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先進的電工鋼無鉻涂層
1 前言
????電工鋼 (ES)，又稱硅鋼，是一種含硅鐵的重要合金鋼。這種合金鋼擁有特殊的電磁特性，用作發電機、空壓機、電動機和變壓器的鐵芯材料。電工鋼的性能決定了能量轉換的效率。
??? ?能量轉換過程中的損耗(例如“鐵損”) 包括磁滯損耗和渦流損耗。其中，磁滯損耗是材料的本質特性，主要由合金的化學成分和電工鋼的生產工藝決定；而渦流損耗更多地由非本質特性決定，例如能量轉換系統的設計和電工鋼芯的形狀。渦流損耗與厚度的平方成正比，因此，電工鋼通常都呈堆疊薄片形狀。此外，渦流損耗與電工鋼薄片之間的層間電阻率成反比，因此，現代的電工鋼片通常都涂有絕緣層。
??? ?由于鋼鐵材料易受潮濕、空氣、鹽分及其他腐蝕性物質的侵蝕，絕緣層還必須具備抗腐蝕的功能，以保證電工鋼芯在應用中達到要求的使用壽命。除了層間絕緣和耐腐蝕性之外，電工鋼涂層還要滿足附著力、退火和沖壓加工等加工工藝條件。
??? ?現代工業中，大多數電工鋼薄片表面涂層都具備抗腐蝕、絕緣和可加工性。電工鋼的涂層主要分為兩大類∶含鉻涂層和無鉻涂層。含鉻涂層中所用的六價鉻離子(Cr+6) ，具有致癌性，已被相關法規禁止使用。但由于含鉻涂層具備超強的抑制腐蝕和自我修復能力，至今仍是電工鋼涂層的主要種類。與含鉻涂層具備同樣性能的無鉻涂層技術，目前具有非常高的需求量。
????本文對我們最新的性能無鉻電工鋼涂層G2進行了介紹，并與前一代技術的無鉻電工鋼涂層G1進行了比較。相比G1，G2具備更好的耐蝕性、層間電阻性能、附著性和切邊防銹性。由于其優良的性能，新的G2涂層有望推動在一般用途以及高性能的硅鋼產品中使用環保型無鉻涂層技術的應用。
2 實驗方法
??? ?材料?研究涂層為兩種水性的無鉻涂層∶作為參考的第一代涂層G1和高性能的第二代涂層G2。G2采用了特別設計的技術粘合劑技術，更為先進。以0.5mm厚的1300級電工鋼作為涂層實驗基體，所有實驗試樣的干涂層平均厚度為0.60~0.80μm。
????耐腐蝕性能? 電工鋼涂層的耐腐蝕性能采用鹽霧試驗來判定，所用試樣大小為8 x 15cm^2，邊部封死。所用鹽霧由溫度為35℃、濃度為5%氯化鈉水溶液產生，噴出速率為1~2Ml/h。分別對暴露在鹽霧中5、10、15、20h后的試樣腐蝕程度進行判定。
????電化學分析? 分別將涂覆的未涂覆的電工鋼試樣放入濃度為3.5%氯化鈉的新制水溶液中進行電化學分析(ACM電場設備) 。分別使用Pt和Ag/AgCl-3M KCl作為對輔助電極和參比電極。
????涂鍍層橫截面圖像?? 首先給試樣蒸鍍一層鉑膜，然后使用雙束型聚焦鎵離子束進行磨削并切割一個方孔。使用掃描顯微鏡取方孔的橫截面圖像，放大倍數為65000倍。
???? 附著性? 涂層對電工鋼基板的附著性測評，通過對彎曲的試樣進行浸泡試驗來完成。如果涂層的附著性不足，彎曲和沖擊就會導致涂層開裂或剝離，出現裂縫的地方，Fe和Cu+2會發生氧化還原反應，會有紅色的Cu析出。? ??層間電阻?電工鋼涂層的絕緣性能由 “層間電阻Re” 來衡量，使用大小為10 x 30mm^2的試樣在經過校驗的JIS一C一2550層間電阻測試儀上測量。通常的做法是將電極板緊靠涂層，然后測量穿過涂層從電工鋼基板的電流I。然后由電流I和電極板接觸面積A，應用下面的公式，計算得出層間電阻。
????? Rs=A[1/I一1]
?? 切邊的耐腐蝕性??切邊的耐蝕性能采用兩種方法來測試∶加速測試和室內大氣環境測試。
?? 第一種方法，將每種涂層的電工鋼試樣沖壓薄片以50片為一組堆疊為約25mm厚，然后將其放置在加速環境下進行測試。在加速環境下暴露5min后，根據切邊的腐蝕程度，對每種涂層試樣的切邊耐腐蝕性能進行評估。
?? 第二種方法，將每種涂層的電工鋼堆疊試樣，一側切邊裸露，其余側切邊涂沖壓油。每種涂層的電工鋼堆疊試樣放置在相同的室內大氣環境下，放置16周。然后觀察試樣切邊的腐蝕程度，判別每種涂層試樣的切邊腐蝕性能。
3 結果和討論
?? 涂層的耐腐蝕性能??圖1(略) 是G1涂層和G2涂層電工鋼樣本的鹽霧測試(SST)結果。最開始的5h中，兩種涂層的耐腐蝕性能表現基本一樣。但是隨著試樣在鹽霧中暴露的時間越長，G1涂層和G2涂層的耐腐蝕性能出現了明顯差別。20h后，G2涂層的腐蝕程度依然非常有限，而G1涂層已經完全腐蝕。所以G2涂層的耐腐蝕性能要遠遠優于G1涂層。
?? 圖2是涂覆的電工鋼試樣和無涂覆的電工鋼試樣的動電位掃描結果(略）。無涂覆的電工鋼試樣的靜止電位ER為一710mV。高性能的G2涂層電工鋼試樣靜止電位為一600mV。涂覆的電工鋼試樣相對于無涂覆的電工鋼試樣在靜止電位上的正向偏移，說明在熱力學作用下，涂層能夠降低電工鋼基板在鹽溶液中發生腐蝕的程度。
?? 表1中列出了檢測結果。按照表1所示，G1涂層可以將腐蝕電流密度降低至1.40μA/cm^2，而G2涂層則可以將腐蝕電流密度降低至0.7μA/cm^2。這說明，G2要比G1具備更強的動態耐腐蝕性能。
表1? 涂覆和無涂覆的電工鋼的腐蝕電流密度和耐蝕性能
| 涂覆的電工鋼???????????? 無涂覆的電工鋼 無鉻涂層G1??????? 無鉻涂層G2 |
| 腐蝕電流密度(μA/cm^2)????? 1.4???????????????? 0.7???????????? 定義為0 ?耐蝕性能(%)??????????????? 92???????????????? 96 |
| ??????????????? 防腐蝕性能=[17.5一腐蝕電流密度/17.5] x 100% |
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