KR20240098717A - 방향성 전기강판용 절연피막 조성물, 이의 제조 방법, 이를 이용하여 표면에 절연피막이 형성된 방향성 전기강판 및 이의 제조 방법 - Google Patents
방향성 전기강판용 절연피막 조성물, 이의 제조 방법, 이를 이용하여 표면에 절연피막이 형성된 방향성 전기강판 및 이의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 방향성 전기강판용 절연피막 조성물은, 금속 인산염 100 중량부에 대하여, 콜로이달 실리카 10 내지 250 중량부, 수산화 코발트 0.5 내지 5 중량부 및 파우더 20 내지 170 중량부를 포함한다. 본 발명의 방향성 전기강판용 절연피막 조성물의 제조 방법은 인산(H3PO4)에 금속 산화물, 수산화 코발트 및 파우더를 동시에 투입한 후 가열하여, 금속 인산염 100 중량부에 대하여, 수산화 코발트 0.5 내지 5 중량부, 파우더 20 내지 170 중량부를 포함하는 제1 조성물을 제조하는 단계; 및 제1 조성물에 콜로이달 실리카 10 내지 250 중량부를 혼합하는 단계를 포함한다. 본 발명의 방향성 전기강판용 절연피막 조성물 및 이의 제조 방법에 의하여, 피막장력과 절연 특성이 향상된 방향성 전기강판을 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 방향성 전기강판용 절연피막 조성물, 이의 제조 방법, 이를 이용하여 표면에 절연피막이 형성된 방향성 전기강판 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로, 우수한 피막 강도 및 절연특성을 가지고, 우수한 광택과 유려한 색상을 가지는 방향성 전기강판용 절연피막 조성물, 이의 제조 방법, 이를 이용하여 표면에 절연피막이 형성된 방향성 전기강판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
방향성 전기강판은 일반적으로 실리콘 성분을 다량 포함하는 강판으로서, 압연 방향으로 우수한 자기적 특성을 나타낸다.
방향성 전기강판의 철손을 감소시켜 절연성을 개선하면, 자기적 특성이 더욱 향상되는 것으로 알려져 있다. 현재 상품화되어 있는 방향성 전기강판은 강판과 포스테라이트계 바탕 피막(1차 피막) 위에 형성된 절연피막(2차 피막)의 열팽창계수 차이를 이용하는 것에 의해 강판에 인장응력을 부가함으로써 철손 감소 효과를 도모하고 있다. 이와 관련하여, 방향성 전기강판의 철손을 감소시키는 방법 중 하나로, 표면에 고장력의 절연피막을 형성하는 방법이 활발히 연구되고 있다.
특히, 표면 물성 개선 또는 표면장력 부여에 대하여, 1차 피막 및 절연피막을 형성하는 방식이 제안되었다. 1차 피막으로서 전기강판 소재의 1차 재결정 소둔 과정에서 소재 표면에 생성되는 산화규소(SiO2)와 소둔 분리제로 사용되는 산화마그네슘(MgO)의 반응으로 이루어지는 포스테라이트(2MgO·SiO2) 층이 알려져 있다. 이렇게 고온소둔 중에 형성된 1차 피막은 외관에 결함이 없는 균일한 색상을 가져야 하며, 기능적으로는 코일상태에서 판과 판 사이 융착을 방지하고, 소재와 1차 피막간의 열팽창 계수차이로 인해 소재에 인장응력을 부여하기 때문에 소재의 철손을 개선하는 효과를 가져올 수 있다.
이러한 1차 피막은 기본적으로 소재 표면에 결함이 없는 균일한 색상을 가져야 한다. 그러나, 상업화되는 제품은 대단위 코일형태로 제조되기 때문에 코일 전장에 걸쳐 고른 피막 특성을 유지하기가 매우 어렵다. 이러한 가장 큰 원인은 물을 포함하고 있는 소둔 분리제이다.
즉, 산화마그네슘 슬러리가 강판에 도포되고 코일상태로 감기어 최종 마무리 고온소둔 공정을 거치는 과정에서 소둔로에서 코일로 전달되는 열량이 다르고 이에 따라 코일 위치 및 부위별로 수화수분의 배출량이 달라지기 때문에 최외권부에는 주로 베어스팟이라는 코일 내 수화수분 배출이 너무 빨라서 발생하는 결함 중 하나인 산화성 결함이 발생하게 된다. 특히 통상의 인산염계 장력코팅제로 형성된 2차 피막의 경우, 고투명도에 의한 차폐성 부족으로, 1차 코팅 결함을 그대로 노출하게 된다. 따라서, 양산 공정에서는 노출된 결함 부위를 절사한 뒤 출하함으로써 제품 단가가 상승하게 된다.
이렇게, 2차 피막인 장력 코팅까지 형성된 코일은 적절한 크기로 슬리팅(Slitting)한 후 후프(Hoop) 형태로 공급되는데 그 용도에 따라 적철심형 변압기와 권철심형 변압기로 제작된다. 아울러 변압기 제작시 효율을 향상시키기 위해선 판간 절연성이 매우 중요하며, 일반적으로 코팅 두께를 높이면 절연성은 향상되나 무부하손이 저하되어 궁극적으로는 변압기 효율이 오히려 저하될 수 있다.
이러한 문제를 해결하고, 피막 장력 및 절연성을 향상시키기 위해서, 통상의 코팅제에서는 코팅제 내에 파우더와 같은 불용성 물질이 도입된다. 그러나, 불용성 물질 도입 시 조도와 광택이 저하되고, 피막 형성 후 피막 내 공극 발생 등의 기술적 문제가 대두된다.
따라서, 1차 피막에서 발생하는 산화성 결함을 개선하고, 박막 코팅 두께에서도 절연성이 우수한 유색 2차 피막 제품이 요구되고 있으나, 통상 방향성 전기강판 코팅제의 경우, 이와 같은 조건을 만족하지 못하여, 이에 대한 상용화 기술이 요구되는 실정이다.
아울러 최근 환경 규제 강화에 따라 전기강판에서도 산화크롬이 배제된 코팅제의 개발이 활발하게 진행되고 있는데, 방향성 전기강판 코팅제의 경우 산화크롬 부재에 따른 내식성 및 밀착성 약화를 보강하기 위해 기능기를 가진 콜로이달 실리카가 도입된다. 그러나 인산염 또는 콜로이달 실리카를 주축으로 하는 방향성 코팅제는 여전히 산화크롬의 부재에 따른 내식성 및 밀착성 약화를 극복하기에는 한계가 있다.
