JPH04308093A - 電解処理絶縁被膜を有する電磁鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、絶縁性、打ち抜き性
、耐熱性、耐食性、溶接性および塗料密着性に優れた電
解処理絶縁被膜を有する電磁鋼板およびその製造方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電磁鋼板は、モータやトランス等の電気
機器用鉄芯材として広く使用されている。このような鉄
芯材として使用される電磁鋼板の表面上には、通常、渦
電流損失を低減するために、絶縁被膜が形成されている
。この絶縁被膜には、絶縁性は勿論、打ち抜き性、耐熱
性、耐食性、溶接性および塗料密着性に優れていること
が要求されている。

【０００３】電磁鋼板の絶縁被膜は、無機系被膜、無機
・有機系被膜、および、有機系被膜に大別され、これら
の絶縁被膜に関して、従来から多くの提案がなされてい
るが、上述した性能をすべて満足し得るものはない。

【０００４】無機系絶縁被膜は、リン酸塩化合物、クロ
ム酸塩化合物および酸化物ゾルの少なくとも１つを含有
する処理液を、電磁鋼板の表面上に塗布し、次いで、３
００　〜６００　℃の比較的高い温度によって焼き付け
ることにより形成される。

【０００５】無機・有機系絶縁被膜は、リン酸塩化合物
、クロム酸塩化合物および酸化物ゾルの少なくとも１つ
からなる無機系水溶液と、水性有機樹脂との混合処理液
を、電磁鋼板の表面上に塗布し次いでこれを焼き付ける
ことにより形成され、打ち抜き性に優れた絶縁被膜とし
て、広く実用化されている。

【０００６】有機系被膜は、有機系塗料を、電磁鋼板の
表面状上に塗布し次いでこれを焼き付けることにより形
成され、長期間にわたる高い層間絶縁抵抗を必要とする
大型発電機等において、鉄芯加工の前後に、いわゆるワ
ニス処理として形成される場合が多い。場合によっては
、上述した無機系被膜や無機・有機系被膜が形成された
電磁鋼板の前記被膜を、グラインダー等で研削して除去
した後に、この有機系被膜を形成することもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】無機系絶縁被膜は、耐
熱性および溶接性に優れてはいるが、硬くそして脆いた
めに、打ち抜き性に劣っている。従って、特に、被膜が
厚い場合には、打ち抜き加工時に、被膜が鋼板の表面か
ら剥離または破損する。そして、このような剥離または
破損によって生じた被膜粉が、打ち抜き金型のポンチと
タイスとの間に詰まる結果、ばりが発生する。

【０００８】無機・有機系絶縁被膜は、上述した無機系
絶縁被膜の欠点を解決し、打ち抜き性が優れている。し
かしながら、その反面、有機樹脂が含有されていること
により、耐熱性および溶接性の低下が避けられない。鉄
芯用の電磁鋼板に対しては、鉄芯としての成形加工時ま
たは成形加工後に、発生した加工歪みを除去して磁気特
性を向上させるための歪み取り焼鈍が施される場合が多
い。このような歪み取り焼鈍のために、電磁鋼板は、約
７００　〜８００　℃の温度で加熱される。このとき、
無機・有機系絶縁被膜は、上述したように、耐熱性が低
いので、被膜中の有機樹脂が熱分解し、その一部がガス
化する。 その結果、被膜がポーラスになり、その絶縁性、密着性
および耐食性が大きく低下する。また、溶接時において
も、溶接熱によって、上記と同様に、被膜中の有機樹脂
が熱分解し、その一部がガス化する結果、溶接ビード部
にブローホールが生じて、溶接強度が低下する。

