СПОСОБ И СОСТАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИОННОГО ПОКРЫТИЯ
METHOD AND COMPOUND FOR RECEIVING OF ELECTRICAL INSULATING COATING

Изобретение относится к области обработки стали для получения электроизоляционных покрытий на ее поверхности и может быть использовано в электротехнической промышленности.
Известен состав для получения электроизоляционного покрытия на основе фосфата алюминия и водной дисперсии коллоидного диоксида кремния с добавками соединений хрома и борной кислоты (1), содержащий:
ионы фосфата(в пересчете на Р<sub>2</sub>O<sub>5</sub>)
10,3
ионы алюминия (Аl<sup>3+</sup>)
1,1
борная кислота (Н<sub>3</sub>ВО<sub>3</sub>)
0,9
ионы хрома (Сr<sup>6+</sup>)
1,8
двуокись кремния (SiO<sub>2</sub>)
10,3
Вода
остальное
Недостатками данного состава являются низкие магнитные свойства, нестабильность состава и неудовлетворительный товарный вид получаемого покрытия, неудовлетворительные физико-механические и магнитные свойства.
Наиболее близким к заявляемому изобретению является состав (2), содержащий, мас.%:
ионы фосфата(в пересчете на Р<sub>2</sub>O<sub>5</sub>)
25,8-29,9
ионы алюминия (Al<sup>3+</sup>)
0,8-1,7
ионы магния (Mg<sup>2+</sup>)
1,3-1,7
ионы бора (в пересчете на В<sub>2</sub>О<sub>3</sub>)
0,11-0,17
ионы хрома (Сr<sup>6+</sup>)
0,2-0,5
кремнефтористо-водородная кислота
22,0-28,0
двуокись кремния (SiO<sub>2</sub>)
0,2-1,0
вода
остальное
Недостатком данного состава является нестабильность, недостаточная технологичность при нанесении (требует постоянного перемешивания, неоднороден). Также при нанесении данного состава и сушке покрытия возникает проблема с налипанием на валки, что ухудшает товарный вид покрытия и его физико-механические и магнитные свойства.
Задачей данного изобретения является разработка способа приготовления и создание состава для получения электроизоляционного покрытия, обладающего повышенными физико-механическими и магнитными свойствами, высокой магнитной активностью, повышение стабильности состава, устранение проблемы налипания и получение покрытия с хорошим товарным видом.
Поставленная задача достигается тем, что на электротехническую анизотропную сталь наносят состав, содержащий ионы фосфата, алюминия, магния, хрома и воду, отличающийся тем, что дополнительно содержит коллоидную двуокись кремния (кремнезоль) с диаметром мицел, 8,4±0,5 нм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
ионы фосфата(в пересчете на Р<sub>2</sub>О<sub>5</sub>)
6,6-14,6
ионы алюминия (Аl<sup>3+</sup>)
0,3-0,71
ионы магния (Mg<sup>2+</sup>)
0,41-0,92
ионы хрома (Сr<sup>6+</sup>)
1,45-3,2
коллоидная двуокись кремния (в пересчете на SiO<sub>2</sub>)
9,0-20,0
вода
остальное
при этом соотношение:
2
5
2
2
5
2+
3+
РO/(Mg+Al)=8,5-11,5, SiO/PO=1,0-1,5.
3
3
3
Состав готовят следующим образом: приготовление водных растворов фосфатов алюминия и магния ведут раздельным способом путем распульповывания порошков гидроксида алюминия и каустического магнезита в воде при комнатой температуре в соотношении твердого к жидкому Т:Ж=0,24 в реакторе с оборотами мешалки 200 об/мин, в течение 1 часа, в распульпованные порошки подают фосфорную кислоту со скоростью 59 литров в минуту на 1 м пульпы при температуре до 100°С до полного растворения, растворы выдерживают при температуре 95-100°С в течение не менее 3 часов и охлаждают до 40°С; затем вводят хромовый ангидрид и при перемешивании со скоростью 200 об/мин вводят коллоидную двуокись кремния при ее подаче 0,03 м в минуту на 0,02 м фосфатной части. В качестве коллоидной двуокиси кремния в состав вводят кремнезоль.
