絶縁被膜付き電磁鋼板

【課題】絶縁被膜中にクロム化合物を含まずとも被膜密着性、TIG溶接性、耐水性、耐スティッキング性、焼鈍後の被膜外観、耐テンションパッド性、および耐食性のいずれにもバランス良く優れた絶縁被膜付き電磁鋼板を提供する。
【解決手段】本発明の絶縁被膜付き電磁鋼板は、水素、アルキル基、およびフェニル基から選ばれた少なくとも1種の非反応性置換基のみからなるトリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)と、シランカップリング剤(B)と、平均粒子径が5〜100nmの水分散性微粒子シリカ(C)と、水とを、以下の条件を満足するように調整した表面処理剤を電磁鋼板の少なくとも片面に塗布、乾燥して成る絶縁被膜を有することを特徴とする。1)質量比(A/B)が0.05〜1.0である。2)(C)の含有量が、前記表面処理剤の全固形分に対し10〜45質量%である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、絶縁被膜付き電磁鋼板に関する。本発明は特に、絶縁被膜中にクロム化合物を含まずとも被膜密着性、TIG溶接性、耐水性、耐スティッキング性、焼鈍後の被膜外観、耐テンションパッド性、および耐食性のいずれにもバランス良く優れた絶縁被膜付き電磁鋼板に関する。
【背景技術】
【0002】
モータや変圧器などに使用される電磁鋼板の絶縁被膜には、層間抵抗だけでなく、被膜密着性、溶接性など種々の特性が要求される。電磁鋼板は多様な用途に使用されるため、その用途に応じて種々の絶縁被膜の開発が行われている。また、電磁鋼板に打抜き加工、せん断加工、曲げ加工などを施すと残留歪みにより磁気特性が劣化するので、これを解消するために700〜800℃程度の温度で歪取り焼純を行う場合が多い。従って、この場合には、絶縁被膜が歪取り焼鈍に耐え得るものでなければならない。
【0003】
電磁鋼板の絶縁被膜は、大別して
(1)溶接性、耐熱性を重視し、歪取り焼鈍に耐える無機被膜、
(2)打抜性、溶接性の両立を目指し歪取り焼鈍に耐える樹脂含有の無機被膜(すなわち、半有機被膜)、
(3)特殊用途で歪取り焼鈍不可の有機被膜
の3種に分類されるが、汎用品として歪取り焼鈍に耐えるのは、上記(1),(2)に示した無機成分を含む被膜であり、これらは両者ともクロム化合物を含むものが一般的であった。
【0004】
しかし、昨今、環境意識が高まり、電磁鋼板の分野においてもクロム化合物を含まない絶縁被膜を有するクロメートフリーの製品が需要家などから望まれている。クロム化合物は含まず、有機成分と無機成分の両方を含む表面処理剤を電磁鋼板表面に塗布して、上記(2)に該当する絶縁被膜を形成する技術には、以下のようなものがある。
【0005】
特許文献1には、コロイド状シリカ、アルミナゾル、ジルコニアゾルの1種または2種以上よりなる無機コロイド状物質に対して、水溶性またはエマルジョンタイプの樹脂の1種または2種以上からなる有機物を加えた水溶液を表面処理剤として、歪取り焼鈍前の耐食性などに優れた絶縁被膜を形成する技術が記載されている。
【0006】
特許文献2には、Alの第一リン酸塩溶液を100重量部と、粒子径0.2〜3.0μmの有機樹脂エマルジョン1〜300重量部とを主成分とする処理液を表面処理剤として、溶接性、密着性および歪取り焼鈍後の滑り性に優れた絶縁被膜を形成する技術が記載されている。
【0007】
特許文献3には、ポリシロキサンと各種有機樹脂とを共重合したポリシロキサン重合体と、シリカ、シリケート等の無機化合物とからなる絶縁被膜を有する、耐食性、密着性、耐溶剤性、耐スティキング性に優れた電磁鋼板が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平10−46350号公報
【特許文献2】特開平6−330338号公報
【特許文献3】特開2007−197820号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかしながら、上記従来の絶縁被膜では、近年の電磁鋼板に求められる様々な特性のいずれをもバランス良く得ることはできなかった。様々な特性としては、例えば、被膜密着性、TIG溶接性、耐水性、耐スティッキング性、焼鈍後の被膜外観、耐テンションパッド性、および耐食性が挙げられる。なお、ここでいう「耐テンションパッド性」とは、コイルのスリットなどを行うために、板を押さえるために用いるフェルト状のテンションパッドで表面をこする際の被膜の剥がれにくさである。
【0010】
具体的には、特許文献1では、被膜密着性、TIG溶接性、耐食性には優れるものの、耐テンションパッド性、耐水性は十分に得ることができず、焼鈍後の被膜外観、耐スティッキング性については全く考慮されていない。
【0011】