【０００９】有機系被膜には、鋼板の表面に対する被膜
の密着性が悪く、従って、塗布前の鋼板表面の清浄性に
起因した塗布ムラやハジキが生じやすい問題がある。

【００１０】一方、上述した絶縁被膜の形成は、従来、
処理液を電磁鋼板の表面上に塗布し次いで焼き付けるこ
とからなる、いわゆる塗布・焼き付け法によって、行わ
れている。しかしながら、従来の塗布・焼き付け法には
、実操業上、次のような、多くの問題がある。即ち、高
速で走行する電磁鋼ストリップに連続的に処理液を塗布
する手段として、通常、絞りロールや３ロールコータが
使用されているが、鋼ストリップの表面上に、その長手
方向および幅方向に均一な厚さの薄い塗膜を形成するた
めには、上記ロールと鋼ストリップまたは上記ロール間
のニップ厚や、ロールの周速比等の条件の、微妙な調整
を必要とする。従って、鋼ストリップの幅や板厚が変わ
る度に、上記条件を設定しなければならず、そのために
多くの時間を要する。

【００１１】また、連続的な処理液の塗布により、上記
ロールが摩耗して、ロールの表面形状や品質が変動する
結果、鋼ストリップに対する処理液の塗布量や塗膜の外
観が変動する。従って、定期的なロール交換が必要にな
り、そのために、多大の労力を必要とする。

【００１２】更に、鋼ストリップの表面上に塗布された
処理液が、ロールと鋼板またはロール間において発泡し
て、塗膜に泡が巻き込まれる。その結果、塗膜の焼き付
け時に、塗膜中の水分が急速に蒸発して塗膜に微小なピ
ンホールが生じ、耐食性の低下等の品質欠陥が生ずる。

【００１３】従って、この発明の目的は、上述した問題
を解決し、絶縁性、打ち抜き性、耐熱性、耐食性および
塗料密着性に優れた絶縁被膜を有する、その製造が容易
で且つ安価な電磁鋼板およびその製造方法を提供するこ
とにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上述した
問題を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、電磁鋼
板の少なくとも１つ表面上に、所定量のクロム水和酸化
物および／またはクロム酸化物と、所定量のＡｌ酸化物
、Ｓｉ酸化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のうちの少
なくとも１つとからなる絶縁皮膜を、陰極電解処理によ
って形成すれば、絶縁性、打ち抜き性、耐熱性、耐食性
および塗料密着性に優れた絶縁被膜を有する電磁鋼板を
、容易に且つ安価に製造し得ることを知見した。

【００１５】この発明は、上述した知見に基いてなされ
たものであって、この発明は、電磁鋼板の少なくとも１
つの表面上に、クロム水和酸化物および／またはクロム
酸化物と、Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｔｉ酸化物および
Ｚｒ酸化物のうちの少なくとも１つとからなる電解処理
絶縁皮膜が形成されており、前記クロム水和酸化物およ
び／またはクロム酸化物の量は、クロム換算で５〜５０
ｍｇ／ｍ２　の範囲内であり、そして、前記Ａｌ酸化物
、Ｓｉ酸化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のうちの少
なくとも１つの総量は、Ａｌ，Ｓｉ，ＴｉおよびＺｒ換
算で前記クロム水和酸化物および／またはクロム酸化物
の前記クロム換算量の、０．１　〜１０倍の範囲内であ
るとに特徴を有するものである。

【００１６】

【作用】この発明において、電磁鋼板の少なくとも１つ
の表面上に、電解処理によって形成された、クロム水和
酸化物および／またはクロム酸化物と、Ａｌ酸化物、Ｓ
ｉ酸化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のうちの少なく
とも１つとからなる絶縁皮膜は、クロム水和酸化物およ
び／またはクロム酸化物が非電気伝導性を有しており、
そして、Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｔｉ酸化物およびＺ
ｒ酸化物の少なくとも１つは、耐熱性および非電気伝導
性を有しているので、電磁鋼板に、高い絶縁性、耐熱性
および耐食性を付与する。従って、歪み取り焼鈍等の加
熱処理が施され、被膜中のクロム水和酸化物の大部分が
クロム酸化物に変質しても、絶縁性および耐食性が劣化
することはない。

