方向性电磁钢板及绝缘被膜的形成方法与流程

本发明涉及方向性电磁钢板及绝缘被膜的形成方法。本技术基于2022年04月06日在日本技术的特愿2022-063397号而主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术：

1、方向性电磁钢板主要被用于变压器。变压器在从安装到废弃为止的长时间内连续地被励磁，持续产生能量损耗。因此，以交流被磁化时的能量损耗、即铁损成为决定变压器的性能的主要指标。

2、为了降低方向性电磁钢板的铁损，从下述观点出发，迄今为止开发了大量的技术：(a)提高向{110}<001>取向(高斯取向)的聚集；(b)增多si等固溶元素的含量来提高钢板的电阻；或(c)减薄电磁钢板的板厚。

3、此外，对钢板赋予张力对于铁损的降低是有效的。在高温下在钢板表面形成热膨胀系数比钢板小的材质的被膜是用于降低铁损的有效手段。在电磁钢板的成品退火工序中，钢板表面的氧化物与退火分离剂反应而生成的被膜密合性优异的镁橄榄石系被膜(无机质系被膜)是能够对钢板赋予张力的被膜。

4、例如，专利文献1中公开的将以胶体状二氧化硅和磷酸盐作为主体的涂敷液烧结于钢板表面而形成绝缘被膜的方法由于对钢板赋予张力的效果大，因此是对铁损的降低有效的方法。因此，保留在成品退火工序中生成的镁橄榄石系被膜、并对其上实施以磷酸盐作为主体的绝缘涂敷成为一般的方向性电磁钢板的制造方法。

5、然而，近年来，变压器的小型化及高性能化的要求在提高，为了变压器的小型化，对方向性电磁钢板要求即使是在磁通密度高的情况下铁损也良好那样的高磁场铁损优异。同时，近年来，弄清楚了：镁橄榄石系被膜妨碍磁畴壁的移动，对铁损造成不良影响。在方向性电磁钢板中，磁畴在交流磁场下磁畴壁移动而发生变化。据认为：虽然该磁畴壁的移动顺利并且迅速对于铁损的降低是有效的，但镁橄榄石系被膜由于其自身为非磁性体，并且在钢板/被膜界面具有凹凸结构，该凹凸结构妨碍磁畴壁的移动，因此对铁损造成不良影响。

6、因此，作为改善高磁场铁损的手段，研究了：将无机质系被膜采用研磨等机械手段或酸洗等化学手段进行除去的方法；通过防止高温成品退火中的无机质系被膜的生成来制造不具有无机质系被膜的方向性电磁钢板的技术；将钢板表面制成镜面状态的技术(换言之，使钢板表面磁性平滑化的技术)。

7、作为无机质系被膜的生成防止技术，例如在专利文献2中公开了一种技术，其在通常的成品退火后进行酸洗而将表面形成物除去后，通过化学研磨或电解研磨将钢板表面制成镜面状态。判明了：对于通过这样的公知的方法而得到的不具有无机质系被膜的方向性电磁钢板的表面，通过形成张力赋予绝缘被膜，可得到更优异的铁损改善效果。此外，根据张力赋予绝缘被膜，除了能够赋予铁损改善以外，还能够赋予耐蚀性、耐热性、滑动性这样的各种特性。

8、然而，关于无机质系被膜，具有表现出绝缘性的效果、以及在形成张力被膜(张力赋予绝缘被膜)时作为确保密合性的中间层的效果。即，无机质系被膜由于以较深地进入钢板中的状态形成，因此与作为金属的钢板的密合性优异。因此，当在无机质系被膜的表面形成以胶体状二氧化硅、磷酸盐等作为主要成分的张力赋予型的被膜(张力被膜)的情况下，被膜密合性优异。另一方面，一般而言，由于金属与氧化物的结合是困难的，因此在不存在无机质系被膜的情况下，在张力被膜与电磁钢板(母材钢板)表面之间，难以确保充分的密合性。

9、因此，在对于不具有无机质系被膜的方向性电磁钢板来形成张力被膜的情况下，研究了设置代替无机质系被膜的作为中间层的作用的层。

10、例如在专利文献3中公开了一种技术，其通过将不具有无机质系被膜的方向性电磁钢板在弱还原性气氛中进行退火，使硅钢板中必然含有的硅选择性地热氧化，从而在钢板表面形成sio2层后，形成张力赋予型绝缘被膜。此外，在专利文献4中公开了一种技术，其通过将不具有无机质系被膜的方向性电磁钢板在硅酸盐水溶液中进行阳极电解处理，从而在钢板表面形成sio2层后，形成张力赋予型绝缘被膜。

11、此外，在专利文献5中公开了一种技术，其通过在形成张力赋予涂层时预先施加成为中间层的涂层，从而确保张力赋予绝缘被膜的密合性。

12、此外，在专利文献6中公开了一种方向性电磁钢板，其具备母材钢板和张力赋予绝缘被膜，其中，上述张力赋予绝缘被膜存在于上述方向性电磁钢板的表面，在上述母材钢板与上述张力赋予绝缘被膜之间，存在厚度为100～500nm的铁系氧化物层。

