無取向硅鋼用磷酸鹽涂層材料制備及其防腐性能

代如梅，金艷花，潘旭杰，張 琴，趙 娜，宗 俊

（華東師范大學(xué)化學(xué)系，上海 200241）

無取向硅鋼用磷酸鹽涂層材料制備及其防腐性能

代如梅，金艷花，潘旭杰，張 琴，趙 娜，宗 俊

（華東師范大學(xué)化學(xué)系，上海 200241）

系統(tǒng)研究了無取向硅鋼用磷酸鹽系涂層性能的影響因素。以氫氧化鋁和磷酸為原料制備磷酸二氫鋁，再添加適量的添加劑酒石酸銨、二氧化硅、環(huán)氧樹脂，得到的涂液涂布于硅鋼表面，并控制合適的烘干溫度，通過耐鹽霧實驗考察各因素對涂液耐腐蝕性能的影響。實驗結(jié)果表明，在磷酸與氫氧化鋁物質(zhì)的量比為3.4∶1、酒石酸銨用量為2％、二氧化硅用量為1％、環(huán)氧樹脂用量為5％、烘干溫度為300℃條件下，所得涂層材料的防（耐）腐蝕效果最佳。

無取向硅鋼；防腐；環(huán)保；磷酸鹽；涂層

無取向硅鋼作為電機和變壓器的鐵芯材料近幾年得到了快速發(fā)展［1］，緊隨其后的就是對其表面涂層的研究與應(yīng)用。電工鋼的表面涂層要求非常高，主要有以下幾點：絕緣性好，耐熱性好，絕緣膜薄且均勻，層間電阻高，附著性好，沖片性好，防腐蝕性好，焊接性好，無毒等［2］。筆者主要從防腐蝕角度進行了一系列的研究，力求環(huán)保、經(jīng)濟。磷酸二氫鋁具有黏結(jié)能力強、耐高溫、價格低等優(yōu)點，而且它不像鉻酸鹽可能造成重金屬污染，完全消除了鉻元素帶來的環(huán)境污染問題，很適合用于硅鋼片的防腐涂層［3-4］。為了提高磷酸二氫鋁涂液的性能及其穩(wěn)定性，加入了適量的酒石酸銨、二氧化硅、環(huán)氧樹脂。沒加入酒石酸銨的涂液靜置一段時間后會出現(xiàn)少量白色沉淀，沉淀物經(jīng)XRD檢測含有Al，說明涂液不能穩(wěn)定保存。酒石酸銨可以和Al3+形成螯合物，可以有效避免沉淀的生成，延長涂液的保存時間［5］。在鋼片烘干的過程中，SiO2粒子會發(fā)生聚合，形成Si—O鍵的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，鋼鐵表面的鐵元素等和Si—O鍵生成硅酸鹽聚合物，從而使鋼片表面形成均勻的涂層［6］。環(huán)氧樹脂對金屬和非金屬材料具有優(yōu)異的黏接強度，所以可以加入環(huán)氧樹脂來提高涂液對鋼片的黏結(jié)力，從而提高涂液效果［7］。通過一系列實驗研究確定了添加劑的用量，得到了一種環(huán)保、經(jīng)濟的無取向硅鋼用磷酸系防腐涂料，可以嘗試在實際生產(chǎn)中應(yīng)用。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器及試劑

儀器：DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器；SGM2893HA電阻爐（馬弗爐）；DZF-6020型真空干燥箱；KQ-3200DA型數(shù)控超聲儀；比重計；鹽霧箱；自制涂液棒。

試劑：磷酸，質(zhì)量分數(shù)為85.0％，分析純；氫氧化鋁，質(zhì)量分數(shù)為97.0％，分析純；酒石酸銨，質(zhì)量分數(shù)為99.0％，分析純；納米SiO2粉末；水性環(huán)氧樹脂；去離子水。

1.2 涂液的制備

1.2.1 磷酸二氫鋁的制備

將稀釋好的磷酸溶液加熱至110℃，邊攪拌邊緩慢加入一定量氫氧化鋁溶液，得到磷酸二氫鋁溶液。

Al（OH）3+3H3PO4=Al（H2PO4）3+3H2O （1）

1.2.2 涂液的制備

在攪拌的情況下向新制備的磷酸二氫鋁溶液中加入一定量二氧化硅、螯合劑酒石酸銨、樹脂，同時加入適量去離子水?dāng)嚢杈鶆?，備用?/p>

1.3 涂層的涂布

將鋼片進行堿洗、酸洗、超聲波水洗后用濾紙擦干，用自制涂液棒沾取制備好的涂液均勻涂布在鋼片表面，在不同溫度下烘干。

1.4 耐鹽霧試驗

將涂好涂液的鋼片表面烘干后，置于裝有質(zhì)量分數(shù)為0.1％氯化鈉溶液的鹽霧箱中，密封。每隔一段時間觀察鋼片表面生銹及起泡等情況，以耐鹽霧性能考察涂層材料的最佳制備條件。

2結(jié)果與討論

2.1 磷酸二氫鋁制備條件

2.1.1 合成溫度的選擇

溫度太低時反應(yīng)不能順利進行，會有Al（OH）3白色沉淀剩余。所以實驗中先將磷酸稀釋后加熱至90℃，然后緩慢加入氫氧化鋁，最后升溫至110℃恒溫攪拌約1.5 h，反應(yīng)液基本呈均一穩(wěn)定的溶液。

