Brevet FR2007031A1 — publié le 19700102

i 2007031 La présente invention concerne les tôles magnétiques recouvertes d'un revêtement et le procédé de fabrication de ceux-ci. La présente invention concerne plus particulièrement un matériau de revêtement réfractaire appliqué sur une feuille de ma-5 tériau magnétique, en particulier une bande d'acier au silicium recuite individuellement, ce matériau servant de revêtement isolant permanent pour les feuillets métalliques d'une structure électrique feuilletée. Les tôles magnétiques concernées par la présente inven-10 tion concernent le matériau en bandes utilisées par exemple pour un noyau bobiné de transformateur, et les tôles découpées ou poinçonnées constituant un noyau feuilleté, formé par empilage, de transformateur ou d'une autre machine électrique. Les tôles magnétiques pour lesquelles le revêtement suivant la présente in-15 vention est efficace peuvent être constituées par exemple par un acier au silicium (contenant environ 1 à 5 % de silicium), par des alliages nickel-chrome, par du fer courant ou d'autres matériaux ferromagnétiques. La présente invention concerne particulièrement une bande 20 d'acier au silicium qui a -été soumise à un traitement thermique, destiné à faire croître les grains et à purifier le matériau, au cours duquel l'acier est chauffé sous la forme d'un brin unique, au lieu d'être bobiné ou empilé, dans un four convenable dans lequel on fait passer continuellement le brin pendant le traitement 25 thermique. Jusqu'ici il était courant de faire subir un traitement thermique à des tôles d'acier bobinées ou empilées et, afin d'éviter que les surfaces de ces tôles ne se collent l'une à l'autre pendant ce traitement thermique à température élevée, 30 on recouvrait les tôles d'un matériau de revêtement isolant, par exemple de l'hydroxide de magnésium, avant de les soumettre ■au traitement de recuit. Un tel matériau de revêtement servait à la fois à éviter que les tôles ne se collent pendant le traitement thermique et à isoler électriquement ces tôles pour ré-35 duire les pertes par courant de Foucault dans le noyau feuilleté constitué par ces tôles lorsqu'il était utilisé dans un transformateur, un moteur ou une machine semblable. Cependant, l'application des revêtement isolants en général sur une tôle d'acier avant de la soumettre au traitement de recuit présente 40 l'inconvénient, dans un traitement de recuit sous forme de brin, 69 13198 2007031 de retarder la purification de l'acier pendant le recuit des brins, en empêchant par exemple l'évacuation du soufre à partir de l'acier, et par conséquent le traitement thermique sous, forme de brin n'est pas aussi rapide qu'il pourrait l'être en l'absence 5 de tels revêtement. De plus, les types antérieurs de revêtements isolants inorganiques, par exemple l'hydroxide de magnésium, nécessitent des températures de cuisson relativement importantes, par exemple supérieures à 1000° C., pour fournir un revêtement final possédant la dureté et les propriétés d'isolement et 10 autres requises. Bien que l'on utilise de telles températures élevées pendant le traitement thermique destiné à faire croître les grains et à purifier le matériau, on a trouvé que dans de nomoreux cas il est souhaitable d'appliquer une ou plusieurs couches isolantes supplémentaires après le traitement thermique 15 classique et à cet effet la tôle doit donc être chauffée de nouveau jusqu'à une température élevée pour cuire la couche isolante supplémentaire. La présente invention se propose de réaliser un matériau isolant nouveau et perfectionné destiné à des tôles métalliques 20 et évitant les inconvénients mentionnés ci-dessus. La présente invention se propose aussi de fournir la composition d'un revêtement isolant perfectionné nécessitant des températures de cuisson relativement faibles. La présente invention a également pour objet de fournir 25 une composition pour un revêtement isolant convenant particulière ment pour les tôles