방향성전기강판용 비크롬계 장력 코팅제의 경우는 일본특허 특개 2007-23329호에서 공시된 바와 같이 Fe, Al, Ga, Ti 등이 개질 된 콜로이달 실리카를 도입하는 방법 및 국내특허 공개번호 10-2008-0025733호와 같이 Fe, Co, Cu 등의 산화물을 도입하여 내식성과 피막장력을 향상시키는 방법이 제안되고 있으나, 전자의 경우 콜로이달 실리카를 Fe, Al 등과 반응시켜 개질 시키는 과정이 상당히 복잡하며 제조 비용 측면에서도 불리한 점이 많은 반면에 그 효과도 충분하지 않아 산업계에 응용되기는 어려우며, 후자의 경우 전자에 비해 간단하게 이용할 수 있으나 도입된 산화물들이 단순히 코팅제 건조시 발생되는 자유인산을 방지하는 효과에 의해 부수적으로 피막 치밀성이나 피막장력을 향상시키는 메커니즘을 가지고 있어 전반적으로 높은 내식성과 피막장력이 요구되는 고급 방향성 전기강판 수준을 만족시키는 데에는 한계점을 가지고 있다. 따라서 아직까지 모든 물성적인 측면에서 만족할 만한 방향성용 비크롬계 코팅제 상용화 기술은 제안되지 않은 실정이다.
본 발명은 우수한 피막 강도 및 절연특성을 가지고, 우수한 광택과 유려한 색상을 가지는 방향성 전기강판용 절연피막 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 방향성 전기강판을 제공함을 목적으로 한다.
본 발명의 일 견지에 의하면, 금속 인산염 100 중량부에 대하여, 콜로이달 실리카 10 내지 250 중량부, 수산화 코발트 0.5 내지 5 중량부 및 파우더 20 내지 170 중량부를 포함하는 방향성 전기강판용 절연피막 조성물이 제공된다.
본 발명의 다른 견지에 의하면, 인산(H3PO4)에 금속 산화물, 수산화 코발트 및 파우더를 동시에 투입한 후 가열하여, 금속 인산염 100 중량부에 대하여, 수산화 코발트 0.5 내지 5 중량부, 파우더 20 내지 170 중량부 포함하는 제1 조성물 제조하는 단계; 및 제1 조성물에 콜로이달 실리카 10 내지 250 중량부 혼합하는 단계;를 포함하는, 방향성 전기강판용 절연피막 조성물의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 견지에 의하면, 상기 본 발명의 절연피막 조성물을 이용하여 표면에 절연피막이 형성된 방향성 전기강판 및 이의 제조 방법이 제공된다.
본 발명은 방향성 전기강판의 피막장력과 절연 특성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 우수한 자기적 특성을 갖는 방향성 전기강판을 효과적으로 제공할 수 있다.
본 발명은 방향성 전기강판의 절연피막에 미려한 조도를 부여함에 따라 우수한 광택 및 유려한 색상을 부여할 수 있다.
도 1은 종래 방향성 전기강판 내식성 평가를 위해 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 전기강판 내식성 평가를 위해 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 전기강판 내식성 평가를 위해 촬영한 사진이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
일반적으로 크롬계 절연피막 조성물의 주요성분은 피막장력을 부여하는 콜로이달 실리카, 코팅제, 강판 계면에 접착력을 부여하는 금속 인산염, 산화크롬 그리고 이외 기능성을 보강하기 위한 미량의 첨가제 등으로 구성된다. 그런데, 이러한 구성에서 산화크롬이 배제되면 건조속도가 저하되고, 이로 인해 절연성 및 코팅에 의한 장력 부여능이 저하되게 된다.
크롬계 절연피막 조성물에서는 피막건조시 6가크롬(Cr6+)이 코팅제 내에 존재하는 물과 반응하여 H2CrO4 화합물로 변하며, H2CrO4는 강판에 존재하는 Fe와 반응하여 FeO를 생성한다. 따라서 FeO와 금속 인산염이 반응할 수 있는 상태가 된다. 이러한 작용은 강판과 코팅제 간의 밀착성을 향상시키는데 많은 도움을 주며, 결과적으로 피막장력의 향상에 도움이 된다. 뿐만 아니라, 6가크롬(Cr6+)은 생성된 FeO와도 반응하여 3가크롬(Cr3+)으로 환원되기도 하며 환원된 3가크롬(Cr3+)의 축합중합에 의해 피막치밀성을 높일 수 있고, 이는 피막장력 향상에 지대한 영향을 미친다.
크롬(Cr)을 함유하고 있는 절연피막 형성 조성물에서, 하기 식 (1)과 같이, 산화크롬은 피막 건조 후 밀착성 불량을 일으키는 자유인산 발생을 억제함은 물론 저온에서도 인산염의 반응성을 향상시킨다.
CrO3 + 2H3PO4 → Cr(PO4)2 + 6H2O (1)
따라서, 산화크롬을 배제한 절연피막 형성 조성물의 내식성 및 밀착성 저하를 해결하는 것이 필요하다.
본 발명에서는 비크롬계이면서 인산염을 포함하는 절연피막 형성 조성물에서 발생할 수 있는 흡습성 및 내식성 저하의 문제를 수산화 크롬과 나노 또는 마이크로 단위의 미립 카본블랙 및 클레이를 도입하여 해결하였다. 본 발명은 수산화 코발트가 첨가된 금속 인산염과 콜로이달 실리카를 기본으로 하고 나노 또는 마이크로 단위의 미립 카본블랙(Carbon Black)과 클레이(Clay) 파우더를 포함함으로써 유색의 미려한 표면 특성과 통상 코팅두께 보다 박막으로 처리한 후에도 절연이 우수한 비크롬계 방향성 전기강판용 절연피막 조성물, 이의 제조 방법, 이를 이용하여 표면에 절연피막이 형성된 방향성 전기강판 및 이의 제조 방법을 제공한다.
인산염을 다량 포함한 방향성 전기강판용 절연피막 조성물을 사용하여 표면 코팅한 후 시간이 지나면 자유인산에 의한 흡습성, 발분 및 내식성 저하가 발생한다. 따라서 자유인산에 의한 표면결함을 줄이기 위해서는 순수한 인산염과 금속산화물이 적당한 몰비로 제조되어져야 함을 물론이고 절연피막 조성물 내에 인산염이 차지하는 비율은 매우 중요하다.
