專利名稱：軟磁合金薄帶絕緣涂層的形成方法
技術領域：
本發(fā)明是關于軟磁合金薄帶表面絕緣涂層的形成方法，主要是適用于厚度≤0.1mm的晶態(tài)或非晶態(tài)軟磁合金的，極薄的無機有機類表面絕緣涂層的形成方法。
通常的軟磁合金薄帶或最近幾年出現的非晶軟磁合金極薄帶(厚度一般為0.02-0.05mm)都被制成卷鐵心或疊片鐵心在交變電流下應用，為了減少鐵心中的渦流損耗，要求在鐵心的片間有一層絕緣涂層，此絕緣涂層應具有一定的層間絕緣電阻，在合金薄帶表面上有足夠的附著性，其厚度盡量薄而且均勻，并且對于厚度越薄的合金薄帶要求涂層也越薄，以利于提高鐵心的填充系數和將鐵心卷緊或壓緊，減輕鐵心使用中產生的噪聲。
上述對涂層的要求特性，主要取決于涂層的形成方法，包括涂液的配方，涂敷工藝和最后的燒附工藝。
從涂液的組成來分類，通常把軟磁合金薄帶的絕緣涂層分為由各種無機物組成的無機類涂層，由各種有機物組成的有機類涂層和無機物與有機物混合而組成的無機有機類涂層。無機類絕緣涂層有40年代應用于Fe-Si合金鋼片(電工鋼板)的涂層，涂液主要是膨潤土、蛭石、長石和氧化鎂等細粉的水溶液(美國專利2，215，295和2，364，436)和當前公知公用著的應用于Fe-Ni，Fe-Co和Fe-Al等軟磁合金薄帶的涂層，涂液主要是電泳氧化鎂的水溶液。這兩種涂液都涂敷在冷軋狀態(tài)薄帶的表面，不能涂在退火狀態(tài)薄帶的表面上，因這兩種涂液經燒附后脫水，留在薄帶表面上的只是涂液中那些無機物的細粒粉末，其附著性很差，用手就可以擦掉，只有涂在冷軋狀態(tài)薄帶的表面上，然后將薄帶卷成鐵心或疊片成鐵心，再進行最終退火，靠薄帶間的壓緊力將細粉固定于片間起絕緣和隔離作用。另外這種涂液的涂敷性較差，不能涂薄，不易涂勻，結果涂層既厚又不均勻，一般厚度為1-10μm，如果用于本發(fā)明≤0.1mm的薄帶會嚴重地降低鐵心的填充系數。所以確切地說這兩種涂層是用于較厚軟磁合金薄帶(一般電工鋼板厚度0.3-0.7mm)的鐵心的絕緣涂層，而不是薄帶的涂層，這種涂層不屬本發(fā)明的范圍。
真正軟磁合金薄帶的涂層要算作是目前國內外正在廣泛使用，且不斷改善著的，各種Fe-Si電工和電訊用薄帶的絕緣涂層，這種涂層有適用于取向Fe-Si薄帶的硅酸鎂底層加上磷酸鹽或磷酸鹽鉻酸鹽表層的無機類絕緣涂層(美國專利3，940，291)，有適用于無取向Fe-Si薄帶的，涂液的主要組分為無水鉻酸，氧化鎂，乙二酸，水(無機部分)，加上有機部分苯乙烯，丙烯酸樹酯等的無機有機類涂層(美國專利3，909，313)。這些涂層都具有良好的附著性和厚度均勻性，但是它們不能涂得很薄，一般涂層厚度1-6μm，對于本發(fā)明厚度≤0.1mm的薄帶，特別是非晶態(tài)軟磁合金極薄帶涂層就太厚了，會嚴重地降低鐵心的填充系數。同時這些涂層的形成都必須在500-600℃，甚至1200℃的高溫下燒附，燒附的工藝性較差，成本很高，并且對于晶化溫度只有400-500℃的非晶態(tài)軟磁合金極薄帶是不能應用的，因那樣高的溫度它們早已晶化了。
本發(fā)明的目的是為了提供一種適用于厚度≤0.1mm的冷軋狀態(tài)或最終退火狀態(tài)軟磁合金薄帶的，厚度極薄且具有良好厚度均勻性和附著性的無機有機類絕緣涂層的形成方法。本發(fā)明的另一目的是為了提供一種浸涂后軟磁合金薄帶經極低溫度燒附就可以成膜的絕緣涂層的形成方法。
為了達到本發(fā)明的目的，本發(fā)明是這樣實現的，在甲醇和乙醇、丙醇、丁醇中任何一種或一種以上組成的混合醇類100份(以重量計算，本文以下都相同)中(其中乙醇、丙醇、丁醇中任何一種的量或一種以上的總量小于30份)，加入0.3-10份的金屬鎂進行反應，生成鎂的醇化物，然后再加入氧化鎂0.1-2份和順丁烯二酸酐0.5份以下，溶解在其中形成涂液，然后采用浸涂法將軟磁合金薄帶以一定的速度通過配制好的涂液，涂液就會均勻地附著于薄帶的表面上，再經150-250℃低溫燒附，使未反應的醇等揮發(fā)，涂液中鎂的醇化物并與薄帶表面發(fā)生反應，從而形成一層極薄的且牢固地附著于薄帶表面的無機有機類絕緣涂層。