d'acier traités thermiquement sous forme de brins individuels. La présente invention se propose enfin de fournir un procédé perfectionné pour réaliser des tôles d'acier isolées 30 du type mentionné ci-dessus. Les autres avantages de la présente invention deviendront apparents dans la description qui suit. Sous l'un de ses aspects la présente invention concerne la composition d'un revêtement isolant constitué par un mélange 35 de sel de chrome trivalent soluble dans l'eau, d'un chromate solu ble dans l'eau, d'acide phosphorique, d'un matériau réfractaire divisé en fines particules et formé par de l'alumine ou de la silice colloïdales, et d'eau. Dans la forme de réalisation préférée de la présente invention, le sel de chrome trivalent et le 40 chromate sont préalablement mélangés pour constituer un produit 69 13198 3 2007031 de réaction qui est alors mélangé avec les autres ingrédients. Dans une application particulière de la présente invention, le mélange isolant précédent est déposé sur les surfaces d'une bande d'acier au silicium qui a été soumise à un traitement 5 thermique sous forme de brin afin d'obtenir la texture magnétique souhaitée et supprimer toutes les impuretés non souhaitées. Un tel traitement thermique sous forme de brin est décrit en.détail par exemple dans le brevet américain n° 2.986.485. Comme décrit dans ce brevet, le traitement thermique sous forme de brin, qui 10 est peut être réalisé de façon continue, consiste à chauffer l'acier au silicium pendant environ cinq à soixante minutes (de préférence autour de quinze minutes) à une température d'environ 950 à 1050° C., puis de porter le matériau à une température située entre 1175 et 1250° C. entre une à trente minutes (de préfé-15 rence aux environs de quinze minutes). Le traitement thermique s'effectue de préférence en présence d'une atmosphère réductrice dans le four, par exemple dans l'hydrogène ou dans d'autres gaz réducteurs. Suivant la présente invention, la bande d'acier recuite, qui n*était pas recouverte d'un revêtement isolant avant le 20 traitement thermique, est. alors recouverte avec le mélange décrit ci-dessus et celui-ci est séché en le chauffant ou en le cuisant pour constituer un revêtement très isolant, adhérant parfaitement et dur sur la surface de l'acier. Un mélange particulier convenant parfaitement au but de 25 la présente invention possède la composition suivante, le tableau ci-dessous indiquant les domaines de pourcentage en poids et la proportion préférée suivant la présente invention : Mélange réactif (poudre séchée) : Domaine Proportions oreferees 3Q (1) nitrate de chrome -Cr (N0g)3.9H2Û-(53£) 0,5-10# 1# (2) chromate de sodium NagCrO^^HgO-^TJÉ) acide phosphorique 15-30# 27# silice colloïdale 10-40# 30# eau 20-70# 42# 35 Suivant un processus classique on mélange initialement le nitrate de chrome et le chromate de sodium dans l'eau, la solution étant agitée jusqu'à l'apparition du produit de réaction qui est un précipité brun (environ une demi heure). Le précipité gélatineux résultant est filtré, lavé avec de l'eau et séché avec 40 de l'acétone. Le produit de réaction ainsi obtenu, dont la compo 69 13198 « 2007031 sition exacte est actuellement inconnue, est soluble dans l'acide phosphorique et l'on doit prendre soin d'éviter la déshydratation, par exemple en le soumettant à une température excessive, étant donné que sous la forme déshydratée le composé est insoluble dans 5 l'acide phosphorique et ne se dissoudra pas dans la solution de revêtement. Ce composé peut être ajouté aux autres ingrédients alors qu'il est encore humide, mais s'il est séché il ne devra pas être soumis à une température supérieure à 100° C. Le composé hydraté ainsi obtenu comme produit de réac-10 tion du nitrate de chrome et du chromate de sodium est alors ajouté tout d'abord à l'acide phosphorique puis on ajoute de l'eau, le mélange étant agité jusqu'à ce que le précipité se dissolve. On ajoute alors la silice colloïdale à la solution