陳 祥， 顧祥宇， 光紅兵， 林 媛

（山西太鋼不銹鋼股份有限公司技術(shù)中心， 山西 太原 030024）

為減少電工鋼板渦流損耗，需要在電工鋼表面涂覆絕緣涂層。目前國內(nèi)應(yīng)用最多的硅鋼薄涂層是半有機(jī)含鉻薄涂層，例如寶鋼A、武鋼T4、鞍鋼TM4涂層［1-2］。隨著環(huán)保觀念日益深入人心，國內(nèi)外有不少關(guān)于無鉻硅鋼涂層的研究成果，其中磷酸鹽系涂層的附著力強(qiáng)和耐高溫性能顯著[3-4]。

隨著國內(nèi)工業(yè)的迅速發(fā)展，大型水電、核電發(fā)電機(jī)等對電工鋼的要求越來越高，對絕緣性和耐壓縮性要求高。為滿足這方面的需求，國內(nèi)外相繼開發(fā)了抗壓縮性優(yōu)異、絕緣電阻高的無取向硅鋼專用C6涂液[5]，其中國外主要生產(chǎn)廠家有Dupont、Rembrandtin等公司，國內(nèi)主要生產(chǎn)廠家有浙江某公司及江蘇江陰某公司。國內(nèi)大部分硅鋼涂層都是含鉻半有機(jī)薄涂層，少數(shù)為環(huán)保涂層。為保證薄涂層上二次涂敷C6厚涂層的絕緣性和附著性，研究其薄涂層和C6厚涂層的兼容性是十分重要的。為此本文研究了兩者影響兼容性的因素，重點(diǎn)分析了C6厚涂層種類、薄涂層種類、薄涂層厚度、基板清潔度、厚涂層厚度等對其兼容性的影響。

1 試驗(yàn)材料及測試方法

1.1 試驗(yàn)原料及涂層制備

取DW80牌號(hào)的無取向硅鋼基板作為研究對象，厚度為0.5 mm；實(shí)驗(yàn)室分別采用0號(hào)、1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)涂棒對薄涂層涂液在基板上進(jìn)行涂敷，在450℃下固化烘烤40 s；而后，將C6水性漆用6/8號(hào)線棒在薄涂層上進(jìn)行涂敷，涂敷試樣在300℃下固化烘烤40 s，最終形成均勻銀灰色漆膜。

1.2 性能測試方法

1）按標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9286—1998《色漆和清漆 漆膜的劃格試驗(yàn)》，用多刃切割刀具劃格，刀刃間隔為1 mm，評級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分為六個(gè)級(jí)別，0級(jí)最好，5級(jí)最差。

2）采用ZEISS掃描電鏡觀察涂層表面形貌，采用EDS能譜儀對涂層表面進(jìn)行元素分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 C6厚涂層種類影響

按照美國AISI標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定有7種硅鋼絕緣涂層，種類分別為C0—C6；其中C6涂層為有機(jī)-無機(jī)復(fù)合涂層，其中無機(jī)部分含有一定的填料。選擇已成熟應(yīng)用的進(jìn)口C6和國產(chǎn)C6涂液作為研究對象。表1為兩種C6涂液特性指標(biāo)。

表1 進(jìn)口及國產(chǎn)C6涂液理化指標(biāo)對比

下頁表2為國內(nèi)兩鋼廠含鉻薄涂層（分別命名為A、B涂層）與進(jìn)口和國產(chǎn)C6厚涂層進(jìn)行兼容性評價(jià)。從表2可看出，A和B兩種涂層與進(jìn)口C6漆兼容性良好；從下頁圖1可以看出，采用國產(chǎn)C6漆，兩種含鉻涂層的劃格附著性分別為1級(jí)、5級(jí)；相對于薄涂層來說，進(jìn)口C6漆比國產(chǎn)C6漆兼容性好。

為區(qū)別薄涂層與C6水性漆的兼容性影響程度，后續(xù)采用國產(chǎn)C6水性漆進(jìn)行試驗(yàn)。

表2 C6厚涂層種類對其兼容性的影響

圖1 國產(chǎn)C6漆兼容性評價(jià)

2.2 薄涂層種類影響

選用某鋼廠生產(chǎn)的兩種不同涂層的硅鋼片，分別命名為C涂層和D涂層。圖2為兩種涂層的SEM表面形貌。從圖2中可知，C涂層表面凸凹不平，散布許多凹陷；D涂層表面平整，呈無定形狀態(tài)。

通過EDS能譜分析，C涂層為環(huán)保涂層，主要含O、P、Al、C等元素，以磷酸二氫鋁和有機(jī)樹脂作為與基體的主反應(yīng)物和交聯(lián)物；D涂層為含鉻涂層，主要含O、Mg、Cr等元素，以氧化鎂等金屬氧化物與有機(jī)復(fù)合材料為主；涂層的表面微觀形貌與涂料物理性質(zhì)、固化工藝有關(guān)。