본 발명에서는 상기에서 설명한 바와 같이 금속 인산염 100 중량부에 대하여, 고형분 기준으로 수산화 코발트를 0.5 내지 5 중량부 첨가하여 자유 인산을 억제하였으며, 또한 파우더를 20 내지 170 중량부 첨가하여 치밀한 피막을 형성시킴을 확인하였다. 궁극적으로 산화크롬과 인산과의 반응에 의한 자유인산의 억제 기능을 수산화 코발트와 파우더가 대체하는 것으로 밝혀졌다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방향성 전기강판용 절연피막 조성물은, 금속 인산염 100 중량부에 대하여, 콜로이달 실리카 10 내지 250 중량부, 수산화 코발트 0.5 내지 5 중량부 및 파우더 20 내지 170 중량부를 포함할 수 있다.
콜로이달 실리카는 코팅 후 피막건조시 분자내 네트워크 반응으로 피막 자체의 강도와 경도를 높이며 이로 인해 피막에 의한 소재내 장력을 인가하는 역할을 한다. 콜로이달 실리카로는 다양한 콜로이달 실리카를 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어, 상용화된 콜로이달 실리카를 사용할 수 있다. 더욱 구체적으로 염기성 콜로이달 실리카를 사용할 수 있다.
일반적으로, 방향성 전기강판용 절연피막 조성물은 피막 형성 후 내식성을 보강하기 위한 산화크롬과 피막의 조도 및 도포성을 조절하는 고체 실리카 등을 함께 포함한다.
방향성 전기강판용 절연피막 조성물은 고형분 기준으로, 금속 인산염 100 중량부에 대하여 콜로이달 실리카를 10 내지 250 중량부 포함할 수 있다. 콜로이달 실리카를 10 중량부 미만 포함하는 경우, 콜로이달 실리카로 인한 장력 향상 효과를 충분히 얻을 수 없는 문제가 있고, 콜로이달 실리카를 250 중량부 초과 포함하는 경우, 상대적으로 금속 인산염의 양이 줄어들어, 절연 피막의 밀착성이 열위되는 문제가 있다. 더욱 구제척으로, 방향성 전기강판용 절연피막 조성물은 고형분 기준으로, 금속 인산염 100 중량부에 대하여 콜로이달 실리카를 100 내지 200 중량부 포함할 수 있거나, 또는 125 내지 175 중량부 포함할 수 있다.
콜로이달 실리카는 피막의 건조 과정에서 하기 식 (2)와 같이 실리카의 연쇄반응에 의한 축합반응이 일어나며 -(HO-Si-O-Si)-n와 같이 네트워크 구조를 형성한다.
-(HO-Si-OH-)n + -(HO-Si-OH-)n = -(HO-Si-O-Si-)n + H2O
(2)
그러나, 콜로이달 실리카를 포함하는 전기강판용 절연피막 형성 조성물은 지나치게 균일한 네트워크 구조를 형성할 수 있고, 이로 인해 피막 치밀성에는 한계를 보일 수 있다. 따라서, 전기강판 소재와 절연피막 형성 조성물 간의 밀착성과 내식성을 부여하는 데 한계가 있으며, 이를 보강하기 위해 금속 인산염 및 산화크롬을 포함할 수 있다.
콜로이달 실리카는 입도가 7 내지 40nm일 수 있다. 입도가 7nm 미만인 경우, 코팅제내 다른 성분과 상용성이 저하되어 코팅제의 점도를 증가하는는 문제가 있고, 입도가 40nm 초과인 경우, 피막의 치밀성이 감소되어 내식성이 감소할 수 있다.
콜로이달 실리카의 고체 분율은 25 내지 55중량%일 수 있다. 고체 분율이 25중량% 미만인 경우, 절연성 저하 문제가 발생할 수 있고, 고체 분율이 55중량% 초과인 경우, 코팅제 제조 후 상용성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, 콜로이달 실리카의 고체 분율은 45 내지 50중량%일 수 있다.
콜로이달 실리카의 Na+ 함량은 0.1 내지 1.0중량% 일 수 있다. Na+ 함량이 0.1중량% 미만인 경우, 피막의 치밀성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, Na+ 함량이 1.0중량% 초과인 경우, 절연피막 형성 조성물 내의 양이온 증가로 성분간 상용성이 저해되는 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, Na+ 함량은 0.3 내지 0.7중량%일 수 있다.
콜로이달 실리카의 pH는 9.5 내지 10.5일 수 있다. pH가 9.5 미만이거나, 10.5 초과인 경우, 절연피막 형성 조성물 내의 콜로이달 실리카 이외의 성분의 pH 차이가 극심하여 상분리 현상이 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, pH는 9.5 내지 10.0일 수 있다.
콜로이달 실리카의 점도는 3.5 내지 6.5cp일 수 있다. 점도가 3.5cp 미만인 경우, 코팅제의 도포성에 문제가 발생할 수 있고, 6.5cp 초과인 경우, 장시간 사용시 증점이 되어 시효성 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, 콜로이달 실리카의 점도는 4 내지 6cp일 수 있다. 콜로이달 실리카의 점도는 콜로이달 실리카 30중량% 고형분을 기준으로 20℃의 온도에서 브룩필드 점도계로 측정할 수 있다.
콜로이달 실리카의 비중은 1.1 내지 1.3일 수 있다. 비중이 1.1 미만인 경우, 절연피막 형성 조성물의 도포량 제어가 어려울 수 있고, 비중이 1.3 초과인 경우, 절연피막 형성 조성물 제조 후 침강 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, 콜로이달 실리카의 비중은 1.15 내지 1.25일 수 있다.
금속 인산염은 절연피막 형성 조성물 내에서 바인더 역할을 한다. 금속 인산염은 순수한 인산(H3PO4)에 금속 산화물을 첨가하여 80℃ 이상에서 반응시키는 제조 과정이 필수적이며, 금속 인산염의 밀착성을 향상시키기 위해서 반응 과정에서 붕산을 추가로 첨가하고 3시간 이상 유지함으로써 마그네슘 금속 인산염과 붕산의 축합반응을 유도할 수 있다. 제조된 금속 인산염은 강한 산성을 띈다.
금속 인산염은 고형분을 50 내지 70중량% 포함할 수 있다. 고형분이 50중량% 미만인 경우, 금속 인산염 내에 자유 인산이 증가하여 금속 인산염 제조 후 표면 흡습이 발생할 수 있으며, 고형분이 70중량% 초과인 경우, 순수 인산 대비 고형분의 과잉으로 반응 불량 및 석출이 발생할 수 있다.
금속 인산염 및 금속 산화물은 다양한 금속을 제한 없이 포함할 수 있다.
구체적으로, 금속 산화물은 산화마그네슘(MgO) 및 산화알루미늄(Al2O3) 중 1종 이상을 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 금속 산화물은 산화마그네슘(MgO) 및 산화알루미늄(Al2O3)을 포함할 수 있다.