pour obtenir le bain de revêtement. Le mélange obtenu est un liquide vert dont 15 le poids spécifique est 1,23 et le pH de 2 environ. La solution de revêtement est appliquée sur l'acier, ayant subi un traitement thermique sous forme de brin, d'une façon quelconque, par exemple par immersion, vaporisation, enduction ou autre procédé. La bande d'acier qui s'est alors refoidie jusqu'à la température ambiante 20 est plongée dans le bain de revêtement, y reste environ trente secondes puis est cuite dans un four à une température de 250* C. pendant environ une minute. Le composé ainsi obtenu est lisse, dur et possède une adhérence parfaite et ne se fendille pas lorsque l'on plie le 25 matériau revêtu. Il est caractérisé par d'excellentes propriétés d'isolement électrique, son influence sur les pertes électriques et les propriétés de perméabilité du matériau est minimale et il améliore les propriétés de magnétostriction. Par exemple, on a trouvé par expérience qu'un tel revêtement déposé sur une 30 feuille d'acier avec 15g/m , fournit une valeur d'isolement de Franklin d'environ 0,00 ampère; ceux qui sont familiers avec cette technique savent que toute valeur de Franklin inférieure à 0,20 ampère est satisfaisante pour utiliser le matériau dans un transformateur et que plus cette valeur est faible meilleur est 35 l'isolement. Bien que le nitrate de chrome soit satisfaisant dans le mélange précédent, on peut utiliser d'autres sels solubles dans l'eau de chrome trivalent, par exemple de l'acétate de chrome, du sulfate de chrome, du chlorure de chrome ou d'autres sels 40 halogènes de chrome. De même, on peut utiliser des chromâtes so- 69 13198 2007031 lubies dans l'eau autres que le chromate de sodium, par exemple le chromate de potassium, le chromate de magnésium et le chromate de calcium. La silice colloïdale qui peut être utilisée dans le mé-5 lange décrit se présente sous la forme d'une solution aqueuse contenant des particules extrêmement fines de Si02 obtenues par un procédé d'échange d'ions. La silice colloïdale est disponible dans le commerce sous le nom de Ludox qui est un produit de E. I. du Pont de Nemours et qui se présente sous la forme d'un 10 hydrosol colloïdal contenant environ 30 % de Si02 et moins de 0,5 % de NagO qui est utilisé comme stabilisateur. On trouvera une description plus détaillée de cette silice colloïdale dans le brevet américain n° 2.809.137. Dans une variante, on peut utiliser de l'alumine colloï-^5 dale au lieu de la silice, cette alumine colloïdale se présentant sous la forme d'une dispersion dans l'eau de particules d'alumine suffisamment fines pour fournir avec l'eau un hydrosol colloïdal. Une alumine colloïdale disponible dans le commerce et pouvant être utilisé est vendu sous le nom de Baymal qui est un produit de 20 E. I. du Pont de Nemours et C°. Ce produit est une poudre blanche coulant librement et constituée par de minuscules fibrilles de monohydrate d'aluminium ou Boehmite (A100H) qui se dispersent facilement dans l'eau pour fournir un hydrosol colloïdal. On obtiendra une description plus détaillée de ce matériau, des hydro-25 sols colloïdaux qui en proviennent et des procédés de réalisation dans le brevet américain n° 2.915.475. En général, pour le matériau suivant la présente invention, on peut utiliser une concentration de 5 à 50 g. par litre d'eau de ce monohydrate d'aluminium divisé en fines particules, la proportion optimale étant de 30 à 40 g. 30 par litre d'eau. Bien que l'on préfère conduire le processus en formant initialement un produit de réaction avec les sels de chrome trivalent et les chromâtes comme décrit ci-dessus, dans une variante on peut simplement mélanger tous les ingrédients directement sans 35 former tout d'abord le préciptié brun comme décrit ci-dessus. Le tableau suivant fournit les pourcentages en poids d'unecomposi-tion convenable pour un tel processus : 69 13198 6 20Ô7031 Domaine Proportions préférées hydrate de nitrate de chrome 2-10# 4,2# chromate