圖2 硅鋼C涂層和D涂層的SEM形貌及EDS能譜

表3為兩種不同薄涂層和國產(chǎn)C6厚涂層的兼容性評價(jià)結(jié)果。從表3可看出，C涂層劃格附著性為0級(jí)，D涂層劃格附著性為4級(jí)，C涂層與國產(chǎn)C6厚涂層的兼容性明顯優(yōu)于D涂層?？赡苁怯捎贑涂層表面散布的凹陷，二次涂漆時(shí)，無機(jī)填料可進(jìn)入到這些凹陷中，同時(shí)C6水性漆的有機(jī)成分也可進(jìn)入這些凹陷中，增強(qiáng)了C6厚涂層與薄涂層間的作用強(qiáng)度。D涂層硅鋼薄涂層表面平整，水性漆無機(jī)填料分散于有機(jī)樹脂中，C6厚涂層與薄涂層間作用強(qiáng)度可能弱于C涂層樣品。

表3 薄涂層種類對其兼容性的影響

2.3 薄涂層厚度影響

下頁表4和圖3為不同薄涂層厚度對其兩者兼容性評價(jià)結(jié)果。從表4可看出，無涂層基板與國產(chǎn)C6水性漆兼容性差；當(dāng)薄涂層厚度小于0.2 μm時(shí)，厚涂層的劃格附著性均為5級(jí)，表明薄涂層和二次水性漆兼容性差；隨著薄涂層厚度的增加，二次兼容性越來越好；主要由于當(dāng)薄涂層太薄時(shí)，兼容性影響主要取決于鋼板的清潔程度，鋼板基板清潔度差，兼容性差；當(dāng)薄涂層厚度達(dá)到0.3 μm以上時(shí)，厚涂層的劃格附著性均為0級(jí)，兼容性優(yōu)異，此時(shí)兼容性影響程度主要取決于薄涂層和二次漆的兼容性，與基板清潔程度無關(guān)，由于薄涂層與二次水性漆本身兼容性良好，最終劃格附著性為0級(jí)。

3.4 基板清潔度影響

硅鋼堿洗后基板清潔程度可通過堿洗后擦拭鋼板5 s灰度來衡量；通過灰度程度對堿洗后的質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行了評級(jí)，表5為堿洗后（5 s擦拭）評判標(biāo)準(zhǔn)；評級(jí)分為5級(jí)，評價(jià)分別為1級(jí)—5級(jí)，級(jí)數(shù)越小，表明堿洗后基板清潔質(zhì)量越好。

表4 薄涂層厚度對其兼容性的影響

圖3 薄涂層與國產(chǎn)C6厚涂層兼容性評價(jià)

表5 堿洗后基板的清潔質(zhì)量等級(jí)

表6為不同基板清潔度對其兼容性影響的結(jié)果。從表6中可知，堿洗后基板清潔度為3級(jí)，劃格附著性為0級(jí)，兼容性良好；堿洗清潔度為5級(jí)，劃格附著性為4級(jí)，兼容性差；表明堿洗質(zhì)量對兼容性影響非常大；為保證薄涂層與水性漆的兼容性質(zhì)量，硅鋼基板清潔度必須達(dá)到3級(jí)水平。

表6 基板清潔度對其兼容性的影響

3.5 C6厚涂層厚度影響

表7為C6厚涂層不同厚度對其兼容性評價(jià)結(jié)果。從表7中可知，C6厚涂層厚度為4 μm，劃格附著性為0級(jí)，兼容性良好；而厚度為8 μm，劃格附著性為4級(jí)，兼容性差；表明隨著C6厚涂層厚度增加，兼容性變差；一般認(rèn)為，C6厚涂層一次涂敷厚度控制在3～6 μm時(shí)，此時(shí)C6厚涂層綜合性能最佳，能滿足大型發(fā)電機(jī)需求；上述結(jié)果為大批量的工業(yè)生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

表7 C6厚涂層厚度對其兼容性的影響

4 結(jié)論

1）薄涂層與C6厚涂層的兼容性與C6水性漆種類有關(guān)，進(jìn)口C6漆優(yōu)于國產(chǎn)C6漆。

2）兼容性與薄涂層種類有關(guān)，環(huán)保涂層比含鉻涂層兼容性好。

3）兼容性與薄涂層厚度有關(guān)，當(dāng)薄涂層厚度達(dá)到0.3 μm以上時(shí)，兼容性影響程度主要取決于薄涂層和C6水性漆的兼容性，與基板清潔程度無關(guān)，薄涂層厚度越大，兼容性越好。

4）兼容性與基板清潔度有關(guān)系，為保證硅鋼薄涂層與水性漆的兼容性質(zhì)量，硅鋼基板清潔度必須達(dá)到3級(jí)水平。

5）兼容性與C6厚涂層的厚度有關(guān)，厚涂層越大，兼容性越差。