【００１７】前述したように、従来の塗布・焼き付け法
による被膜の形成のためには、３００〜６００　℃の比
較的高温での焼き付け処理が必要である。従って鋼板が
熱膨張した状態で被膜の硬化が行われるので、常温下に
おける被膜に大きな内部応力が存在する。その結果、打
ち抜き加工時に、被膜が鋼板表面から剥離または破損し
、これによって生じた被膜粉が、打ち抜き金型のポンチ
とタイスとの間に詰まって、ばりが発生する。これに対
して、本発明においては、電解処理による、約４０〜６
０℃の低い温度で被膜が形成されるので、被膜に存在す
る内部応力は小さく、且つ、電解処理の特徴である優れ
た密着性を有しているので、無機系皮膜であっても、そ
の打ち抜き性は良好である。

【００１８】また、Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｔｉ酸化
物およびＺｒ酸化物のうちの少なくとも１つによって、
絶縁被膜の塗料密着性が向上する。このように、絶縁被
膜の塗料密着性が向上するのは、Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化
物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のうちの少なくとも１
つが、被膜の表面上に粒状の突起物として存在し、これ
によって、塗料のアンカー効果としての作用が生ずるた
めであると推定される。

【００１９】絶縁被膜中の、クロム水和酸化物および／
またはクロム酸化物の含有量は、クロム換算で、５〜５
０ｍｇ／ｍ２　の範囲内とすべきである。クロム水和酸
化物および／またはクロム酸化物の含有量が、クロム換
算で５ｍｇ／ｍ２　未満では、十分な耐食性および絶縁
性が得られない。一方、その含有量が、クロム換算で５
０ｍｇ／ｍ２　を超えると、打ち抜き性が劣化する。

【００２０】絶縁被膜中の、Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化物、
Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のうちの少なくとも１つの
総含有量は、Ａｌ換算、Ｓｉ換算、Ｔｉ換算およびＺｒ
換算で、クロム水和酸化物および／またはクロム酸化物
の前記クロム換算量の０．１　〜１０倍の範囲内とすべ
きである。その理由は、次の通りである。即ち、上記各
酸化物は、それ自体、電解析出反応には寄与せず、電解
析出するクロム水和酸化物および／またはクロム酸化物
の層中に分散して存在する。従って、クロム水和酸化物
および／またはクロム酸化物は、上記各酸化物の少なく
とも１つを固定するバインダーとして作用する。その結
果、上記各酸化物の少なくとも１つの含有量が、Ａｌ換
算、Ｓｉ換算、Ｔｉ換算およびＺｒ換算で、クロム水和
酸化物および／またはクロム酸化物の少なくとも１つの
クロム換算量の１０倍を超えると、上記各酸化物が剥離
しやすくなり、その効果が逆に低下する。一方、その含
有量が０．１　倍未満では、上記効果が得られない。

【００２１】次ぎに、この発明の電磁鋼板の製造方法に
ついて述べる。電磁鋼板の少なくとも１つの表面上に形
成される上述した絶縁被膜は、無水クロム酸およびクロ
ム酸塩群の少なくとも１つと、Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化物
、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のうちの少なくとも１つ
を含有する電解処理液中において、電磁鋼板に対し、陰
極電解処理を施すことにより形成される。

【００２２】上述した電解処理が施される電磁鋼板の表
面は、清浄であることが望ましく、必要に応じ、アルカ
リ水溶液または酸水溶液によって、予め電磁鋼板を、ス
プレー洗浄または電解洗浄する。

【００２３】電解処理液の組成としては、無水クロム酸
およびクロム酸塩群、即ち、無水クロム酸、クロム酸ア
ンモニウム、重クロム酸アンモニウム、クロム酸ナトリ
ウム、重クロム酸ナトリウム等の少なくとも１つと、Ａ
ｌ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物の
うちの少なくとも１つとを含有していれば、特に限定さ
れるものではない。なお、電解処理液中に、助剤として
、硫酸ナトリウム等の電気伝導補助剤や、ホウ酸等のｐ
Ｈ緩衝剤を添加してもよい。