Водный раствор кремнезоля имеет следующие характеристики:
Диаметр мицелл, нм
8,4±0,5
Массовая концентрация диоксида кремния, %
19,5-22,0
Массовая концентрация оксида натрия, %
0,26-0,7
Водородный показатель (рН)
9,0-11,0
3
3
Водные растворы монофосфатов алюминия и магния смешивают с водным раствором кремнезоля при перемешивании со скоростью 200 об/мин, подача кремнезоля 0,03 м в минуту на 0,02 м фосфатной части.
Экспериментально доказано, что приготовление растворением окиси магния и гидроокиси алюминия одновременно в фосфорной кислоте ухудшает стабильность состава и физико-механические свойства, а также товарный вид покрытия.
Для приготовления фосфата магния добавляют порошок каустического магнезита - отход окиси магния Челябинского комбината «Магнезит» г.Сатка по ГОСТ 1216-87 «Порошки магнезитовые каустические. Технические условия», тем самым перерабатывают вредные для экологии отходы.
Состав магнезита
Массовая доля, %
MgO, не менее
87
СаО, не более
1,8
SiO<sub>2</sub>, не более
1,8
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>+Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, не более
2,2
SO<sub>4</sub>, не более
1,0
Состав для получения электроизоляционного покрытия готовят в реакторе с оборотами мешалки 200 об/мин и обогревом до 100°С.
Готовится водный раствор фосфата алюминия путем распульповывания 15,4 кг порошка гидроксида алюминия в 64,2 л воды при комнатной температуре в соотношении Т:Ж=0,24 в течение 1 часа, далее в раствор вводят 92 кг фосфорной кислоты со скоростью 59 л/мин при температуре 100°С до полного растворения, раствор выдерживают при температуре 95-100°С в течение 3 часов и охлаждают до 40°С.
Готовится водный раствор фосфата магния путем распульповывания 12,7 кг порошка каустического магнезита в 52,9 л воды при комнатной температуре в соотношении Т:Ж=0,24 в течение 1 часа, далее в раствор вводят 110,1 кг фосфорной кислоты со скоростью 59 л/ммн (не допуская вспенивания и загустения реакционной массы) при температуре до 100°С до полною растворения, раствор выдерживают при температуре 95-100°С в течение 3 часов, фильтруют и охлаждают до 40°С.
3
3
Далее в реакторе смешивают 171,6 водного раствора фосфата алюминия и 175,7 кг водного раствора фосфата магния, вводят 44,7 кг хромового ангидрида и при перемешивании со скоростью 200 об/мин вводят 608 кг коллоидной двуокиси кремния при ее подаче 0,03 м в минуту на 0,02 м фосфатной части.
Сущность изобретения подтверждается следующими примерами.
Во всех примерах образцы листовой анизотропной стали обрабатывались в течение 5 с при температуре 20-40°С. Излишки раствора удалялись отжимом гуммированными валками. Покрытия подвергались термообработке при температуре 800°С в течение 60 с.
Физико-механические свойства покрытий определяют следующими показателями:
- прочность при изгибе - изгибом образцов на цилиндрической оправке диаметром 3 мм;
- коэффициент сопротивления по ГОСТ 12119-80;
- метод определения влагостойкости изложен в (3);
- магнитная активность по ГОСТ 12119-80.
В таблице приведены характеристики раствора, физико-механические и магнитные свойства стали с электроизоляционными покрытиями, полученными в предлагаемых растворах и по прототипу, а также свойства растворов по стабильности и технологичности.
2
5
2
2+
3+
6+
При анализе полученных экспериментальных данных видно, что при содержании ионов РO, Mg Al, SiO, Сr выше или ниже заявленной концентрации (см. примеры 1, 5, 6, 7), состав обладает низкой магнитной активностью, плохой влагостойкостью, низким коэффициентом сопротивления, плохой адгезией покрытия к металлу, характеристики рабочих растворов по стабильности и технологичности также заметно ухудшаются.
Примеры
№2. Берем образец анизотропной электротехнической стали, обрабатываем его составом со следующим содержанием компонентов, мас.%:
ионы фосфата(в пересчете на P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>)
6,6
ионы алюминия (Al<sup>3+</sup>)
0,3
ионы магния (Mg<sup>2+</sup>)
0,41
ионы хрома (Сr<sup>6+</sup>)
1,45
коллоидная двуокись кремния (в пересчете на SiO<sub>2</sub>)
9,0
вода
остальное
причем соотношение компонентов находится в пределах:
2
5
2+
3+
PO/(Mg+Al)                                    9,2
2
2
5
SiO/РO 1,36.