또한, 구체적으로 금속 인산염은 제1인산 마그네슘(Mg(H2PO4)2) 및 제1인산 알루미늄(Al(H2PO4)3) 중 1종 이상 포함할 수 있다. 더욱 구체적으로, 금속 인산염은 제1인산 마그네슘(Mg(H2PO4)2) 및 제1인산 알루미늄(Al(H2PO4)3)을 포함할 수 있다.
이 경우, 금속 인산염은, 고형분 기준으로, 전체 100 중량부에 대하여 제1인산 알루미늄 10 내지 40 중량부 및 제1인산 마그네슘 60 내지 90 중량부를 포함할 수 있다. 금속 인산염이 제1인산 알루미늄을 10 중량부 미만 포함하는 경우, 제1인산 알루미늄 첨가에 의한 장력 향상 효과가 충분치 않을 수 있고, 제1인산 알루미늄을 40 중량부 초과 포함하는 경우, 알루미늄 성분이 실리카의 결정화를 증가시켜 절연 피막 내 균열을 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 금속 인산염은, 고형분 기준으로, 전체 100 중량부에 대하여 제1인산 알루미늄 15 내지 35 중량부 및 제1인산 마그네슘 65 내지 85 중량부를 포함할 수 있고, 더욱 구체적으로 제1인산 알루미늄 20 내지 30 중량부 및 제1인산 마그네슘 70 내지 80 중량부를 포함할 수 있다.
한편, 콜로이달 실리카와 금속인산염을 주성분으로 하는 코팅제의 경우 산화크롬을 배제했을때 상기에서 언급한 바와 같이 자유인산에 의한 표면 밀착성 또는 분말형태의 석출이 문제가 된다. 따라서 본 발명에서는 이러한 문제를 해결하고 식(1)에서와 같이 산화크롬과 자유인산의 반응을 대신하는 물질을 찾고자 광범위한 금속산화물 또는 수산화물을 적용하여 그 효과를 검증하였다. 사용된 물질로는 인산 코발트 수화물(Cobalt phosphate hydrate), 산화니켈(Nickel oxide), 과산화스트론튬(strontium peroxide), 산화철(Iron oxide), 산화구리(Copper oxide), 이산화망간(Manganese oxide), 수산화 코발트(Cobalt hydroxide), 수산화스트론튬(Strontium hydroxide), 구연산 철 수화물(Iron citrate hydrate), 수산화니켈(Nickel hydroxide), 구연산 철 암모늄(Ammonium Ferric citrate), 이산화게르마늄(Germanium dioxide), 산화나이오븀(Niobium oxide), 산화몰리브덴(Molybdenum oxide), 산화바륨(Barium oxide), 산화란탄륨(Lanthanum oxide), 산화탄탈럼(Tantalum oxide), 산화이트륨(Yttrium oxide) 등이 있으며, 수산화 코발트(cobalt hydoroxide)가 산화크롬을 대신하여 자유인산의 석출 및 피막의 치밀성을 개선하는 효과가 가장 좋은 것을 확인하였다.
본 발명의 방향성 전기강판용 절연피막 조성물은 금속 인산염 100 중량부에 대하여 수산화 코발트를 고체중량비로 0.5 내지 5 중량부, 특히 2 중량부 포함할 수 있다. 방향성 전기강판용 절연피막 조성물이 수산화 코발트를 0.5 중량부 미만 또는 5 중량부 초과 포함하는 경우, 방향성 전기강판은 물성 향상을 기할 수 없는 문제가 있다.
파우더는 피막의 치밀성, 차폐성 및 피막 장력을 향상시킬 수 있다. 여기서, 치밀성을 향상시킨다는 것은 피막의 치밀성을 높여 내식성을 향상시키는 것을 의미하며, 차폐성은 향상시킨다는 것은 투명도를 낮추어 색상과 차폐 성능을 높이는 것을 의미하며, 또한 피막장력을 향상시킨다는 것은 파우더의 낮은 열팽창계수를 이용해 형성되는 피막의 열팽창 계수를 낮추어 소재에 인장응력을 부여한다는 것을 의미한다.
방향성 전기강판용 절연피막 조성물은 파우더를 고형분 기준으로, 금속 인산염 100 중량부에 대하여 20 내지 170 중량부 포함할 수 있다. 방향성 전기강판용 절연피막 조성물이 파우더를 금속 인산염 100 중량부에 대해 20 중량부 미만 포함하는 경우, 피막형성 후 피막내 공극은 거의 발생되지 않는 장점이 있으나, 피막 색상이 옅고 투명도가 높아져 1차 피막을 차폐하는 효과가 현저히 떨어질 수 있다. 또한 피막에 의해 소재에 의해 인가되는 장력이 미미하여 피막장력에 의한 철손개선 효과를 기대할 수 없다. 절연피막 형성 조성물이 파우더를 금속 인산염 100 중량부에 대해 170 중량부 초과 포함하는 경우, 절연피막 형성 조성물 내 고체 분율이 높아져 파우더 간 응집과 침강 현상이 발생할 수 있음은 물론 피막형성 후 파우더 계면에 공극이 형성되어 피막장력 및 절연성이 현저히 저하된다. 따라서 구체적으로, 방향성 전기강판용 절연피막 조성물은 파우더를 고형분 기준으로, 30 내지 80 중량부, 더욱 구체적으로, 40 내지 60 중량부 포함할 수 있다.
파우더는 점토 및 탄화물을 포함할 수 있으며, 구체적으로, 상기 점토는 Al, Si, Mg, Na, Ca, K 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 성분을 포함할 수 있고, 상기 탄화물은 탄소(C)일 수 있다. 더욱 구체적으로, 점토는 몬모릴로나이트(Montmorillonite)일 수 있고, 탄화물은 카본블랙 (Carbon Black) 일 수 있다.
점토는 Al을 15 내지 45중량%, Si을 40 내지 70 중량%, Mg을 0.1 내지 5중량%, Fe을 1 내지 10중량% 포함할 수 있다.
점토가 Al을 15중량% 미만 포함하는 경우, 피막탄성율이 낮아져 피막장력 효과를 볼 수 없으며, 45중량% 초과 포함하는 경우, 전기전도도가 높아져 피막 절연성이 저하된다. 점토가 Si을 40중량% 미만 포함하는 경우, 열팽창계수 차이에 의해 피막장력 향상 효과를 볼 수 없으며, 70중량% 미만 포함하는 경우, 피막경도가 높아져 소재의 가공성이 현저히 저하된다. 점토가 Mg을 0.1중량% 미만 포함하는 경우, 코팅용액내 물과 파우더간의 친화성이 저하되어 코팅용액내 파우더의 균일분산이 저하되며, 5중량% 초과 포함하는 경우, 피막 탄성율이 저하되어 피막장력 향상의 효과를 볼 수 없다. 또한 점토가 Fe을 1중량% 미만 포함하는 경우, 피막형성 후 내열특성이 저하되며, 10중량% 초과 포함하는 경우, 파우더 비중을 높여 파우더의 침강을 가속시키며, 피막의 내식성을 저하시킨다.