本發(fā)明配制涂液時必須采用低分子量的醇類有機物與金屬鎂反應，生成鎂的醇化物作為基本反?。震}且蛭揮械頭腫恿康拇祭嚶虢鶚裘痙從?，生成的苗R拇薊鋝啪哂瀉芐〉姆腫油?，溶釉熧Z瀉蟛拍芐緯刪韌該韉娜芤鶴吹耐懇?，该蛻┖涂敷虚嗆很好，易均赠o贗吭詒〈謀礱 上。并且由于涂液中鎂的醇化物呈堿性，PH25℃＝12-13，對金屬表面有良好的潤濕性，故這種涂液就會在薄帶表面上形成極薄的且具良好厚度均勻性和附著性的絕緣涂層。涂液中加入乙醇、丙醇或丁醇的目的是提高涂層的絕緣性，并使浸涂過程中涂液的涂敷性能保持一致。這是由于乙醇、丙醇和丁醇都較甲醇具有較小的揮發(fā)性，保證了涂液濃度的穩(wěn)定。乙醇、丙醇、丁醇中任何一種的量或一種以上的總量小于30份是理想的，超過30份，抑制鎂與醇的反應，甚至不能生成醇化物。向100份醇中加入0.3-10份金屬鎂，基本反應正常進行，而金屬鎂少于0.3份時，形成的涂層絕緣性極低，絕緣電阻幾乎為零;金屬鎂的加入量超過10份，與醇的反應過于劇烈，有發(fā)生噴濺甚至爆炸的可能?；痉磻院笤偌尤胙趸V，氧化鎂可以增加所形成涂層的耐熱性，加入0.1-2份的氧化鎂，可以使所形成的涂層經得起800℃以下，氫、氮、氫氮混合或真空的氣氛下熱處理，所以該涂層既可以在退火狀態(tài)薄帶表面也可以在冷軋狀態(tài)薄帶表面形成。但如果氧化鎂的含量低于0.1份，對增強涂層的耐熱性是不起作用的;而超過2份時，氧化鎂就不能完全溶解在涂層之中，使涂液呈懸浮狀混合液，大大地惡化了涂敷性能。加入順丁烯二酸酐是為了增強涂液的穩(wěn)定性，即涂液放置一定時間不變質，便于涂液的儲存和涂敷工作的順利進行，順丁烯二酸酐小于0.5份時，涂液可儲放40天，超過0.5份，不能完全溶于涂液，影響涂液的涂敷性能。
本發(fā)明涂液的最佳配方為甲醇90份，正丁醇10份，金屬鎂4份，氧化鎂0.5份，順丁烯二酸酐0.1份，按此配方金屬鎂與甲醇和丁醇的混合醇呈最佳的反應狀態(tài)，生成的鎂的醇化物又完全溶解于醇中，加入的氧化鎂和順丁烯二酸酐也充分地溶解于溶液中，組成的涂液是均勻透明的堿性溶液。冷軋狀態(tài)或退火狀態(tài)軟磁合金薄帶以一定的速度通過該涂液后，在150-250℃的低溫下燒附，涂液與薄帶表面進行成膜反應，形成厚度只有0.1～0.2μm的均勻涂層，用此種涂層的薄帶卷成鐵心其填充系數高達99.6～99.8%，薄帶在直徑為10mm的園柱上彎曲180°，涂層仍不剝落，涂層的層間電阻可達5-20歐·cm2/片。
本發(fā)明采用低分子量的醇類與金屬鎂進行基本反應，決定了涂敷以后在薄帶表面的成膜溫度很低。這一點是已有技術的磷酸鹽，磷酸鹽鉻酸鹽無機涂層，以及無機物與高分子量的有機物混合組成的無機有機類涂層所不能比擬的?？梢栽诟鞣N熱處理爐如電爐、燃氣爐等包括烘箱中烘烤或在熱風中吹干。所以本發(fā)明涂層可以應用于各種晶態(tài)軟磁合金薄帶的冷軋狀態(tài)和最終退火狀態(tài)，特別適合于非晶態(tài)軟磁合金極薄帶的最終退火狀態(tài)和急冷噴制狀態(tài)，這不僅是因為該涂層的厚度極薄，更重要的是因為非晶態(tài)軟磁合金極薄帶都具有400-500℃的很低的晶化溫度，如果涂敷以后的燒附溫度超過晶化溫度，薄帶組織就晶化了，電磁性能極劇下降，這是絕對不允許的。
實施本發(fā)明軟磁合金薄帶絕緣涂層的形成方法，是將厚度≤0.1mm的晶態(tài)軟磁合金薄帶和非晶態(tài)軟磁合金極薄帶，無論它們是處于退火狀態(tài)，還是冷軋狀態(tài)包括急冷噴制狀態(tài)，都經表面去油等凈化處理后，以通常的速度通過本發(fā)明配方的涂液，薄帶表面浸涂上一層均勻透明的涂液，然后在150-250℃的低溫下燒附，此燒附的方法可以是用各種電爐，燃氣爐等烘烤，也可以用相應溫度的熱風吹干，使薄帶表面的多余醇等揮發(fā)，并使涂液與薄帶表面進行反應成膜，這樣，一層極薄的，附著性和厚度均勻性良好的絕緣涂層就可形成。
