1.無取向硅鋼及涂層

    硅鋼是一種電工用鋼，分為取向硅鋼和無取向硅鋼。在化學(xué)成分的控制上，其方法各不相同。無取向硅鋼要求具有超低碳、超低硫、高鋁含量的純凈鋼質(zhì)，從而獲得具有各向同性的高磁感、低鐵損的無取向硅鋼[1]。硅鋼主要用于制造各種電機(jī)、變壓器和鎮(zhèn)流器鐵芯以及各種電器元件。

    硅鋼片表面必需涂覆一層很薄（0.5～5μm）的絕緣涂層，以使得硅鋼片具有較高的層間電阻率，使硅鋼片層間功率損失降為最小，同時(shí)使硅鋼片在儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用過程中免受各種腐蝕介質(zhì)的侵蝕，防止銹蝕。

    一般來說，硅鋼片絕緣涂層必須具有如下的基本性能:具有較高的層間電阻率，滿足絕緣性能的要求；具有良好的附著性、表面力學(xué)性能和加工性能，外觀均一，表面硬度適中，在后加工過程中涂層不剝落、粉化，對(duì)加工模具磨損小；具有良好的耐熱性能，經(jīng)高溫退火以及發(fā)藍(lán)后仍具有較高的層間電阻率；有良好的耐化學(xué)藥品性能和抗腐蝕性能；具有良好的焊接性能等。現(xiàn)在使用的主要為無機(jī)涂層和半無機(jī)涂層兩類。其中無機(jī)物主要為磷酸鹽、鉻酸鹽、硅酸鹽等；有機(jī)樹脂為丙烯酸樹脂、醋酸乙烯樹脂、改性醇酸樹酯和環(huán)氧樹脂等的均聚物或共聚物等。

    2.國外無取向硅鋼涂料的發(fā)展

    無機(jī)涂層早期的研究集中在無機(jī)涂層上，主要為無機(jī)鹽水分散液，如專利US2743203報(bào)道了一種溶有氫氧化鋁的磷酸溶液，可在鋼片上形成無機(jī)磷酸鹽的絕緣層[2]。美國專利US3948786報(bào)道了一種含有Al3+、Mg2+、H2PO4-、膠體SiO2和適量CrO3的溶液，用常規(guī)方法將其涂到電工鋼板上后進(jìn)行加熱處理，使溶液干燥，得到了所需要的絕緣玻璃膜涂層。

    這類由單一無機(jī)物形成絕緣涂層的硅鋼片具有優(yōu)良的層間電阻率、防銹性和耐熱性，但是也具有致命的缺陷，如涂層附著性較差，表面硬度高，在沖片時(shí)對(duì)模具磨損嚴(yán)重；同時(shí)，重鉻酸鹽會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染，對(duì)生產(chǎn)人員的身體造成傷害。

    無機(jī)/有機(jī)混合涂層從上世紀(jì)70年代后期開始，人們的注意力逐漸集中到無機(jī)/有機(jī)混合涂料，并且在90年代以前的混合涂料中一般都加入鉻酸鹽以提高耐腐蝕性和層間電阻。

    專利US3793073涉及了一種無機(jī)/有機(jī)絕緣涂層，其有機(jī)部分是由丙烯酸樹脂或共聚物、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂等構(gòu)成，無機(jī)部分主要由鉻酸鹽或磷酸鹽等物質(zhì)組成，但該涂料對(duì)金屬表面不平度要求較高，并且因?yàn)橥苛现泻�有一種粒度大于2μm的樹脂顆粒，可能會(huì)使涂層在后加工過程中產(chǎn)生粉化。美國專利US4618377介紹了一種硅鋼用絕緣涂層無機(jī)/有機(jī)涂料組合物，該涂料由無機(jī)溶液、膠態(tài)樹脂、有機(jī)樹脂顆粒、分散促進(jìn)劑等幾部分組成，無機(jī)溶液主要為鈣、鎂、鋁等的磷酸鹽、鉻酸鹽以及重鉻酸鹽；有機(jī)樹脂顆粒是一種或幾種聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺聚丙烯樹脂等的共聚物或混合物。將有機(jī)樹脂顆粒用分散到膠態(tài)樹脂溶液中，然后與無機(jī)溶液混合即可得到該涂料。