점토 및 탄화물의 총 질량을 기준으로 상기 점토는 5 중량% 내지 95 중량%일 수 있다. 점토의 비율이 5중량% 미만인 경우, 피막의 투명도가 높아져 1차 피막 차폐 효과가 현저히 떨어질 수 있고, 점토의 비율이 95중량% 초과인 경우, 피막의 경도를 과도하게 증가시켜 제품의 가공성을 저하시킬 수 있다. 구체적으로, 점토 및 탄화물의 총 질량을 기준으로 상기 점토의 비율은 7중량% 내지 93중량%일 수 있다.
점토 및 탄화물의 평균 입도는 101nm 내지 106nm 일 수 있다. 점토 및 탄화물의 평균 입도가 101nm 미만인 경우, 입자 자체의 정전기적 인력 때문에 용액에 골고루 분산되기 어렵고, 106nm 초과인 경우, 용액 내에서 침강 현상이 빠르게 일어나므로 적절한 성능 발휘가 곤란한 문제가 있다.
전술한 성분 외에도 절연피막 형성용 조성물은 용제를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방향성 전기강판용 절연피막 조성물의 제조 방법은, 인산(H3PO4)에 금속 산화물, 수산화 코발트 및 파우더를 동시에 투입한 후 가열하여, 금속 인산염 100 중량부에 대하여, 수산화 코발트 0.5 내지 5 중량부, 파우더 20 내지 170 중량부 포함하는 제1 조성물 제조하는 단계 및 제1 조성물에 콜로이달 실리카 10 내지 250 중량부 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
이하에서는 각 단계별로 구체적으로 설명한다.
인산과 금속 산화물의 반응이 먼저 진행된 후에 수산화 코발트와 파우더를 투입하는 경우에는, 금속 인산염이 제조된 후에 금속 인산염의 점도가 급격히 증가하게 되므로, 여기에 수산화 코발트와 파우더를 도입하여 혼합을 유도하더라도 수산화 코발트가 인산염에 용해되지 못하며 또한 파우더가 금속 인산염 내에 고르게 분산되지 못하고 입자들끼리 서로 뭉치는 현상이 발생하게 된다.
본 발명의 일 실시예에서는, 인산에 금속 산화물과 수산화 코발트 및 파우더를 동시에 투입하여 인산과 금속 산화물의 반응을 진행시킴으로써, 아직 반응이 진행되지 않아 인산의 점도가 낮은 상태에서 수산화 코발트와 파우더가 투입되므로 교반에 의해 유도된 유동에 따라 매우 균일한 인산염/코발트/파우더 혼합상을 형성하게 되고, 점점 점도가 높은 금속 인산염/코발트/파우더 균일 혼합상으로 진전되므로, 코팅 조성물 내 파우더의 분산성을 향상시킬 수 있어 피막의 차폐성을 크게 향상시킬 수 있다. 이하, 인산염/코발트/파우더 균일 혼합상을 제1 조성물이라고 한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 인산(H3PO4)에 금속 산화물, 수산화 코발트 및 파우더를 동시에 투입한 후 가열하여, 금속 인산염 100 중량부에 대하여, 수산화 코발트 0.5 내지 5 중량부, 파우더 20 내지 170 중량부 포함하는 제1 조성물을 제조한다.
제1 조성물을 제조하는 단계에서 가열 온도는 80℃ 이상일 수 있다. 가열 온도가 80℃ 미만인 경우, 금속 산화물 및 수산화 코발트와 인산 반응이 원할하지 못해 금속 인산염 형성이 어렵고 이러한 상황에선 교반을 진행하더라도 금속 인산염 내에 파우더가 균일한 혼합상을 이루지 못하고, 입자들끼리 뭉치는 현상이 발생할 수 있다.
금속 산화물, 금속 인산염, 파우더, 파우더에 포함되는 산화물 및 탄소계 화합물에 대한 설명 및 이들의 함량에 대한 설명은 전술한 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물과 관련하여 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 상기 제1 조성물에 콜로이달 실리카 10 내지 250 중량부를 혼합할 수 있다.
콜로이달 실리카 및 산화크롬에 대한 설명 및 이들의 함량에 대한 설명은 전술한 전기강판의 절연피막 형성용 조성물과 관련하여 설명하였으므로, 중복되는 설명은 생략한다.
콜로이달 실리카는 염기성을 띄고, 금속 인산염은 산성을 띄게 되며, 이들을 혼합할 시, 두 성분의 현저한 pH 차이에 의한 일시적인 겔화 현상이 발생하며, 이는 치밀한 피막을 형성하는 것을 방해하게 된다.
본 발명의 일 실시예에서는 수산화 코발트를 완충제로 사용하여 콜로이달 실리카를 중화하는 역할을 한다.
본 발명이 일 실시예에 의한 전기강판은 전기강판 기재 및 상기 전기강판 기재의 일면 또는 양면 상에 위치하는 절연피막을 포함하고, 상기 절연피막은 표면 조도(Ra)가 0.5㎛이하이고, 피막 투명도가 20% 이하일 수 있다.
전기강판 기재는 절연피막이 별도로 형성되지 않은 무방향성 전기강판 또는 1차 피막을 가지는 통상의 방향성 전기강판 또는 1차피막을 형성하지 않는 글라스리스 형태의 방향성 전기강판일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 전기강판 기재의 성분과는 무관하게 절연피막 조성물 및 절연피막의 특징에 의해 효과가 나타난다. 보충적으로 방향성 전기강판 기재의 성분에 대해 설명하면 다음과 같다.
방향성 전기강판 기재는 실리콘(Si): 2.0 내지 7.0 중량%, 알루미늄(Al): 0.020 내지 0.040 중량%, 망간(Mn): 0.01 내지 0.20 중량%, 인(P) 0.01 내지 0.15 중량%, 탄소(C) 0.01 중량% 이하(0%를 제외함), N: 0.005 내지 0.05 중량% 및 안티몬(Sb), 주석(Sn), 또는 이들의 조합을 0.01 내지 0.15 중량% 포함하고, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 방향성 전기강판 기재의 각 성분에 대한 설명은 일반적으로 알려진 내용과 같으므로, 자세한 설명은 생략한다.