2.1.2 反應(yīng)物配比的控制

由式（1）可知，磷酸與氫氧化鋁理論物質(zhì)的量比為3∶1，但實驗表明，稍過量的磷酸有利于反應(yīng)的進行且有利于涂層的生成。當(dāng)磷酸和氫氧化鋁物質(zhì)的量比小于3∶1時會有Al（OH）3剩余，反應(yīng)液中有白色沉淀；當(dāng)二者物質(zhì)的量比大于3.5∶1時，過量的磷酸使涂料酸性過強，加快鋼片腐蝕，在涂層干燥過程中會吸收空氣中的水分，不利于涂層的固化。實驗得出，當(dāng)磷酸與氫氧化鋁物質(zhì)的量比為3.4∶1時，所得磷酸二氫鋁溶液澄清透明。

2.2 螯合劑用量對涂液穩(wěn)定性的影響

在涂液中加入不同量的螯合劑，攪拌均勻后靜置，3 h后觀察各涂液的狀態(tài)，結(jié)果見表1。由表1可以看出，當(dāng)螯合劑加入量大于2％（質(zhì)量分數(shù)，下同）時涂料穩(wěn)定存在，因此確定螯合劑用量為2％。

表1 螯合劑用量對涂液穩(wěn)定性的影響

2.3 SiO2用量對涂液防腐蝕性能的影響

在5個燒杯中分別加入適量涂液。將納米SiO2配制成液體后，分別按0.0％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％（質(zhì)量分數(shù)，下同）的加入量加入燒杯中，攪拌均勻后分別涂布在處理好的鋼片表面，烘干后置于鹽霧箱中，每隔一段時間觀察腐蝕情況。SiO2的加入可以提高溶液的分散性，SiO2用量對涂液防腐蝕性能的影響見表2。由表2可以看出，SiO2的加入量為1％時效果最佳。

表2 SiO2用量對涂液防腐蝕性能的影響

2.4 樹脂用量對涂液防腐蝕性能的影響

在5個燒杯中分別加入適量涂液，分別按0％、2％、4％、5％、6％、7％（質(zhì)量分數(shù)，下同）的加入量加入樹脂，攪拌均勻后分別涂布在已經(jīng)處理好的鋼片表面，對應(yīng)鋼片依次編號為1、2、3、4、5、6，烘干后置于鹽霧箱中，觀察鋼片表面的腐蝕情況，實驗結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，當(dāng)樹脂用量為5％時（4號樣品）效果最好。

2.5 烘干溫度對涂液防腐蝕性能的影響

實驗分別考察了25、100、200、300、400、500℃的烘干溫度對涂液防腐蝕性能的影響，鋼片編號依次為1、2、3、4、5、6。在各個溫度下烘干后置于鹽霧箱中，定期觀察各個鋼片的腐蝕情況。在鹽霧箱中放置178 h后鋼片表面的腐蝕情況見圖2。從圖2中鋼片的腐蝕情況可以看出，300℃（4號樣）是最佳烘干溫度。

圖1 樹脂用量對涂料防腐蝕性能的影響

圖2 烘干溫度對涂液防腐蝕性能的影響

3 結(jié)論

控制條件制備磷酸二氫鋁，再添加適量的添加劑酒石酸銨、二氧化硅、環(huán)氧樹脂，得到的涂液涂布于硅鋼表面，并控制合適的烘干溫度，考察各因素對硅鋼的防（耐）腐蝕情況的影響。實驗結(jié)果表明，在磷酸與氫氧化鋁物質(zhì)的量比為3.4∶1、酒石酸銨用量為2％、SiO2用量為1％、樹脂用量為5％、烘干溫度為300℃條件下，所得涂層材料的防（耐）腐蝕效果最佳。

［1］儲雙杰，瞿標(biāo)，戴元遠，等.無取向硅鋼表面絕緣涂層［J］.材料保護，1998，31(1)：19-21.

Preparation and corrosion resistance performance of phosphate coatingmaterial for non-oriented silicon steel

DaiRumei，Jin Yanhua，Pan Xujie，Zhang Qin，Zhao Na，Zong Jun
（DepartmentofChemistry，EastChina NormalUniversity，Shanghai200241，China）

The factors influencing the performanceofphosphate anticorrosive coating fornon-oriented siliconwere systematically studied.Aluminum dihydrogen phosphatewasprepared with aluminum hydroxide and phosphoric acid as rawmaterials. Then added the rightamountof additives，such as ammonium tartrate，silicon dioxide，and epoxy resin to prepare the liquid coating，which was coated on the surface of the silicon steel，and finally controlled a suitable drying temperature.The influences of various factors on the anti-corrosion performance of the coatingwere investigated through the saltspray test.Experiment results showed thatunder the conditionsof the amount-of-substance ratio of phosphoric acid to aluminium hydroxide of 3.4∶1，ammonium tartrate dosage of2％，silica dosage of1％，epoxy resin of5％，and drying temperature of300℃，the coating material′s corrosion prevention effectwas the best.

non-oriented silicon steel；anti-corrosion；environmentalprotection；phosphate;coating

TQ126.35

A

1006-4990（2014）09-0041-03