由上所述，本發(fā)明以低分子量醇類為有機物與金屬鎂反應作為基本反應而形成的無機有機類涂層與已有技術相比，它具有極薄的主要特點，同時兼有良好的附著性和厚度均勻性，使涂有該涂層的軟磁合金薄帶制成鐵心以后，其填充系數高達99.6-99.8%，大大地提高了鐵心的電磁性能和把鐵心的噪聲降到最低的水平。另外該涂層形成所需的燒附溫度很低，這就大大簡化了燒附工藝，降低了涂層形成的工藝成本。
下邊以實施例進一步說明本發(fā)明。
由表所示，實施例1，2所配涂液配方均在本發(fā)明配方范圍之內，用浸涂法分別涂于最終退火和冷軋狀態(tài)的厚度為0.1mm的Fe-Co合金薄帶表面上，分別經200℃熱風吹干和180℃電爐烘烤后，Fe-Co合金薄帶表面形成無色透明略帶彩虹狀花紋的涂層。涂層厚度分別為0.1和0.2μm，經直徑為10mm的園柱彎曲180°沒有任何剝落現象出現。將薄帶繞成園環(huán)狀鐵心，實例1的鐵心直接測其磁性和填充系數，而實例2鐵心經800℃氫氣中最終退火后再測磁性和填充系數。其結果如下實例1鐵心的鐵損P10/1000和P10/2000
(磁感為0.1T，頻率分別為1000和2000赫芝時的鐵心損耗)分別為48.9和148.4W/Kg，矯頑力為1.7A/Cm，其下降率分別為40%，24%和12%。測得的填充系數都達99.6-99.8%。而涂液的配方不在本發(fā)明范圍之內的實施例4和5，分別由于金屬鎂的含量不足和氧化鎂過多，造成所形成的涂層無絕緣性和涂層增厚到0.8-1.0μm，嚴重地惡化了涂層的附著性和鐵心的填充系數。
實施例3由表所示，涂液配方在本發(fā)明范圍之內，浸涂于厚度0.025mm的急冷狀態(tài)FeSiBC非晶極薄帶表面上，經160℃電爐烘烤，在薄帶表面形成涂層，然后在360℃下氫氣中最終退火薄帶，卷成環(huán)狀鐵心，利用三電壓法測其0.5T磁感下，頻率分別為10KC，15KC和20KC下的鐵損，結果分別得到37.7、64.2和99.8W/kg，比未涂層者鐵損下降10-30%。測其涂層厚度為0.1μm，層間電阻達5-10歐·cm2/片，涂層薄帶在直徑5mm園柱上彎曲180°后，涂層完好無損。
權利要求
1.一種厚度≤0.1mm軟磁合金薄帶絕緣涂層的形成方法，是將無機物和有機物混合形成的涂液，浸涂于冷軋狀態(tài)或最終退火狀態(tài)合金薄帶的表面，然后經過燒附，在軟磁合金薄帶表面形成絕緣涂層，其特征在于涂液的配方(以重量計算)為甲醇和乙醇、丙醇、丁醇中的任何一種或一種以上組成的混合醇類100份，其中乙醇、丙醇、丁醇中任何一種的量或一種以上的總量小于30份，金屬鎂0.3-10份，氧化鎂0.1-2份和小于0.5份的順丁烯二酸酐，浸涂以后軟磁合金薄帶在150-250℃的低溫下進行燒附。
2.根據權利要求1所述的絕緣涂層的形成方法，其特征在于涂液的最佳配方(以重量計算)為甲醇90份，正丁醇10份，金屬鎂4份，氧化鎂0.5份，順丁烯二酸酐0.1份。
3.根據權利要求1、2所述的絕緣涂層的形成方法，其特征在于浸涂以后軟磁合金薄帶在各種熱處理爐如電爐，燃氣爐等，包括烘箱中烘烤或在熱風中吹干。
全文摘要
本發(fā)明提供一種厚度≤0.1mm軟磁合金薄帶的無機有機類絕緣涂層的形成方法。涂液的配方(以重量計算)為甲醇和乙醇、丙醇、丁醇中的任何一種或一種以上組成的混合醇類100份，其中乙醇、丙醇、丁醇中任何一種的量或一種以上的總量小于30份，金屬鎂0.3—10份，氧化鎂0.1—2份，順丁烯二酸酐＜0.5份。浸涂以后在150—250℃的低溫下燒附成膜，從而形成一種極薄(0.1—0.2μm)的，附著性和厚度均勻性良好的軟磁合金薄帶的絕緣涂層。
文檔編號C09D5/25GK1032821SQ8710709
公開日1989年5月10日 申請日期1987年10月30日 優(yōu)先權日1987年10月30日
發(fā)明者吳金聲, 李再娟 申請人:冶金工業(yè)部鋼鐵研究總院