerende belægning på en orienteret siliciumholdig stålplade med en overfladebelægning af phosphorrit, hvor der på den orienterede siliciumholdige stålplade påføres en vandig belægningsdispersion indeholdende 7-24 vægt% kolloidalt siliciumdioxid og 5-30 vægt% phosphatforbindelse, hvorefter den behandlede siliciumholdige stålplade brændes, og fremgangsmåden er ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at der som phosphatforbindelse anvendes monobasisk magnesiumphosphat, at det monobasiske magnesiumphosphat og det kolloidale siliciumdioxid anvendes i sådanne forholdsvise mængder i dispersionen, at der mellem disse fås en molforhold beregnet som MgiPO^^sSiC^ på 1:4-3:7, at der i dispersionen desuden anvendes 0,01-5 vægt% chromsyrean-hydrid, et chromat, et bichromat eller en blanding deraf, og at den belagte siliciumstålplade brændes ved en temperatur på 350-900°C.

Det har vist sig, at denne isolerende belægning i højere grad undertrykker en magnetostriktionsforøgelse, og giver en langt 4 148692 bedre vedhæftning end den ovenfor beskrevne isolerende belægning af kolloidalt siliciumdioxid, aluminiumphosphat og chrom-syreanhydrid og/eller chromat.

For at kunne udsætte stålpladen for en strækspænding anvendes der fortrinsvis silicatglas SiC>2 med en meget lille termisk udvidelseskoefficient som før nævnt. Silicatglasset smelter ikke, og danner film ved en almindelig brændetemperatur på 800-900°C ved fremgangsmåden ifølge japansk patentskrift nr. 229.371. Det har imidlertid vist sig, at der kan opnås en jævn belægning ved brug af kolloidalt siliciumdioxid. Kolloidalt siliciumdioxid alene giver imidlertid en dårlig reaktion med magnesiumsilicatfilmen, og vedhæftningen imellem silicium-dioxidpartiklerne er også dårlig. For at afhjælpe disse ulemper må der anvendes et bindemiddel, og som bindemiddel er der foreslået phosphater. Det har imidlertid vist sig, at undertrykkelsen af en magnetostriktionsforøgelse varierer betydeligt i afhængighed af metalionerne i phosphaterne, og det anvendte forhold mellem phosphat og kolloidalt siliciumdioxid.

Ifølge US-patentskrift nr. 3.138.492 påføres en uorganisk elektrisk isolerende belægning på fladvalsede elektrokvaliteter af siliciumholdigt stål ved, at ståloverfladen bringes i kontakt med en vandig opslæmning indeholdende 2-30 vægt% kolloidalt siliciumdioxid, og 4-30 vægt% af en vandopløselig phosphatholdig forbindelse, hvorefter belægningen brændes ved en temperatur på 482-760°C. Det er i dette patentskrift angivet, at almindelige phosphatsiliciumdioxidopslæmninger til dannelse af isolerende belægninger sædvanligvis omfatter phosphatforbind-elser, såsom phosphorsyre eller ammoniumphosphat, men at slutresultatet er forholdsvis uafhængigt af den nøjagtige forbindelse, der anvendes.

Magnesium har imidlertid vist sig, at være den gunstigeste metalion i phosphaterne til forbedring af magnetostriktionen og jerntabet, når en orienteret siliciumholdig stålplade med en isolerende belægning udsættes for strækspænding. Ifølge 148692 5 opfindelsen skal det anvendte forhold mellem kolloidalt sili-ciumdioxid og magnesiumphosphat være 4:1-3:7 beregnet som molforholdet mellem Mg(PO^)2 og Si02 · Hvis magnesiumphosphatet anvedes i mindre mængde vil belægningens adhæsion blive dårlig, og hvis magnesiumphosphatet anvendes i større mængde vil belægningen blive hygroskopisk. Som kolloidalt siliciumdioxid kan der anvendes en i handlen værende vandig dispersion indeholdende 20-30 vægt% kolloidalt siliciumdioxid. Magnesiumphosphat kan anvendes i en hvilken som helst koncentration, når blot saltet foreligger i form af en vandig opløsning af monobasisk magnesiumphosphat. En koncentration af Mg(H2PC>4)2 på 25-50 vægt% er imidlertid at foretrække som følge af, at det derved bliver lettere at påføre belægningen. Når monobasisk magnesiumphosphat Mg(H2P04)2 anvendes som bestanddel af belægningen, dehydra-tiseres dette ved brænding, og omdannes til magnesiummethapos-hphat, som er til stede i en mængde på 10-40 molprocent i blandingen med kolloidalt siliciumdioxid (som ved brænding omdannes til Si02) som før nævnt. For at belægningen skal få et pænt udseende tilsættes chromsyreanhydrid, et chromat eller bichromat eller en blanding deraf, idet metalionerne i disse salte kan udgøres af en hvilken som helst metalion ud over en alkalimetalion eller en jordalkalimetalion, til belægningsblandingen i en mængde på 0,01-5 vægt%. Den ovenfor beskrevne belægningsblanding består af 7-24 vægt% kolloidalt siliciumdioxyd, 5-30 vægt% monobasisk magnesiumphosphat og 0,01-5 vægt% chromsyreanhydrid, chromat eller bichromat eller en blanding deraf, og for den resterende dels vedkommende vand.