В течение 5 с при температуре 20-40°С излишки удаляем отжимом гуммированными валками. Покрытия подвергаем термообработке при температуре 800°С в течение 60 с. Обработка экспериментальных данных дала следующие результаты:
- покрытие влагостойкое;
- прочность на изгиб (адгезия) покрытие выдерживает;
2;
- коэффициент сопротивления 140 Ом·см
- магнитная активность 8%;
- состав стабилен в течение 336 часов и технологичен при нанесении;
- при нанесении состава и сушке покрытия не возникает проблем с налипанием на валки;
- в результате обработки данным составом получается покрытие с хорошим товарным видом (глянцевое, равномерное).
№3. Берем образец анизотропной электротехнической стали, обрабатываем его составом со следующим содержанием компонентов, мас.%:
ионы фосфата(в пересчете на P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>)
10,6
ионы алюминия (Аl<sup>3+</sup>)
0,51
ионы магния (Mg<sup>2+</sup>)
0,66
ионы хрома (Сr<sup>6+</sup>)
2,3
коллоидная двуокись кремния (в пересчете на SiO<sub>2</sub>)
14,5
вода
остальное
причем соотношение компонентов находится в пределах:
2
5
2+
3+
PO/(Mg+Al)                                   9,06
2
2
5
SiO/PO 1,37.
В течение 5 с при температуре 20-40°С излишки удаляем отжимом гуммированными валками. Покрытия подвергаем термообработке при температуре 800°С в течение 60 с. Обработка экспериментальных данных дала следующие результаты:
- покрытие влагостойкое;
- прочность на изгиб (адгезия) покрытие выдерживает;
2;
- коэффициент сопротивления 157 Ом·см
- магнитная активность 8%;
- состав стабилен в течение 336 часов и технологичен при нанесении;
- при нанесении состава и сушке покрытия не возникает проблем с налипанием на валки.
- в результате обработки данным составом получается покрытие с хорошим товарным видом (глянцевое, равномерное).
№4. Берем образец анизотропной электротехнической стали, обрабатываем его составом со следующим содержанием компонентов, мас.%:
ионы фосфата (в пересчете на P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>)
14,6
ионы алюминия (Al<sup>3+</sup>)
0,71
ионы магния (Mg<sup>2+</sup>)
0,92
ионы хрома (Сr<sup>6+</sup>)
3,2
коллоидная двуокись кремния (в пересчете на SiO<sub>2</sub>)
20,0
вода
остальное
причем соотношение компонентов находится в пределах:
2
5
2+
3+
PO/(Mg+Al)                                     8,96
2
2
5
SiO/PO 1,37.
В течение 5 с при температуре 20-40°С излишки удаляем отжимом гуммированными валками. Покрытия подвергаем термообработке при температуре 800°С в течение 60 с. Обработка экспериментальных данных дала следующие результаты:
- покрытие влагостойкое;
- прочность на изгиб (адгезия) покрытие выдерживает;
2
- коэффициент сопротивления 145 Ом·см;
- магнитная активность 7%;
- состав стабилен в течение 312 часов и технологичен при нанесении;
- при нанесении состава и сушке покрытия не возникает проблем с налипанием на валки:
- в результате обработки данным составом получается покрытие с хорошим товарным видом (глянцевое, равномерное).
Таким образом, поставленная задача достигается совокупностью всех признаков, заявляемых в решении.
Использование предложенного способа и состава позволяет улучшить товарный вид покрытия, повысить магнитную активность, влагостойкость покрытия, что является важным при эксплуатации изделий из листовой электротехнической анизотропной стали и обеспечивает хорошие электромагнитные характеристики, улучшающие необходимые параметры магнитныx цепей электротехнических машин, трансформаторов и приборов. Предлагаемый в изобретении способ приготовления позволяет получить состав технологичный в производстве и наиболее стабильный среди предлагаемых ранее, а также позволяет решить проблему налипания на валки при нанесении и сушке покрытия.
Литература
1. Патент №3856568 США, 1972, стр.4.
2. Патент №2209255 по заявке №2001125771, 2003.
3. М.И.Карякина. Испытание лакокрасочных материалов и покрытий. - М.: Химия, 1988.