Способ обработки анизотропной электротехнической стали Советский патент 1990 года по МПК C23C22/73 C23C20/06 

Изобретение относится к металлургии, в частности к химической обработке поверхности металлов, и может быть использовано при производстве анизотропной электротехнической стали, применяемой для изготовления маг- нитопроводов электрических машин и аппаратов.

Цель изобретения - повышение штампуемости стали и увеличение диэлектрических свойств покрытия.

Пример. Полосу анизотропной электротехнической стали марки 3413 после холодной прокатки до конечной толщины 0,50 мм передают в агрегат обезуглероживающего отжига, где удаляют углерод и на поверхность

полосы наносят водную суспензию термоизоляционного покрытия, содержащую, г/л: окись кальция 92,0, окись магния 19,4; тальк 21,0, После сушки термоизоляционного покрытия полосу,смотанную в рулон, помещают в колпаковую печь и подвергают термообработке при 1070 С в течение 30 ч в атмосфере сухого водорода. В процессе указанной термообработки на поверхности стали формируется грунтовый слой толщиной 2 мкм, имеющий состав, мас.%: Окись кальция70

Окись магния14

Тальк 16

Затем на поверхность стали с грунтовым слоем указанного состава наносл

а ел

сят электроизоляционный водный раствор, содержащий, г/л: поливиниловый срирт 89,3 ортофосфорная кислота 47,9; вода остальное. После нанесения указанного электроизоляционного раствора осуществляют его сушку и полимеризацию при 500°С в течение 20 с. В процессе этой термообработки формируется покровный слой покрытия толщиной 2-3 мкм.

Диэлектрические свойства стали с двухслойным покрытием определяют по известной методике. Коэффициент сопротивления составляет 55 Ом-см2. Штампуемость стали определяют в соответствии со стойкостью штампов до образования заусенцев, превышающих допуск, и составляет 8500 изделий на один комплект штампового оборудования.

Данные, характеризующие физические свойства электротехнической стали, обработанной по предлагаемому и известному способам, приведены в табл.1 (составы 3-11 - оптимальные).

Из табл.1 видно, что уменьшение Окиси кальция в составе суспензии ниже ЬО г/л уменьшает ее содержание в Составе грунтового слоя, снижает пористость грунтового слоя и его толщину. Последнее приводит к сваркам металла во время высокотемпературного отжига, а низкая пористость уменьшает штампуемость стали, поскольку не обеспечивается прочность сцепления покровного слоя и его втягивание в зону резания. В результате не обеспечивается хорошей смазки в зоне резания и резко возрастает износ штампов . Увеличение окиси кальция в сус- пензии выше 100 г/л приводит к увеличению ее в грунтовом слое, при этом возрастает толщина грунтового слоя и увеличивается износ штампов.

Увеличение количества талька в составе суспензии выше 24,0 г/л увеличивает его содержание в грунтовом слое, ухудшает адгезию первого слоя покрытия к металлической основе и обуславливает его отслоение. Снижени количества талька ниже 18,6 г/л уменшает его содержание в грунтовом слое увеличивает твердость покрытия и ухудшает штампуемость.

Увеличение окиси магния в суспен- зии выше 20,0 г/л увеличивает ее содержание в грунтовом слое, снижает его пористость и увеличивает твердость,

5

0

Q

5

35 40

45 50 55

30

что приводит к повышению износа штампов. Уменьшение окиси магния в суспензии ниже 2,6 г/л снижает ее содержание в грунтовом слое, уменьшает адгезию термоизоляционного покрытия и ухудшает диэлектрические свойства.

Увеличение количества поливинилового спирта в электроизоляционном покровном слое более 120 г/л приводит к возрастанию его вязкости, что затрудняет его использование в промышленных условиях. Снижение этого компонента ниже 70 г/л вызывает формирование крайне тонкого покрытия с наличием дефектов в виде участков без покровного слоя, вследствие чего снижаются диэлектрические свойства.

Фосфорная кислота, находящаяся в электроизоляционном составе, оказывает при формировании покровного слоя покрытия ускоряющее влияние на переход пленкообразующего агента в нерастворимое состояние и позволяет осуществлять эту реакцию при более низких температурах. Кроме того, она способствует повышению диэлектрических свойств покрытия. При содержании ее ниже 19,3 г/л не обеспечивается формирования водостойкого покрытия с достаточно высокими диэлектрическими свойствами. При увеличении ее содержания выше 62,1 г/л покрытие становится гигроскопичным, снижаются его диэлектрические свойства и ухудшается товарный вид стали.

Результаты влияния температурных и временных режимов отжига и последующего отпуска согласно предлагаемому и известному способам на физические свойства анизотропной электротехнической стали представлены в табл.2 (варианты 10-17 термообработки по предлагаемому способу - неоптимальные) .

Как видно из табл.2, снижение температуры высокотемпературного отжига ниже 1000°С приводит к срыву процессов формирования грунтового слоя, что обуславливает ухудшение диэлектрических свойств покрытия. Кроме того, при температурах отжига ниже 1000°С не происходит достаточно полной рафи- нировки стали от вредных примесей и это ухудшает ее магнитные свойства.

Увеличение температуры высокотемпературного отжига выше 1150°С приводит к формированию толстого грунтового слоя с наличием значительного ко515

личества окислов железа и крупных пор Это делает невозможным при последующих стадиях обработки получение качественного покровного слоя и обуславливает ухудшение штампуемости. При температуре отжига выше 1150°С также происходят сварки витков отжигаемого рулона между собой, что делает невозможна использование стали по назначению.