Ifølge opfindelsen neddyppes den orienterede siliciumholdige stålplade i den ovenfor beskrevne belægningsblanding, og en passende mængde af blandingen påføres på stålpladen ved hjælp af en valse, og bliver derefter brændt. Brændetemperaturen er på 350-900°C, og brændeatmosfæren kan være en hvilken som helst oxiderende neutral eller reducerende atmosfære. Det foretrækkes imidlertid at udføre brændingen i luft. Selv om brændingen udføres i luft ved 800°c i flere min. bliver den ioslerende belægning ikke ødelagt. Hvis en bruger af den foreliggende fremgangsmåde udfører en afspændingsglødning for en 6 148692 enkelt plade i luft vil overfladen således ikke blive ændret. Det har vist sig, at det af hensyn til vedhæftningen af belægningen er bedre, at udføre brændingen i en neutral eller svagt oxiderende atmosfære end i en reducerende atmosfære, eksempelvis i en atmosfære bestående af 90% N2 og 10% H2< Når belægningen bestående af denne blanding brændes vil en højere temperatur og en længere brændetid bevirke, at der opnås en bedre undertrykkelse af magnetostriktionen og en forbedring af jerntabet. Det foretrækkes sædvanligvis at brænde i 1-3 min. ved 750-850°C. En sådan brænding foretrækkes, især hvis der ikke foretages en afspændingsglødning efter klipning og montering. Hvis afspændingsglødningen derimod udføres ved en temperatur på ca. 800°C, kan der anvendes en lavere brændetemperatur. Brændetemperaturen må imidlertid være højere end 350°C, eftersom magnetostriktionsforøgelsen ellers ikke undertrykkes .

Brændingen skal ikke udføres ved en højere temperatur end 900°C for ikke at forringe belægningens vedhæftning.

Brændingen udføres i ét trin. I industriel skala er det imidlertid fordelagtigt, at udføre brændingen i to trin, idet den første brænding udføres ved en temperatur på 350-600°C og den anden brænding udføres ved en temperatur på 800-900°C for udfladningsglødningen med henblik på fjernelse af den form pladen fik under oprulningen.

Hvis den anvendte mængde kolloidalt silciumdioxid er lavere end 7 vægt%, vil de nødvendige egenskaber af stålpladens overflade inklusive den ønskede vedhæftning ikke kunne opnås, mens en mængden af kolloidalt siliciumdioxid på over 24 vægt% vil have en uheldig indvirkning på belægningens ensartethed.

Hvis den anvendte mængde magnesiumphosphat udgør mindre end 5 vægt% vil de nødvendige egenskaber fra den elektriske stålplades overflade, såsom hæftningen ikke kunne opnås på tilfredsstillende måde, mens en magnesiumphosphatmængde på over 30 vægt% muligvis har en uheldig indvirkning på belægningens ensartethed.

148692 7

Opfindelsen skal nærmere forklares i det følgende under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 illustrerer den afhængighed mellem magnetostriktion og kompressionsspænding, der skyldes belægningen påført ved fremgangsmåden ifølge opifndelsen, fig. 2 den i fig. 1 viste afhængighed med en belægning bestående af phosphat-chromsyre, og fig. 3 den i fig. 1 viste afhængighed med en belægning af den type, der kendes fra japansk patentansøgning, nr. 39338-73.

Opfindelsen illustreres ved følgende eksempler.