방향성 전기강판 기재 및 절연피막 사이에는 2차 재결정 과정에서 소둔 분리제 및 강판의 산화층과 반응하여 형성된 금속 산화물층(베이스 코팅층, 1차 피막)이 존재할 수 있다. 금속 산화물층의 예로는 포스테라이트층이 있다. 방향성 전기강판의 제조 과정에서 금속 산화물층의 형성을 억제하거나, 또는 금속 산화물층을 제거하여, 방향성 전기강판 기재 및 절연피막이 맞닿는 것도 가능하다.
절연피막의 표면조도가 너무 높을 경우, 변압기 제조를 위한 소재 적층시 점적율이 증가하여 변압기 효율이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 본 발명의 방향성 전기강판용 절연피막 조성물로 형성된 절연피막은 우수한 표면조도를 가질 수 있다. 예를 들어, 절연피막은 표면조도(Ra)가 0.5㎛ 이하일 수 있다.
또한, 절연피막은 피막 투명도가 20% 이하일 수 있다. 피막 투명도는 반사광 측정법 (Reflectometry)에 의해 측정되는데, 시편에 대한 입사광의 세기(Ii)에 대한 반사광의 세기(Ir)의 절대 세기 비(Ir/Ii), 또는 (1/Rabs)의 역수로 정의된다. 즉, 피막투명도 1/Rabs= Ir/Ii이며, 피막의 투과율이 높아 입사광이 대부분이 반사되면 피막투명도는 100%에 가깝고, 반면에 피막 투과율이 낮아 입사광 대부분이 피막에 의해 흡수 또는 산란되면 피막투명도는 0%에 가깝다. 피막 투명도가 20% 이하인 경우에는, 피막이 불투명하고 외부에서 입사된 광원이 피막에 대부분 흡수 또는 산란되어 피막 하지의 시편 본래 색상을 구분할 없어 우수한 차폐 효과가 있다. 반대로, 피막 투명도가 20%를 초과하는 경우에는, 차폐성이 열위하여 피막 하지의 시편 본래 색상을 구분할 수 있으므로 본 발명의 목적을 달성할 수 없다. 구체적으로, 피막 투명도는 19% 이하일 수 있고, 더욱 구체적으로 10% 이하일 수 있다.
본 발명의 방향성 전기강판용 절연피막 조성물 제조 단계에서 점토 및 탄화물의 혼합 순서 및 혼합 양을 조절함으로써, 전술한 피막 투명도 값을 얻을 수 있다.
절연피막은 중량%로, P: 6.0 내지 45%, Si: 11 내지 80%, Cr: 0.5 내지 7%, Ti: 3 내지 30%, N: 1.5 내지 25%, C: 1.5 내지 25% 및 잔부 산소 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
절연피막은 인(P)을 6.0 내지 45 중량% 포함할 수 있다. 인(P)은 절연피막 조성물 내의 금속 인산염, 탄화물 및 질화물로부터 유래되거나, 전기강판 기재로부터 확산될 수 있다. 인(P)을 6.0중량% 미만 포함하는 경우, 코팅제의 밀착성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 45중량% 초과 포함하는 경우, 피막 형성후 피막이 끈끈해지는 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, 절연피막은 인(P)을 10 내지 30중량% 포함할 수 있다.
절연피막은 실리콘(Si)을 11 내지 60중량% 포함할 수 있다. 실리콘(Si)은 절연피막 조성물 내의 콜로이달 실리카, 탄화물 및 질화물로부터 유래되거나, 전기강판 기재로부터 확산될 수 있다. 실리콘(Si)을 11중량% 미만 포함하는 경우, 실리콘에 의한 피막장력 효과가 저하될 수 있고, 60중량% 초과 포함하는 경우, 피막의 경도가 너무 높아 가공성이 떨어질 수 있다. 더욱 구체적으로, 절연피막은 실리콘(Si)을 20 내지 40중량% 포함할 수 있다.
절연피막은 코발트(Co)를 0.5 내지 7중량% 포함할 수 있다. 코발트(Co)는 절연피막 조성물 내의 산화크롬으로부터 유래되거나, 전기강판 기재로부터 확산될 수 있다. 코발트(Co)를 0.5중량% 미만 포함하는 경우, 내식성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 7중량% 초과 포함하는 경우, 코팅제의 점도가 높아져 도포성에 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, 절연피막은 크롬(Cr)을 1 내지 6 중량% 포함할 수 있다.
절연피막은 탄소(C)를 1.5 내지 25중량% 포함할 수 있다. 탄소(C)는 절연피막 조성물 내의 탄화물 및 점토로부터 유래되거나, 절연피막 형성 과정에서 전기강판 기재로부터 확산될 수 있다. 탄소를 1.5중량% 미만 포함하는 경우, 피막의 투명도가 높아져 차폐성이 낮아지는 문제가 발생할 수 있고, 25중량% 초과 포함하는 경우, 피막 형성후 표면에 재(ash)가 형성되는 문제가 발생할 수 있다. 더욱 구체적으로, 절연피막은 탄소(C)를 5 내지 15 중량% 포함할 수 있다.
절연피막은 잔부 산소(O)를 포함할 수 있다. 전술한 Si, P, Cr, Fe외에 원소를 더 포함할 수 있으며, 이 경우 산소(O)를 대체하여 포함한다. 구체적으로 절연피막은 산소는 35 내지 75중량% 포함할 수 있다.
절연피막은 Al: 1.5 내지 12 중량% 또는 Mg: 4.5 내지 34 중량% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
전술한 Al, Mg 등은 절연피막 조성물에 첨가되는 금속 인산염으로부터 유래될 수 있고, B는 절연피막 조성물에 첨가되는 붕소로부터 유래될 수 있다. 전술한 범위로 Al, Mg를 더 첨가할 시, 밀착성이 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기강판의 제조 방법은 전기강판 기재의 일면 또는 양면 상에 절연피막 조성물을 도포하는 단계; 및 상기 방향성 전기강판용 절연피막 조성물이 도포된 강판을 건조하여 절연피막을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 도포하는 단계 이전에, 상기 방향성 전기강판용 절연피막 조성물을 10 내지 30℃ 온도에서 보관할 수 있다. 10℃ 미만의 온도에서 보관하는 경우, 점도가 증가하여, 균일한 도포량을 관리하기 어려워질 수 있고, 30℃ 초과의 온도에서 보관하는 경우, 절연피막 형성용 조성물의 겔화 현상이 가속화되어 표면 품질이 저하될 수 있다. 더욱 구체적으로 방향성 전기강판용 절연피막 조성물을 15 내지 25℃ 온도에서 보관할 수 있다.