【００２４】電解処理液中に添加させる、Ａｌ酸化物、
Ｓｉ酸化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のうちの少な
くとも１つは、酸化物ゾル状または微粒子酸化物粉末状
であることが好ましく、特に、粒径５０　ｍμ以下の水
性酸化物ゾル状のものが、電解処理液中での分散安定性
、および、被膜中での均一分散性の点において効果的で
ある。

【００２５】電解処理液のｐＨ値は、１〜５の範囲内と
することが好ましい。ｐＨ値が１未満では、クロム水和
酸化物および／またはクロム酸化物の析出効率が低い。 一方、ｐＨ値が５を超えると、クロム水和酸化物および
／またはクロム酸化物の、鋼板への密着性が低下する。 水性酸化物ゾルを使用する場合は、ｐＨ値が１〜５の範
囲内で良好な分散安定性が示される。

【００２６】陰極電解条件は、通常のクロメート被膜の
形成のための、鋼板を陰極とする電解条件でよい。なお
、陰極電解処理の前後に、クロム水和酸化物および／ま
たはクロム酸化物の量を調整するために、電磁鋼板に対
し、鋼板を陽極とする陽極電解処理を施してもよい。 電解処理液の温度は４０〜６０℃の範囲内が好ましく、
陰極電流密度は５　〜８０Ａ／ｄｍ２　の範囲内が好ま
しく、そして、陽極電解処理を施す場合の陽極電流密度
は０．１　〜２０Ａ／ｄｍ２　の範囲内が好ましい。

【００２７】次に、この発明を、実施例により、比較例
と対比しながら更に詳述する。

【実施例】Ｓｉを０．４　ｗｔ．％含有する厚さ０．５
ｍｍ　の電磁鋼板を、公知の方法により脱脂し次いで酸
洗して、その両表面を清浄にした。次いで、以下に示す
（Ａ）　〜（Ｄ）　の処理条件により陰極電解処理を施
して、電磁鋼板の両表面上に絶縁被膜を形成し、かくし
て、本発明鋼板Ｎｏ．　１〜４を調製した。

【００２８】（Ａ）　処理 電解処理液：　　重クロム酸ナトリウム：３０ｇ／ｌ無
水クロム酸　　　　　　　　：　５ｇ／ｌシリカゾル　
　　　　　　　　　：５０ｇ／ｌ　（　固形分２０％）
処理温度　　：　　４５℃ 処理方法　　：　　鋼板を陰極として、１０Ａ／ｄｍ２
　の電流密度で１．４　秒間電解した後、直ちに、水洗
しそして乾燥した。

【００２９】（Ｂ）　処理 電解処理液：　　無水クロム酸　　　　　　　　：６０
ｇ／ｌ重クロム酸ナトリウム：１０ｇ／ｌ チタニアゾル　　　　　　　　：３０ｇ／ｌ　（　固形
分１０％）処理温度　　：　　４５℃ 処理方法　　：　　鋼板を陰極として、５０Ａ／ｄｍ２
　の電流密度で０．８　秒間電解した後、直ちに、水洗
しそして乾燥した。

【００３０】（Ｃ）　処理 電解処理液：　　重クロム酸ナトリウム：３０　ｇ／ｌ
硫酸ナトリウム　　　　　　：１０ｇ／ｌホウ酸　　　
　　　　　　　　　　　：２０ｇ／ｌアルミナゾル　　
　　　　　　：５０ｇ／ｌ　（　固形分２０％　）処理
温度　　：　　４５℃ 処理方法　　：　　鋼板を陰極として、２０Ａ／ｄｍ２
　の電流密度で１．４　秒間電解した後、直ちに、水洗
しそして乾燥した。