Eksempel 1

Efter en sidste udglødning af en orienteret siliciumholdig stålplade af en tykkelse på 0,30 mm blev den ikke reagerede separator på overfladen fjernet. Fra den således behandlede spole blev der derefter udtaget prøver fra punkter ved siden af hinanden. Disse prøver blev underkastet en restspændingsglødning kombineret med en udglatning. Til prøverne blev der tilført en belægning af flydende magniumphosphat-chromsyre - jvt. japansk patentansøgning nr. 39.338-73 - og en belægning ifølge opfindelsen bestående af 100 cm af en 20% vandig dispersion af kolloidalt siliciumdioxid og 50 cm^ af en 35% vandig opløsning af monobasisk magniumphosphat. Belægningen blev brændt ved en temperatur på 800°C i 30 sek. i en nitrogenatmosfære. Efter brænding havde belægningen en tykkelse på ca. 2 ym. Derefter blev prøverne underkastet en restspændings-glødning ved 800°C i 3 timer i en nitrogenatmosfære. Magne-tostriktionens afhængighed af kompressionsspændingen udtrykkes ved spidsværdien af den dynamiske magnetostriktion ved påtrykning af en vekselspænding. Nedenstående tabel 1 angiver magne-tostriktionen under kompressionsspændingen.

Tabel 1 8 148692

Magnetostriktion under kompres-Prøvens Bq sion (xlO“°) (kompressions- 2 tilstand Wb/m2 geænding kg/mm ) ved 1,?, Wb/m., __.___0,0 0,5 0,5 0,7 kun en grundbelægning p J af magniumsilicat 1,905 1,7 4,8 10,3 11,9 belægning ifølge opfindelsen efter rest- 1,907 1,0 0,7 2,1 6,8 spændings—udglødning

Run en grundbelægning prøve af magniumsilikat 1,903 1,5 5,5 10,9 12,3 2 . Påføring af chrom- . .syrebelægning efter i qn^ i ? -i * 6 o q κ restspændings-udglød- ^ ±,d ’ y,') ning

Kun en grundbelægning prøve ^ magniumsilikat 1,903 1,6 4,9 10,7 12,0 5 ________ belægning ifølge japansk ans»nr.39338-73 1,904 1,0 0,7 3,4 8,3 efter restspændingsudglødning

Det fremgår af tabel 1, at den isolerende belægning ifølge opfindelsen har en mærkbar indvirkning på kompressionsspændingen, når stålet udsættes for store trækpåvirkninger.

Resultaterne af belægningens afrivningsanalyser ved bøjning er vist i tabel 2. Prøverne blev bøjet ved hjælp af cirkulære stave med forskellige diametre og afrivningstilstanden af belægningen ved indersiden af den bøjede del blev undersøgt.

148692 9

Tabel 2 (efter restspændings-glødning).

Bøjnings- Belægning Belægning ifølge Belægning af kon- iiameter ifølge japansk ansøgning ventionelt phosphat- (mm) opfindelsen nr. 39338-73 chromsyre 20 Ingen Lille afskalning . Ingen afskalning afskalning 15 Ingen Afskalning Ingen afskalning afskalning 10 Afskalning Afskalning Afskalning

Af denne tabel fremgår det, at belægningen ifølge opfindelsen ikke har de ulemper, der er ved den belægning, der kendes fra den japanske patentansøgning. Adhæsionen af belægningen ifølge opfindelsen er desuden lige så god som adhæsionen af i belægningen af den konventionelle phosphatchromsyre. Belægningernes adhæsion er vist i tabel 3.

Tabel 3. (efter restspændings-glødning).

belægning Belægning Belægning ifølge Belægning af ifølge japansk ansøgning konventionelt styrke opfindelsen nr. 39338-73 phosphat-chromsyre kg/cm^ ca. 70 ca. 50 ca. 70

Resultaterne i tabel 3 viser samme tendens som resultaterne i tabel 2.

Eksempel 2

Prøverne blev behandlet på samme måde som i eksempel 1. Derefter blev de behandlet med phosphat-chromsyrebelægningen ifølge japansk patentansøgning nr. 39.338-73 og med en belægningen 3 ifølge opfindelsen, bestående af 100 cm af en 30% vandig 3 dispersion af kolloidalt siliciumoxid, 80 cm af 40% vandig 10 148692 opløsning af magniumphosphat og 3 g chromanhydrid og 1,5 g kaliumbichromat, hvorefter prøverne blev brændt ved 800°C i 1 min. i luft. Efter brænding blev prøverne underkastet en restspændingsglødning ved 800°C i 3 timer i .en nitrogenatmosfære. Fig. 1-3 viser de isolerende belægningers indvirkning på magnetostriktionens afhængighed af kompressionsspændingen inden belægningen, men efter kalcineringen og efter restspændingsglødningen. Af fig. 1-3 fremgår det, at belægningen ifølge opfindelsen giver en lavere dynamisk magnetostriktion end den konventionelle phosphat-chromsyrebelægning og den belægning, der kendes fra den japanske patentansøgning.