    這類絕緣涂層具有良好的綜合性能如:優(yōu)良的層間電阻率，良好的焊接性能、耐熱性能，優(yōu)良的耐水、絕緣、抗沖擊性、粘附性和防銹性，加工過程中對(duì)模具的磨損低。但是相當(dāng)多的產(chǎn)品使用了鉻鹽，會(huì)對(duì)人體和環(huán)境造成污染。

    無鉻環(huán)保涂層從大約上世紀(jì)90年代起，人們認(rèn)識(shí)到六價(jià)鉻離子會(huì)對(duì)人們的身體健康產(chǎn)生危害并造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，所以加強(qiáng)了對(duì)無鉻環(huán)保型無機(jī)/有機(jī)混合涂料的研究并取得了一些成果，環(huán)保無鉻涂層將是今后主要的研究方向。日本專利JP7268641涉及了一種耐蝕性好的磷酸鹽-有機(jī)樹脂絕緣涂層，無機(jī)部分是由一種或幾種金屬磷酸鹽組成的水溶液，有機(jī)部分是一種核殼結(jié)構(gòu)的高分子樹脂乳液，此外還加入了適量固化促進(jìn)劑[6]。美國Armocol公司在歐洲和中國等地申請的硅鋼片無機(jī)/有機(jī)涂層發(fā)明專利涉及了一種可以在無取向硅鋼片涂覆的半無機(jī)無鉻絕緣涂層水懸濁液，可以用于制造具有高層間電阻率的絕緣層。該涂層包括20-60份的磷酸單鋁、20-70份的至少一種無機(jī)硅酸鹽微粒、10-25份的丙烯酸樹脂及適量的水溶性有機(jī)溶劑。該涂層抗粉化性，焊接性、附著性、層間電阻率和化學(xué)穩(wěn)定性等均較好。日本專利JP2005240125報(bào)道了一種水系絕緣涂層，該涂層無鉻環(huán)保并且有優(yōu)異的防銹性、附著性和絕緣性。該涂層由100份粒徑小于30nm的膠體二氧化硅、10-100份水溶性樹脂和0.01-10份的鈦酸酯偶聯(lián)劑組成，水溶性樹脂主要是含有硅氧基、羥基等基團(tuán)的丙烯酸樹脂[8]。佐志一道等人在其專利JP2008127664、JP2008127674涉及到了幾種相似的半無機(jī)絕緣涂層，無機(jī)部分主要有P、Zr，P/Zr約0.4-4.0，另外還可以加入Ca、Me等，有機(jī)樹脂主要為丙烯酸樹脂及其共聚物。該涂層的耐腐蝕性、耐掉粉性、耐劃傷性較好。

    3.我國無取向硅鋼絕緣涂料的研究和使用情況

    硅鋼生產(chǎn)規(guī)模硅鋼被譽(yù)為鋼鐵產(chǎn)品中的“工藝品”，電工硅鋼長期以來一直是我國嚴(yán)重緊缺的鋼材品種，近十多年來隨著交通、電器工業(yè)的迅速發(fā)展，我國對(duì)硅鋼片的需求猛增，同時(shí)我國的硅鋼生產(chǎn)能力得到迅速地?cái)U(kuò)張，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，目前我國的已建和在建的硅鋼片生產(chǎn)線年生產(chǎn)能力為500萬噸左右，主要的生產(chǎn)廠家為:武漢鋼鐵公司，鞍山鋼鐵公司，上海寶山鋼鐵公司，太原鋼鐵公司和馬鞍山鋼鐵公司，同時(shí)還有幾家籌建的鋼鐵公司。目前我國生產(chǎn)的硅鋼以無取向硅鋼為主。

    我國硅鋼片用絕緣涂料的發(fā)展情況我國硅鋼工業(yè)的發(fā)展相對(duì)較晚，絕緣涂層的研究也相對(duì)薄弱，有些廠家在引進(jìn)硅鋼生產(chǎn)線的同時(shí)，也配套引進(jìn)硅鋼涂料的配方或關(guān)鍵的添加劑，因此具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)及市場競爭力的硅鋼涂料新產(chǎn)品相對(duì)較少，但也有一些研究成果。