【００３１】（Ｄ）　処理 電解処理液：　　重クロム酸アンモニウム：２０ｇ／ｌ
ホウ酸　　　　　　　　　　　　　　　　：２０ｇ／ｌ
シリカゾル　　　　　　　　　　　　：３０ｇ／ｌ　（
　固形分２０％　）ジルコニアゾル　　　　　　　　：
１０ｇ／ｌ　（　固形分１０％　）処理温度　　：　　
４５℃ 処理方法　　：　　鋼板を陰極として、３０Ａ／ｄｍ２
　の電流密度で１．４　秒間電解した後、直ちに、水洗
しそして乾燥した。

【００３２】比較のために、上述した電磁鋼板に対し、
下記、ＥおよびＦによる処理を施して、比較鋼板Ｎｏ．
　１および２を調製した。 （Ｅ）　処理 塗布液　　　　：　　第一リン酸マグネシウム：１５０
　ｇ／ｌ重クロム酸カルシウム　　：　２０　ｇ／ｌシ
リカゾル　　　　　　　　　　　　：　２５　ｇ／ｌ　
（　固形分２０％　）ホウ酸　　　　　　　　　　　　
　　　　：　１５　ｇ／ｌ処理方法　　：　　電磁鋼板
の表面上に、上記塗布液を、３ロールコータによって塗
布し、次いで、これを、焼き付け炉内において、到達板
温４５０　℃により焼き付け処理を施して、０．３　μ
ｍ　の厚さの無機系絶縁被膜を形成した。

【００３３】（Ｆ）　処理 塗布液　　　　：　　重クロム酸マグネシウム：１３０
　ｇ／ｌホウ酸　　　　　　　　　　　　　　　　：　
２５　ｇ／ｌエチレングリコール　　　　：　２５　ｇ
／ｌアクリル系樹脂エマルジョン：３０　ｇ／ｌ　（　
固形分として）処理方法　　：　　電磁鋼板の表面上に
、上記塗布液を、３ロールコータによって塗布し、次い
で、これを、焼き付け炉内において、到達板温２９０　
℃により焼き付け処理を施して、０．３　μｍ　の厚さ
の無機・有機系絶縁被膜を形成した。

【００３４】このようにして調製した本発明鋼板および
比較鋼板の各々の、絶縁被膜中のＣｒ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｔ
ｉおよびＺｒの含有量を、蛍光Ｘ線分析装置（ＦＸ）ま
たはＸ線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による定量
分析によって調べた。更に、本発明鋼板および比較鋼板
の各々の、打ち抜き性、溶接性、塗料密着性、歪み取り
焼鈍前後の層間絶縁抵抗値および耐食性を以下に述べる
方法によって調べた。なお、歪み取り焼鈍は、試験片を
、窒素雰囲気中において７５０　℃の温度で、２時間加
熱することにより行った。

【００３５】（１）　打ち抜き性 試験片を、下記条件で連続打ち抜きしたときの、ブラン
クのかえり高さを調べ、それによって評価した。 打ち抜き形状：直径１０ｍｍの丸型、 打ち抜き回数：２０万回、 金型の材質　　：ＳＫＤ−１１、 打ち抜き油　　：使用。

【００３６】（２）　溶接性 積層した複数枚の電磁鋼板を、下記条件でＴＩＧ溶接し
たときの、ビード部にブローホールが発生しない最大溶
接速度によって評価した。 コア締め付け圧：６０Ｋｇ／ｃｍ２ 溶接電流　　　　　　：１００Ａ

【００３７】（３）　塗料密着性 試験片の表面上に、エポキシ系塗料による３０μｍ　の
厚さのカチオン電着塗装を施し、次いで、これを沸水中
に２時間浸漬し、このような処理の施された試験片に対
しゴバン目テープテストを施したときの、塗膜の剥離面
積を調べ、これによって評価した。

【００３８】（４）　層間絶縁抵抗値 ＪＩＳ　Ｃ　２５５０　　第２法に基づいて調べた。 （５）　耐食性 試験片を、温度５０℃、相対湿度８０％　の恒温恒湿の
試験槽内に２０日間放置した後の、試験片の発錆面積（
％）　を調べ、これによって評価した。