상기 도포하는 단계에서 상기 절연피막 형성용 조성물을 0.5 내지 6.0g/m2 범위로 도포할 수 있다. 0.5g/m2 미만 도포하는 경우, 절연피막이 부여하는 장력이 약해질 수 있고, 6.0g/m2 초과 도포하는 경우, 절연피막이 너무 두꺼워지고, 강판과의 밀착성 및 전기강판 제품의 점적률이 열위될 수 있다. 더욱 구체적으로, 상기 절연피막 형성용 조성물을 1.0 내지 5.0g/m2 범위로 도포할 수 있다.
상기 절연피막을 형성하는 단계에서 건조는 550 내지 900℃에서 10 내지 50초간 진행될 수 있다. 상기 온도 및 시간 범위 외에서 건조하는 경우, 피막 미건조에 의한 밀착성 저하 현상이 발생하거나 피막 과건조에 의한 산화변색의 문제가 발생할 수 있다.
실시예
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
중량비로 Si: 3.1%를 함유하고, 판 두께 0.23mm 마무리 소둔 된 1차 피막을 가지고 있는 방향성 전기강판 (300×60mm)을 기재로 준비하였다.
하기 표 1에 정리된 성분 및 물 100 중량부를 포함하는 방향성 전기강판용 절연피막 조성물을 준비하였다. 제조 방법은 수산화 코발트를 포함하거나 (A) 포함하지 않은(B, C) 금속 인산염에 대하여, 파우더를 투입한 후 가열하여, 제1 조성물을 제조한 후, 제1 조성물에 콜로이달 실리카를 투입하고 혼합하여 제조한 후 통상의 장력코팅제(D)와 비교하였다.
파우더는 점토로 몬트모릴로나이트 및 탄화물로 카본 블랙을 포함하는 것을 사용하였다.
제조된 방향성 전기강판용 절연피막 조성물을 기재에 4g/m2 도포한 후, 850℃에서 30초 동안 건조시켰다. 내식성은 5%, 35℃, NaCl 용액에 8시간 동안 시편의 녹 발생 유무를 평가하는 것으로써 본 시험에서는 녹 발생면적이 5% 이하일 경우 우수, 20% 이하일 경우 양호, 20-50%일 경우 약간 불량, 50% 이상에서는 불량으로 표시하였다.
이상과 같은 평가 방법에 의해 시험편들의 피막물성을 평가하였으며 표 1에 결과를 나타내었다.
| 코팅제 구분 |
구분 | 금속인산염 (100g) |
파우더 (g) | 콜로이달 실리카 (g) |
수산화 코발트 (g) |
산화 크롬 (g) |
용액 균일성 |
밀착성 | ||
| Mg인산염 | Al인산염 | 점토 | 탄화물 | |||||||
| A | 비교예 1 | 75 | 25 | 1 | 12 | 150 | - | - | 겔화 | 불량 |
| 비교예 2 | 4 | 9 | 겔화 | 불량 | ||||||
| 비교예 3 | 9 | 4 | 겔화 | 불량 | ||||||
| 비교예 4 | 12 | 1 | 겔화 | 불량 | ||||||
| B | 비교예 5 | 75 | 25 | 4 | 46 | 150 | 0.25 | - | 양호 | 불량 |
| 비교예 6 | 15 | 35 | 양호 | 불량 | ||||||
| 비교예 7 | 35 | 15 | 양호 | 불량 | ||||||
| 비교예 8 | 46 | 4 | 양호 | 불량 | ||||||
| C | 발명예 1 | 75 | 25 | 4 | 46 | 150 | 2.5 | - | 양호 | 양호 |
| 발명예 2 | 15 | 35 | 양호 | 양호 | ||||||
| 발명예 3 | 35 | 15 | 양호 | 양호 | ||||||
| 발명예 4 | 46 | 4 | 양호 | 양호 | ||||||
| D | 비교예 9 | 75 | 25 | 150 | 5 | 양호 | 양호 | |||
* : 코팅용액 균일성은 용액직후 용액내 파우더 분산상태를 양호/불량으로 판단
시편에 형성된 절연 피막의 조성을 정리하여 하기 표 2에 나타내었다.
| 구분 | P | Si | Co | Al | Mg | Fe | C |
| 비교예 1 | 27.7 | 28.5 | 2.8 | 7.3 | 20.9 | 0.03 | 12.8 |
| 비교예 2 | 27.7 | 30.4 | 2.8 | 8.3 | 20.8 | 0.11 | 10.0 |
| 비교예 3 | 27.7 | 33.8 | 2.8 | 10.0 | 21.0 | 0.25 | 4.4 |
| 비교예 4 | 27.7 | 35.9 | 2.8 | 11.0 | 21.0 | 0.33 | 1.11 |
| 비교예 5 | 20.0 | 21.5 | 2.0 | 5.9 | 14.8 | 0.08 | 36.15 |
| 비교예 6 | 20.0 | 26.9 | 2.0 | 8.5 | 14.9 | 0.30 | 27.7 |
| 비교예 7 | 20.0 | 36.7 | 2.0 | 13.4 | 15.3 | 0.70 | 12.0 |
| 비교예 8 | 20.0 | 42.2 | 2.0 | 16.1 | 15.4 | 0.92 | 3.21 |
| 발명예 1 | 25.0 | 12.5 | 2.5 | 4.0 | 6.8 | 0.14 | 66.56 |
| 발명예 2 | 25.0 | 22.3 | 2.5 | 8.9 | 7.1 | 0.55 | 51.2 |
| 발명예 3 | 25.0 | 40.6 | 2.5 | 18.0 | 7.5 | 1.30 | 22.4 |
| 발명예 4 | 25.0 | 51.0 | 2.5 | 23.1 | 7.8 | 1.73 | 6.03 |
| 비교예 9 | 32.0 | 32.3 | 3.5 | 8.1 | 24.2 | - | - |
| 제조방법 | 구분 | 절연성 a(mA) |
피막 투명도 G(%) |
피막내 공극 발생유무 |
내식성(%) | 코팅장력 (kgf/mm2) |
SRA 후 코팅장력 (kgf/mm2) |
| A |
비교예 1 | 262 | 21 | X | 7.2 | 0.21 | 0.20 |
| 비교예 2 | 238 | 26 | X | 7.4 | 0.23 | 0.22 | |
| 비교예 3 | 272 | 29 | X | 6.5 | 0.29 | 0.27 | |
| 비교예 4 | 202 | 33 | X | 9.4 | 0.31 | 0.29 | |
| B |
비교예 5 | 33 | 9 | X | <0.1 | 0.35 | 0.36 |
| 비교예 6 | 12 | 11 | X | <0.1 | 0.65 | 0.62 | |
| 비교예 7 | 11 | 12 | X | <0.1 | 0.72 | 0.70 | |
| 비교예 8 | 5 | 13 | X | <0.1 | 0.88 | 0.84 | |
| C |
발명예 1 | 11 | 11 | O | 3.2 | 0.35 | 0.34 |
| 발명예 2 | 9 | 11 | O | 5.5 | 0.38 | 0.35 | |
| 발명예 3 | 7 | 12 | O | 3.3 | 0.40 | 0.37 | |
| 발명예 4 | 5 | 19 | O | 4.8 | 0.42 | 0.39 | |
| D | 비교예 9 | 250 | 95 | X | 4.5 | 0.33 | 0.25 |
내식성은 5 중량%, 35℃, NaCl 용액에 8시간 동안 시편의 녹 발생 면적을 평가하여 기록하였다.