Tabel 4 viser de magnetiske egenskaber og magnetostriktionen målt på samme måde som i eksempel 1 før og efter belægning og restspændingsglødning.

Tabel 4 11 148692 v\. Diverse Magnetostriktion under egenska- -n w w , Λ kompressionsspænding \ ber \ ¥15/50 w17/50 (xig-6) (kompressions-

Vv. ¥b/m^ W/kg W/kg spænding kg/mm2 ved

Prøvens . — _tilstand __ 0,0 0,3 0,5 0,7 ene og alene en grundbelægning χ g06 0 8β 1,22 0,8 2,3 7,5 9,9

Prø- af magnesium= ’ ' * ve silikat 1---------: belægning iføl- llÆsS^S-^906 °·82 ^14 °·9 °’8 3-1 dings-glødning ene og alene en grundbelæg- ± 9Q5 0 35 l,20 0,9 2,1 7,4 10,1

Prø- nxng af magne= ^ ^ ’ * 9 ’ ve siumsilikat 2----—--- belægning af phosphat-chrom= syre efter rest-1,905 0,83 1,17 0,8 1,0 4,2 6,8 spændings-glødning ene og alene

Prø- 1.905 0,85 1.18 1,1 2,0 7,7 10,1 ve siumsilikat 3 — ------------- belægning iføl-

KsfStiPSSS1·905 °·81 1>13 111 °*9 2>1 5’6 spændingsglødning_

Eksempel 3 I stedet for de i eksempel 2 anvendte 1,5 g kaliumbichromat blev der anvendt 1,5 g kaliumchromat. Der blev opnået i hovedsagen samme resultater som i eksempel 2.

Eksempel 4 stedet for de i eksempel 2 anvendte 3 g chromanhydrid blev der anvendt 3 g kaliumchromat. Der blev opnået i hovedsagen samme resulatater.

Eksempel 5 148692 12

Brændingen fandt sted ved 800°C i 5 minutter og den i eksempel 1 omtalte varmebehandling ved 800°C blev udeladt. Der blev opnået i hovedsagen samme resultater som i eksempel 1.

Eksempel 6

Brændingen fandt sted ved 800°C i 5 minutter, og den i eksempel 2 omtalte varmebehandling ved 800°C blev udeladt. Der blev opnået i hovedsagen samme egenskaber som i eksempel 2.

Claims (4)

148692 Patentkrav.

1. Fremgangsmåde til fremstilling af en elektrisk isolerende belægning på en orienteret siliciumholdig stålplade med en overfladebelægning af forsterrit, hvor der på den orienterde siliciumholdige stålplade påføres en vandig belægningsdispersion indeholdende 7-24 vægt% kolloidalt siliciumdioxid og 5-30 vægt% phosphatforbindelse, hvorefter den behandlede siliciumholdige stålplade brændes, kendetegnet ved, at der som phosphatforbindelse anvendes monobasisk magnesium-phosphat, at det monobasiske magnesiumphosphat og det kolloidale siliciumdioxid anvendes i sådanne forholdsvise mængder i dispersionen, at der mellem disse fås et molforhold beregnet som Mg(PC>2 ^iSiC^ på 1:4-3:7, at der i dispersionen desuden fortrinsvis findes 0,01-5 vægt% chromsyreanhydrid, et chromat, et bichromat eller en blanding deraf, og at den belagte siliciumholdige stålplade brændes ved en temperatur på 350-900°C.

2. Fremgansmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at brændingen udføres i en neutral eller svagt oxyderende atmosfære.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 1 eller 2,kendetegne t ved, at brændingen udføres i to trin, idet det første trin udføres ved en temperatur på 350-600°C, og det andet trin udføres ved en temperatur på 800-900°C.

4. Vandig belægningsdispersion til udøvelse af fremgangsmåden ifølge krav 1-3, idet væsentlige bestående af 7-24 vægt% kolloidalt siliciumdioxid og 5-30 vægt% af en phosphatforbindelse og for den resterende dels vedkommende vand, kendetegnet ved, at phosphatforbindelsen udgørs af monobasisk magnesiumphosphat, at det monobasiske magnesiumphosphat og det kolloidale siliciumdioxid anvendes i sådanne forholdsvise mængder, at der mellem disse fås et molforhold beregnet som