【００３９】表１に、上記本発明鋼板および比較鋼板の
各々の絶縁被膜の組成、および、上述した、打ち抜き性
、溶接性、塗料密着性、歪み取り焼鈍前後の層間絶縁抵
抗値および耐食性の調査結果を示す。

【００４０】

【表１】

【００４１】表１から明らかなように、従来の塗布・焼
き付け法による無機系絶縁被膜を有する比較鋼板Ｎｏ．
　１は、打ち抜き性、塗料密着性、および、歪み取り焼
鈍後の層間絶縁抵抗値並びに耐食性が、何れも悪かった
。また、従来の塗布・焼き付け法による無機・有機系絶
縁被膜を有する比較鋼板Ｎｏ．　２は、溶接性、塗料密
着性、および、歪み取り焼鈍後の層間絶縁抵抗値並びに
耐食性が、何れも悪かった。

【００４２】これに対し、本発明鋼板Ｎｏ．　１〜４は
、打ち抜き性、溶接性、塗料密着性、歪み取り焼鈍前後
の層間絶縁抵抗値および耐食性の何れにおいても優れて
おり、絶縁被膜の厚さは、鋼板の幅および長さ方向にわ
たり均一であった。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
絶縁性、打ち抜き性、耐熱性、耐食性および塗料密着性
に優れた絶縁被膜を有する電磁鋼板を、容易に且つ安価
に製造することができ、鋼板に歪み取り焼鈍等の加熱処
理が施されても、その熱によって、絶縁性、耐食性、塗
料密着性等が低下することはない。更に、高速で走行す
る電磁鋼ストリップに対する絶縁被膜の形成のために、
従来の絞りロールや３ロールコータを使用した塗布・焼
き付け法のように、摩耗による定期的なロール交換の必
要がなく、その長手方向および幅方向に均一な厚さの薄
い絶縁被膜を、容易に且つ短時間にそして経済的に形成
することができる等、多くの、工業上有用な効果がもた
らされる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電磁鋼板の少なくとも１つの表面上に
   、クロム水和酸化物および／またはクロム酸化物と、Ａ
   ｌ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物の
   うちの少なくとも１つとからなる電解処理絶縁皮膜が形
   成されており、前記クロム水和酸化物および／またはク
   ロム酸化物の量は、クロム換算で５〜５０ｍｇ／ｍ２　
   の範囲内であり、そして、前記Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化物
   、Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のうちの少なくとも１つ
   の総量は、Ａｌ，Ｓｉ，ＴｉおよびＺｒ換算で前記クロ
   ム水和酸化物および／またはクロム酸化物の前記クロム
   換算量の０．１　〜１０倍の範囲内であることを特徴と
   する、電解処理絶縁被膜を有する電磁鋼板。
2. 【請求項２】　　無水クロム酸およびクロム酸塩群の少
   なくとも１つと、Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化物、Ｔｉ酸化物
   およびＺｒ酸化物のうちの少なくとも１つとを含有する
   電解処理液中において、電磁鋼板に陰極電解処理を施し
   て、前記電磁鋼板の少なくとも１つの表面上に、クロム
   換算で５〜５０ｍｇ／ｍ２　の範囲内の量の、クロム水
   和酸化物および／またはクロム酸化物と、その総量が、
   Ａｌ，Ｓｉ，ＴｉおよびＺｒ換算で前記クロム水和酸化
   物および／またはクロム酸化物の前記クロム換算量の０
   ．１　〜１０倍の範囲内の、Ａｌ酸化物、Ｓｉ酸化物、
   Ｔｉ酸化物およびＺｒ酸化物のうちの少なくとも１つと
   からなる絶縁皮膜を形成することを特徴とする、電解処
   理絶縁被膜を有する電磁鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】　　前記電解処理液のｐＨ値は、１〜５の
   範囲内である、請求項２記載の方法。