また特許文献2では、耐食性、被膜密着性、耐スティッキング性には優れるものの、リン酸塩被膜でクロムを含まない組成の場合にはベタツキが発生し、耐水性が劣化するという問題があった。その他、焼鈍後の被膜外観は十分に得ることができず、TIG溶接性、耐テンションパッド性については全く考慮されていない。
【0012】
さらに特許文献3では、耐食性、被膜密着性、耐スティッキング性には優れるものの、TIG溶接時にブローホールが発生し、TIG溶接性が劣化したり、また鋼種によっては焼鈍後に斑模様が発生し、焼鈍後の被膜外観が劣化するという問題があった。その他、耐テンションパッド性は十分に得ることができず、耐水性については全く考慮されていない。
【0013】
そこで本発明は、上記課題に鑑み、絶縁被膜中にクロム化合物を含まずとも被膜密着性、TIG溶接性、耐水性、耐スティッキング性、焼鈍後の被膜外観、耐テンションパッド性、および耐食性のいずれにもバランス良く優れた絶縁被膜付き電磁鋼板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0014】
この目的を達成すべく本発明者らが鋭意検討したところ、トリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)と、シランカップリング剤(B)と、平均粒子径が5〜100nmの水分散性微粒子シリカ(C)と、水とを、特定の配合にて調整した表面処理剤によって形成した絶縁被膜を有する電磁鋼板によって、上記の目的を達成できることを見出し、本発明を完成させるに至った。
【0015】
本発明は、このような知見に基づきなされたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
(1)水素、アルキル基、およびフェニル基から選ばれた少なくとも1種の非反応性置換基のみからなるトリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)と、シランカップリング剤(B)と、平均粒子径が5〜100nmの水分散性微粒子シリカ(C)と、水とを、下記の条件を満足するように調整した表面処理剤を電磁鋼板の少なくとも片面に塗布、乾燥して成る絶縁被膜を有することを特徴とする絶縁被膜付き電磁鋼板。

1)前記トリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)と前記シランカップリング剤(B)との質量比(A/B)が0.05〜1.00である。
2)前記水分散性微粒子シリカ(C)の含有量が、前記表面処理剤の全固形分に対し10〜45質量%である。
【0016】
(2)前記表面処理剤は、B化合物およびZr化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物(D)を、前記表面処理剤の全固形分に対し1〜25質量%含有する上記(1)に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板。
【0017】
(3)前記表面処理剤は、潤滑剤(E)を前記表面処理剤の全固形分に対し1〜15質量%含む上記(1)または(2)に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板。
【発明の効果】
【0018】
本発明によれば、絶縁被膜中にクロム化合物を含まずとも被膜密着性、TIG溶接性、耐水性、耐スティッキング性、焼鈍後の被膜外観、耐テンションパッド性、および耐食性のいずれにもバランス良く優れた絶縁被膜付き電磁鋼板を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明を具体的に説明する。
【0020】
<電磁鋼板>
本発明において、素材である電磁鋼板としては、特に制限はなく、従来から公知のものいずれもが適合する。すなわち、磁束密度の高いいわゆる軟鉄板(電気鉄板)やSPCCなどの一般冷延鋼板、また比抵抗を上げるためにSiやAlを含有させた無方向性電磁鋼板などいずれもが有利に適合する。
【0021】
<表面処理剤>
本発明で用いる表面処理剤は、水素、アルキル基、およびフェニル基から選ばれた少なくとも1種の非反応性置換基のみからなるトリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)と、シランカップリング剤(B)と、平均粒子径が5〜100nmの水分散性微粒子シリカ(C)と、水とを含有する。
【0022】
トリアルコキシシランの種類は特に限定されず、一般式R1Si(OR’)で示され、それらの1種以上を用いることができる。R1は水素、アルキル基、およびフェニル基から選ばれる非反応性置換基である。R1がアルキル基の場合は、好ましくは炭素数1〜6の直鎖または分岐のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数1〜3の直鎖または分岐のアルキル基である。R’はアルキル基であり、好ましくは炭素数1〜4の直鎖または分岐のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数1〜2の直鎖または分岐のアルキル基である。例えば、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、およびこれらの加水分解物などが使用できる。なかでも、電磁鋼板の耐食性がより優れるという観点からアルキル基を有するトリアルコキシシランが好ましい。