При продолжительности отжига менее 20 ч грунтовый слой характеризуется значительной структурной неоднородно

стью и незавершенностью процессов его

формирования, что приводит к низким диэлектрическим характеристикам. Наличие значительного количества остаточных вредных примесей в структуре стали снижает ее магнитные свойства.

Продолжительность высокотемпературного отжига более 40 ч не оказывает положительного влияния на структуру и свойства грунтового слоя и двухслойного покрытия, но значительно снижает производительность печей высокотемпературного отжига и приводит к сваркам витков отжигаемых рулонов стали.

Термическая обработка покровного слоя при температуре ниже 350°С затрудняет отрыв гидроксильных групп от молекулярных цепей пленкообразующего вещества и замедляет процесс полимеризации. При этом получается покрытие, которое самогидратируется и сно- ва переходит в жидкую фазу, снижая диэлектрические свойства.

Термическая обработка при температуре выше 600°С приводит к деструкции покрытия и его разрушению, тем самым ухудшая его диэлектрические характеристики.

Недостаточная продолжительность термообработки покровного слоя (менее 5 с) препятствует полному удале- нию растворителя (воды) из покровного

10

5

20

5

5

-

0

9

слоя, что обуславливает низкие диэлектрические свойства.

Значительная продолжительность термообработки (более 60 с) приводит к сильному окислению покровного слоя покрытия, ухудшению товарного вида покрытия, к снижению его диэлектрических свойств и штампуемости, а также к снижению производительности агрегатов, где наносится покровный слой и окончательно формируется покрытие.

Таким образом, предлагаемый способ обработки электротехнической стали позволяет повысить штампуемость стали и увеличить диэлектрические свойства покрытия.

Формула изобретения

Способ обработки анизотропной электротехнической стали, включающий нанесение на ее поверхность маг- нийсодержащей водной суспензии с последующим высокотемпературным отжигом и нанесение фосфатирующего состава с последующей термообработкой, отличающийся тем, что, с целью повышения штампуемости стали и увеличения диэлектрических свойств покрытия, на поверхность стали наносят магнийсодержащую водную суспензию, содержащую, г/л:

СаО60,0-100,0

MgO2,6-20,0

Тальк18,6-24,0

ВодаОстальное

высокотемпературный отжиг ведут при температуре 1150°С в течение 30 ч, после чего наносят фосфатирующий состав, содержащий, г/л:

Поливиниловый спирт 7,0-120,0 Ортофосфорная кислота19,3-62,1 Вода Остальное с последующей выдержкой при 350- 600°С в течение 5-60 с.

Таблиц

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химической обработке поверхности металлов, и может быть использовано при производстве анизотропной электротехнической стали, применяемой для изготовления магнитопроводов электрических машин и аппаратов. Цель изобретения - повышение штампуемости стали и увеличения диэлектрических свойств покрытия. Способ обработки включает нанесение на поверхность стали магнийсодержащей водной суспензии, содержащей, г/л: CAO - 60,0 - 100,0

MGO 2,6 - 20,0, тальк 18,6 - 24,0, воду - остальное, а после высокотемпературного отжига при 1150°С в течение 30 ч нанесение фосфатирующего состава, содержащего, г/л: поливиниловый спирт 70,0 - 120,0, ортофосфорную кислоту 19,3 - 62,1, воду - остальное, с последующей выдержкой при 350 - 600°С в течение 5 - 60 с. 2 табл.

й

120 - 90,3 - 15,4

68,0 14,0 18,8

550

100,0 38,9

1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 1 2 3 4 5 6 7

8

19 0

92,0 60,0 100,0 100,0 62,0 98,8 68,0 67,0 65,0 62,0 67,0 58,0 101,6 98,6 61,3 98,3 63,0

19,4 19,3 10,5

2,6 20,0 19,8

8,0 11,0 15,0 20,0 11,0 19,0 11,8

1,3 21,5 19,7 13,2

21,0 22,4 2.1,1 22,8 18,8 18,6 24,0 22,0 20,0 18,8 22,0 23,0 20,0 23,5 18,8 17,1 25,4

68,5 9,2 23,2

98,5 19,9 18,8 77,2 10,7 19,3

70,5 63,5

118,3 121,5

18,1 19,7

21

98,5 18,3 23,2

68,7 61,4

Режимы ВТО: температура 1150°С в течение 3U ч; термообработка покровного слоя: 850°С в течение 120 с. Остальное в составах суспензий и растворов - вода. Состав покровного раствора дополнительно содержит 58 г/л гидроокиси

алюминия.

Режим ВТО: температура 1070С С, продолжительность 30 ч, термообработка покровного слоя раствора: температура 500°С, продолжительность 20 с.

10,0 0,3

0,5 5,0

1,5 3,5

3,0 5,5

3,5

8,1 9,7

10

9

50

8,5 7,0 8,0 10,0 6,0 6,0 8,0 6,5 7,0 6,0 6,5 4,5 5,0 5,0 4,0 4,5 6,0

6,5

5,0 8,0

Сварка металла при ВТО

Отслоение покрытия Гигроскопичное покрытие

Ухудшение технологичности нанесения покрытия

4,5

На первой стадии обработки используют водную суспензию, содержащую 120 г/л MgO. Для формирования покровного слоя покрытия используют водный раствор, содержащий, г/л: ортофосфорная кислота 550, гидроокись алюминия 58.

На первой стадии обработки используют водную суспензию, содержащую, Г/л: СаО 92,0; MgO 19,4; тальк 21,0. Для формирования покровного слоя покрытия используют водный раствор, содержащий, г/л: поливиниловый спирт 89,З1, ортофосфорная кислота 47,9.

Т а б л и ц а 2