13、现有技术文献

14、专利文献

15、专利文献1：日本特开昭48-39338号公报

16、专利文献2：日本特开昭49-96920号公报

17、专利文献3：日本特开平6-184762号公报

18、专利文献4：日本特开平11-209891号公报

19、专利文献5：日本特开平5-279747号公报

20、专利文献6：日本特开2020-111814号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、然而，上述专利文献3中公开的技术为了在弱还原性气氛中实施退火，需要准备可控制气氛的退火设备，在处理成本上存在问题。此外，在上述专利文献4中公开的技术中，为了通过在硅酸盐水溶液中实施阳极电解处理而在钢板表面得到与张力赋予型绝缘被膜保持充分的密合性的sio2层，需要准备新的电解处理设备，在处理成本上存在问题。

3、此外，就专利文献5中公开的技术而言，存在无法密合性良好地保持具有大张力的张力赋予绝缘被膜的问题。

4、此外，就专利文献6中公开的技术而言，为了形成铁系氧化物层，设定为在氧浓度为1～21体积％、并且露点为-20～30℃的气氛中，对表面处理后的方向性电磁钢板在钢板温度为700～900℃下进行5～60秒钟加热处理。因此，在以相同生产线来制造具有无机质系被膜的钢板的情况下，需要变更退火炉的气氛，作业性低劣。

5、如上所述，在以不使设备制约、作业性劣化的方法作为前提的情况下，难以提供不具有镁橄榄石系被膜、被膜密合性优异、被膜张力高、磁特性优异的方向性电磁钢板。

6、因此，本发明的课题是提供不具有镁橄榄石系被膜、被膜密合性优异、被膜张力优异、并且磁特性优异、进而具有充分的耐蚀性、耐溶出性的方向性电磁钢板。此外，在本发明中，课题是提供这样的方向性电磁钢板所具有的绝缘被膜的形成方法。

7、用于解决课题的手段

8、本发明的发明者们对上述的课题进行了研究。其结果发现：在表面不具有镁橄榄石系被膜的方向性电磁钢板中，通过在母材钢板与张力被膜之间具有含有非晶质磷酸铁的中间层，从而具有充分的耐蚀性、耐溶出性，并且能够提高被膜密合性、被膜张力及磁特性。

9、本发明是基于上述的认识而进行的。本发明的主旨如下所述。

10、[1]本发明的一个方案的方向性电磁钢板具有：母材钢板；和形成于上述母材钢板的表面的绝缘被膜，上述绝缘被膜具有：形成于上述母材钢板侧且包含非晶质磷酸铁的中间层；和形成于上述绝缘被膜的表面侧的张力被膜层，上述中间层的平均厚度为0.10～3.0μm，上述张力被膜层包含磷酸金属盐和二氧化硅，上述张力被膜层中的上述二氧化硅的含量为20～60质量％。

11、[2]本发明的另一方案的绝缘被膜的形成方法是形成[1]所述的方向性电磁钢板所具备的上述绝缘被膜的方法，具备下述工序：在钢板上涂布包含10～100质量％的al2o3的退火分离剂并使其干燥后，进行成品退火的成品退火工序；将上述成品退火工序后的上述钢板的表面的剩余的上述退火分离剂通过水洗进行除去的退火分离剂除去工序；将上述退火分离剂除去工序后的上述钢板用液温为25～85℃的将硫酸、磷酸、硝酸中的1种或2种以上混合而成的浓度为0.5～10质量％的混酸进行5～30秒钟酸洗的轻酸洗工序；将上述轻酸洗工序后的上述钢板在液温为20～70℃、且磷酸的浓度为2.0～15.0质量％的处理液中浸渍5～50秒的浸渍工序；将上述浸渍工序后的上述钢板从上述处理液中捞起，将剩余的上述处理液通过水洗进行除去后使其干燥的干燥工序；和张力被膜层形成工序，其在上述干燥工序后的上述钢板上涂布按照相对于磷酸金属盐100质量份使胶体二氧化硅成为50～150质量份的方式包含上述磷酸金属盐和上述胶体二氧化硅的涂敷液并使其干燥后，在板温为700～950℃的状态下保持10～50秒钟。

12、[3]根据[2]所述的绝缘被膜的形成方法，其中，上述退火分离剂也可以进一步包含5～90质量％的mgo、0.5～10.0质量％的氯化物中的1种或2种。

13、[4]本发明的又一方案的方向性电磁钢板具有：母材钢板；和在上述母材钢板的表面的非晶质磷酸铁层，上述非晶质磷酸铁层的平均厚度为0.10～3.0μm。

14、发明效果

15、根据本发明的上述方案，能够提供不具有镁橄榄石系被膜、被膜密合性优异、被膜张力优异、并且磁特性优异的方向性电磁钢板。此外，该方向性电磁钢板还具有充分的耐蚀性、耐溶出性。此外，根据本发明的上述方案，能够提供上述方向性电磁钢板所具有的绝缘被膜的形成方法。