【0023】
ジアルコキシシランの種類は特に限定されず、一般式R2R3Si(OR’’)で示され、それらの1種以上を用いることができる。ここで、R2およびR3は水素、アルキル基、およびフェニル基から選ばれる非反応性置換基であり、好ましくは炭素数1〜6の直鎖または分岐のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数1〜3の直鎖または分岐のアルキル基である。R’’はアルキル基であり、好ましくは炭素数1〜4の直鎖または分岐のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数1〜2の直鎖または分岐のアルキル基である。例えば、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、およびこれらの加水分解物などが使用できる。なかでも、電磁鋼板の耐食性がより優れるという観点からアルキル基を有するジアルコキシシランが好ましい。
【0024】
シランカップリング剤(B)の種類は特に限定されず、一般式XSi(R4)(OR)3−n(ここで、nの範囲は0〜2)で示され、それらの1種以上を同時に用いることができる。Xは活性水素含有アミノ基、エポキシ基、メルカプト基およびメタクリロキシ基から選ばれる少なくとも1種の反応性官能基である。R4はアルキル基であり、好ましくは炭素数1〜4の直鎖または分岐のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数1〜2の直鎖または分岐のアルキル基である。ORは任意の加水分解性基であり、Rは例えばアルキル基であり、好ましくは炭素数1〜4の直鎖または分岐のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数1〜2の直鎖または分岐のアルキル基である。また、Rは例えばアシル基(−COR5)であり、R5は好ましくは炭素数1〜4の直鎖または分岐のアルキル基であり、更に好ましくは炭素数1〜2の直鎖または分岐のアルキル基である。シランカップリング剤(B)として例えば、N−(アミノエチル)3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、2−(3,4エポキシシクロヘキシル)エチルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、およびこれらの加水分解物などが使用できる。なかでも、電磁鋼板の耐食性がより優れるという観点からアミノ基またはエポキシ基を有するシランカップリング剤が好ましい。
【0025】
本発明に用いる表面処理剤では、有機成分として、トリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)およびシランカップリング剤(B)の組み合わせを用いた。ここで、表面処理剤にトリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)を含むことは、絶縁被膜の電磁鋼板表面に対する被膜密着性の向上に寄与する。本発明者らの検討によれば、電磁鋼板に適用する表面処理剤にテトラアルコキシシランを含む場合は、十分な被膜密着性を得ることができなかった。しかし、トリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)を含む表面処理剤で被膜を形成したところ、意外にも電磁鋼板の表面との十分な被膜密着性を得ることができた。
【0026】
本発明に用いる表面処理剤では、トリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)とシランカップリング剤(B)との質量比(A/B)を、0.05〜1.0の範囲とし、好ましくは0.1〜0.5の範囲とする。
【0027】
質量比(A/B)が1.0を超える場合、十分な耐水性を得ることができない。また、耐テンションパッド性の劣化やハンドリングでの傷や被膜剥離なども発生し易い。このように、本発明では単にトリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)を用いるだけではなく、さらにシランカップリング剤(B)との組み合わせでシランカップリング剤(B)を主成分とすることにより、耐水性および耐テンションパッド性を顕著に向上させることができたものである。また、質量比(A/B)が0.05未満の場合、電磁鋼板のTIG溶接性が十分に得られない。
【0028】