de sodium 2-10# 3,6# acide phosphorique 15-30# 25,0# 5 silice colloïdale 20-35# 28,2# Eau 15-60# 39,0# Bien que pour le séchage du revêtement on préfère utiliser la température mentionnée ci-dessus, la température de séchage peut varier dans un domaine allant de 200°C. pendant 10 trois minutes à 300° C. pendant environ une demi minute. La composition du produit de revêtement obtenu, qui est transparent et vert pâle, n'est pas actuellement connue et ne peut pas être définie avec certitude et il est par conséquent défini simplement comme étant le produit de cuisson du mélange d'ingrédients décrit ci-dessus. On comprendra que bien que le revêtement isolant décrit convienne particulièrement pour des bandes d'acier au silicium recuites sous la forme de brin, il n'est pas limité à cette application. Par exemple, il conviendra pour recouvrir un tel acier 20 ou d'autres matériaux métalliques pour lesquels on utilise ou on doit utiliser des températures de cuisson relativement faibles. Ainsi, la présente invention fournit une composition pour un revêtement isolant perfectionné qui possède d'excellentes propriétés d'isolement électrique, peut être déposé suivant de 25 fines couches présentant une adhérence parfaite sur la surface de l'acier, qui ne contribue pas aux pertes électriques ou à d'autres propriétés électriques défavorables dans la feuille de matériau revêtu et que l'on peut appliquer facilement de façon continue. L'adhérence très forte du revêtement isolant est parti-30 culièrement digne d'attention pour les surfaces très lisses qui caractérisent l'acier recuit sous forme de brin, au contraire de l'acier recuit sous forme de bobines ou d'empilage comme dans les processus classiques, ces surfaces très lisses rendant ordinairement très difficile l'adhérence parfaite des revêtementsiso-35 lants classiques. Bien que la présente invention ait été décrite à l'aide d'une forme de réalisation particulière pour illustrer, on doit comprendreque ceux qui sont familiers avec cette technique peuvent y apporter différentes modifications sans sortir du cadre 40 de l'invention. 69 13198 2007031 REVENDICATIONS 1. Composition d'un revêtement isolant caractérisée par le fait qu'elle est constituée par un mélange aqueux d'un produit de réaction provenant d'un sel soluble dans l'eau de 5 chrome trivalent et d'un chromate soluble dans l'eau, d'acide phosphorique, et d'un matériau réfractaire finement divisé constitué par de la silice ou de l'alumine colloïdales. 2. Composition suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que les pourcentages en poids sont d'environ 0,5 à 10 de produit de réaction, 15 à 30# d'acide phosphorique, 10 à 40# de matériau réfractaire finement divisé et environ 20 à 7Q# d'eau. 3. Composition suivant la revendication 2, caractérisée par le fait qu'elle comporte environ 1# de produit de réaction, 15 27# d'acide phosphorique, 30# de silice colloïdale et environ 42 # d'eau. 4. Composition suivant l'une des revendications précédentes caractérisée par le fait que le sel de chrome trivalent est un nitrate de chrome et que le chromate est un chromate de sodium. 20 Tôle en matériau magnétique recouverte d'un fin re vêtement très adhérent qui est le produit de cuisson de la composition définie dans les revendications 1 à 4. 6. Tôle en matériau magnétique suivant la revendication 5, caractérisée par le fait que le matériau recouvert est constitué 25 par de l'acier au silicium recuit sous forme de brin. 7. Procédé de fabrication d'une tôle magnétique recouverte d'un revêtement caractérisé par le fait qu'il consiste à recouvrir la surface d'une couche constituée par la composition définie dans les revendications 1 à 4, puis à chauffer l'ensemble 30 à une température située entre 200° C. et 300° C. 8. Procédé suivant la revendication 7, caractérisé par •le fait que la tôle magnétique est soumise à un traitement thermique à une température d'environ 900® C. avant d'être recouverte par ladite couche.