피막 장력은 양면 중 일면에 형성된 절연 피막을 제거하고, 잔존하는 표면에 형성된 절연 피막에 의한 인장응력 부가로 한 쪽 방향으로 휘게 하고, 휨 정도에 필요한 힘을 측정하여, 절연 피막에 의한 피막 장력을 평가하였다.
절연성은 300PSI 압력 하에서 입력 0.5V, 1.0A의 전류를 통하였을 때의 수납 전류 값으로 측정하였다.
피막 투명도는 반사광 측정법 (Reflectometry)에 의해 측정하였다.
표 1 내지 표 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 절연 피막의 조성이 15~45중량%, Si 40~70중량%, Mg 0.1~5중량%, Fe 1~10중량%이고, 수산화 코발트를 포함하는 경우, 절연성, 피막 차폐성, 내식성, 피막 장력 및 SRA후 피막장력이 전체적으로 향상됨을 확인할 수 있다.
특히, 발명예 3의 경우, 점토를 35g 및 탄화물을 15g 포함하는 파우더를 첨가하였는데, 이 경우, 응력제거소둔(Stress Relieving Annealing, SRA) 전/후의 피막 장력 및 피막 차폐율이 비교예 뿐 아니라 다른 실시예들과 비교하여도 매우 우수한 것을 확인할 수 있으며, SRA후 피막도 공극이 발생하지 않아 변압기 제조 시 가공성을 향상을 기대할 수 있다(도 2). 또한, 표 1 및 표 3을 참고하면, 비교예 5 및 6에 비하여 비교예 7 및 8의 피막장력이 높은 것을 확인할 수 있다. 즉, 파우더 내에서 탄화물 대비 점토의 비율이 높아질수록 피막장력이 높아지는 것을 확인할 수 있다.
표 3을 참고하면, 종래의 인산염계 절연피막 조성물 제조 방법 D로 제조한 비교예 9의 경우, 응력제거소둔(SRA) 전/후의 코팅장력이 본 발명의 발명예에 비해 열위한 것을 확인할 수 있는데, 이는 인산염계 코팅제의 경우 표면조도가 거칠고, 열처리시 실리카의 결정화에 의한 피막부피축소가 발생되기 때문임을 확인하였다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 표면 결함을 포함하고 있는 1차 피막이 형성된 시편에 발명예 3에서 제조한 전기강판의 절연피막 형성용 유색 코팅 조성물을 이용하여 2차 피막을 형성할 경우, 생성된 2차 피막은 색상이 매우 균일하고 유려하며, 1차 피막의 표면 결함을 차폐하는 기능이 매우 우수함을 확인할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
Claims (14)
- 금속 인산염 100 중량부에 대하여, 콜로이달 실리카 10 내지 250 중량부, 수산화 코발트 0.5 내지 5 중량부 및 파우더 20 내지 170 중량부를 포함하는 방향성 전기강판용 절연피막 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 금속 인산염은 인산(H3PO4)에 금속 산화물을 투입한 후 가열하여 제조된 것인 방향성 전기강판용 절연피막 조성물.
- 제2항에 있어서, 상기 금속 산화물은 산화마그네슘(MgO) 및 산화알루미늄(Al2O3) 중 1종 이상을 포함하는 방향성 전기강판용 절연피막 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 파우더는 점토 및 탄화물을 포함하는 방향성 전기강판용 절연피막 조성물.
- 제4항에 있어서, 상기 점토는 Al, Si, Mg, Na, Ca, K 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 성분을 포함하고, 상기 탄화물은 탄소(C)인, 방향성 전기강판용 절연피막 조성물.
- 제4항에 있어서,
상기 파우더의 총 중량을 기준으로 상기 점토는 5 중량% 내지 95 중량%인, 방향성 전기강판용 절연피막 조성물. - 제1항에 있어서,
상기 금속 인산염은, 고형분 기준으로, 전체 100 중량부에 대하여 제1인산 알루미늄 10 내지 40 중량부 및 제1인산 마그네슘 60 내지 90 중량부를 포함하는, 방향성 전기강판용 절연피막 조성물. - 인산(H3PO4)에 금속 산화물, 수산화 코발트 및 파우더를 동시에 투입한 후 가열하여, 금속 인산염 100 중량부에 대하여, 수산화 코발트 0.5 내지 5 중량부, 파우더 20 내지 170 중량부를 포함하는 제1 조성물을 제조하는 단계; 및
제1 조성물에 콜로이달 실리카 10 내지 250 중량부를 혼합하는 단계;를 포함하는, 방향성 전기강판용 절연피막 조성물의 제조 방법. - 제8항에 있어서, 가열 온도는 80℃ 이상인, 방향성 전기강판용 절연피막 조성물의 제조 방법.
- 전기강판 기재 및
상기 전기강판 기재의 일면 또는 양면 상에 위치하는 절연피막을 포함하고,
상기 절연피막은 표면 조도(Ra)가 0.5㎛이하이고, 피막 투명도가 20% 이하인, 전기강판. - 전기강판 기재의 일면 또는 양면 상에 청구항 제1항에 기재된 방법으로 제조된 방향성 전기강판용 절연피막 조성물을 도포하는 단계; 및
상기 방향성 전기강판용 절연피막 조성물이 도포된 강판을 건조하여 절연피막을 형성하는 단계를 포함하는 전기강판의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 도포하는 단계 이전에, 상기 방향성 전기강판용 절연피막 조성물을 10 내지 30℃ 온도에서 보관하는 단계를 더 포함하는 전기강판의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 도포하는 단계에서 상기 절연피막 형성용 조성물을 0.5 내지 6.0g/m2 범위로 도포하는 전기강판의 제조 방법. - 제11항에 있어서,
상기 절연피막을 형성하는 단계에서 건조는 550 내지 900℃에서 10 내지 50초간 진행되는 전기강판의 제조 방법.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20240098717A true KR20240098717A (ko) | 2024-06-28 |
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