本発明に用いる表面処理剤には、平均粒子径が5〜100nmの水分散性微粒子シリカ(C)を含む。水分散性微粒子シリカ(C)は、耐スティッキング性およびTIG溶接性の向上に寄与する点で有効である。その理由は定かではないが、水分散性微粒子シリカ(C)は、トリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)とシランカップリング剤(B)が形成する被膜を変化させると推測され、かかる作用に起因して、耐スティッキング性およびTIG溶接性の確保が可能となる。
【0029】
水分散性微粒子シリカ(C)の含有量(固形分)は、表面処理剤の全固形分に対し10〜45質量%の範囲とする。10%未満の場合、耐スティッキング性およびTIG溶接性に優れた電磁鋼板が得られない。45%超の場合、シラン(A)とシランカップリング剤(B)によるポリシロキサン結合が分断されるため、耐食性が低下する。
【0030】
水分散性微粒子シリカ(C)の平均粒子径は、5〜100nmの範囲とする。好ましくは10〜90nmの範囲である。5nm未満の場合、被膜中でのシリカの分散状態が不均一になりやすいため、焼鈍後の被膜外観の均一性に優れた電磁鋼板が得られないからである。また、100nm超の場合、シリカ粒子が比較的大きく、被膜上にシリカが露出する確率が高く、テンションパッドで擦ったときに引っかかり易く、被膜がはがれやすくなるため、耐テンションパット性が低下するからである。なお、本明細書において水分散性微粒子シリカの「平均粒子径」は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定した粒度分布の累積度数が体積百分率で50%となる粒子径とする。
【0031】
水分散性微粒子シリカ(C)の種類は、特に限定されず、コロイダルシリカや乾式シリカを用いることができる。コロイダルシリカとしては、例えば、日産化学(株)製のスノーテックスC、N、20、OS、OXS、OL、(いずれも商品名)などが挙げられ、また、乾式シリカとしては日本アエロジル(株)製のAEROSIL50、130、200、300、380(いずれも商品名)などが挙げられ、これらの1種以上を用いることができる。
【0032】
本発明に使用される表面処理剤には、耐スティッキング性およびTIG溶接性をより向上させるため、B化合物およびZr化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物(D)を添加することができる。
【0033】
B化合物としては、ホウ酸、オルトホウ酸、メタホウ酸、四ホウ酸、メタホウ酸ナトリウム、四ホウ酸ナトリウム等が挙げられ、これらを単独または複合して使用することができる。しかしながら、これらに限定されるものではなく、例えば、水に溶けてホウ酸イオンを生じさせるような化合物でもよく、またホウ酸イオンは直線型や環状に重合していてもよい。
【0034】
Zr化合物としては酢酸ジルコニウム、プロピオン酸ジルコニウム、オキシ塩化ジルコニウム、硝酸ジルコニウム、炭酸ジルコニウムアンモニウム、炭酸ジルコニウムカリウム、ヒドロキシ塩化ジルコニウム、硫酸ジルコニウム、リン酸ジルコニウム、リン酸ナトリウムジルコニウム、六フッ化ジルコニウムカリウム、テトラノルマルプロポキシジルコニウム、テトラノルマルブトキシジルコニウム、ジルコニウムテトラアセチルアセトネート、ジルコニウムトリブトキシアセチルアセトネート、ジルコニウムトリブトキシステアレート等が挙げられる。これらは、単独添加は勿論のこと、2種以上複合して用いることもできる。
【0035】
本発明に使用される化合物(D)の含有量は、表面処理剤の全固形分に対し1〜25質量%含有することが好ましく、3〜20質量%がより好ましい。1質量%以上とすることにより、耐スティッキング性およびTIG溶接性をより向上させることができ、25質量%以下とすることにより、十分な耐食性を維持することができる。
【0036】
更に、本発明に使用される表面処理剤には、耐テンションパッド性を向上させるため、潤滑剤(E)を添加することができる。潤滑剤(E)としては、ポリエチレンワックス、酸化ポリエチレンワックス、酸化ポリプロピレンワックス、カルナバワックス、パラフィンワックス、モンタンワックス、ライスワックス、テフロン(登録商標)ワックス、2硫化炭素、グラファイトなどの固体潤滑剤が挙げられる。また潤滑剤(E)としては、ノニオン性アクリル樹脂を用いてもよい。ノニオン性アクリル樹脂としては、例えばアクリル酸、メタクリル酸、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、スチレンなどのビニル系モノマーをポリエチレンオキサイドあるいはポリプロピレンオキサイドを構造上にもつノニオン系界面活性剤(乳化剤)の存在下、水中で乳化重合した水系エマルション等、ノニオン性乳化剤で乳化されたアクリル樹脂が挙げられる。これらの固体潤滑剤の中から、1種または2種以上を用いることができる。
【0037】
本発明に使用される潤滑剤(E)の含有量は、表面処理剤の全固形分に対し1〜15質量%含有することが好ましく、1.5〜13質量%がより好ましい。1質量%以上の場合、耐テンションパッド性をさらに向上させることができ、15質量%以下の場合、十分なTIG溶接性を維持することができる。
【0038】
表面処理剤は、上記した成分を脱イオン水、蒸留水などの水中で混合することにより得られる。表面処理剤の固形分割合は適宜選択すればよい。また、表面処理剤には、必要に応じてアルコール、ケトン、セロソルブ系の水溶性溶剤、界面活性剤、消泡剤、レベリング剤、pH調整剤、防菌防カビ剤などを添加してもよい。これらを添加することにより、表面処理剤の乾燥性、塗布外観、作業性、意匠性が向上する。ただし、これらは本発明で得られる品質を損なわない程度に添加することが重要であり、添加量は多くても表面処理剤の全固形分に対して5質量%未満である。
【0039】
先述のとおり、本発明においては、電磁鋼板の表面に表面処理剤を塗布、乾燥、好ましくは加熱乾燥することにより、被膜を形成する。表面処理剤を電磁鋼板に塗布する方法としては、ロールコート法、バーコート法、浸漬法、スプレー塗布法などが挙げられ、処理される電磁鋼板の形状などによって適宜最適な方法が選択される。より具体的には、例えば、電磁鋼板がシート状であればロールコート法、バーコート法またはスプレー塗布法を選択できる。スプレー塗布法は、表面処理剤を電磁鋼板にスプレーしてロール絞りや気体を高圧で吹きかけて塗布量を調整する方法である。電磁鋼板が成型品とされている場合であれば、表面処理剤に浸漬して引き上げ、場合によっては圧縮エアーで余分な表面処理剤を吹き飛ばして塗布量を調整する方法などが選択される。
【0040】
電磁鋼板の表面に塗布した表面処理剤を、乾燥する際の加熱温度(最高到達板温)は、通常80〜350℃であり、100〜300℃であることがより好ましい。加熱温度が80℃以上であれば被膜中に主溶媒である水分が残存しないため、また、加熱温度が350℃以下であれば被膜のクラック発生が抑制されるため、電磁鋼板の耐食性低下などの問題を生じることがない。また、加熱時間は、使用される電磁鋼板の種類などによって適宜最適な条件が選択される。なお、生産性などの観点からは、0.1〜60秒が好ましく、1〜30秒がより好ましい。
【0041】
また、電磁鋼板の前処理については特に限定されず、表面処理剤を塗布する前に、必要に応じて、電磁鋼板の油分、汚れ、および酸化膜を除去することを目的とした前処理を電磁鋼板に施してもよい。電磁鋼板は、防錆目的で防錆油が塗られている場合が多く、また、防錆油で塗油されていない場合でも、作業中に付着した汚れや酸化膜などがある。また、これらの塗油、汚れ、および酸化膜は、電磁鋼板の表面の濡れ性を阻害し、均一な被膜を形成する上で支障をきたすが、上記の前処理を施すことにより、電磁鋼板の表面が清浄化され、均一に濡れやすくなる。電磁鋼板の表面上に油分、汚れ、および酸化膜などがなく、表面処理剤が均一に濡れる場合は、前処理工程は特に必要はない。なお、前処理の方法は特に限定されず、例えば湯洗、溶剤洗浄、アルカリなどによる脱脂処理や、塩酸、硫酸、リン酸などによる酸洗処理などの方法が挙げられる。
【0042】
また、絶縁被膜付電磁鋼板は、歪取り焼鈍を施して、例えば、打抜き加工による歪みを除去することができる。好ましい歪取り焼鈍雰囲気としては、N雰囲気、DXガス雰囲気などの鉄が酸化されにくい雰囲気が適用される。ここで、露点を高く、例えばDp:5〜60℃程度に設定し、表面および切断端面を若干酸化させることで耐食性をさらに向上させることができる。また、好ましい歪取り焼鈍温度としては700〜900℃、より好ましくは700〜800℃である。歪取り焼鈍温度の保持時間は長い方が好ましく、例えば2時間以上とする。
【0043】
電磁鋼板の被膜付着量は特に限定しないが、片面当たり0.05〜5g/m程度とすることが好ましい。付着量、すなわち本発明の絶縁被膜の全固形分質量は、アルカリ剥離による被膜除去後の重量減少から測定することができる。また、付着量が少ない場合には、アルカリ剥離法によって測定した付着量既知の標準試料を蛍光X線分析により測定し得た検量線から測定することができる。付着量が0.05g/m以上であれば、耐食性と共に絶縁性を満足することができ、一方5g/m以下であれば、被膜密着性が向上するだけでなく、加熱乾燥時にふくれが発生することがない。より好ましくは0.1〜3.0g/mである。絶縁被膜は鋼板の両面に形成することが好ましいが、目的によっては片面のみでもよく、他面は他の絶縁被膜としても構わない。
【0044】
以上のようにして得られた絶縁被膜付き電磁鋼板は、絶縁被膜中にクロム化合物を含まずとも被膜密着性、TIG溶接性、耐水性、耐スティッキング性、焼鈍後の被膜外観、耐テンションパッド性、および耐食性のいずれにもバランス良く優れる。その理由は必ずしも明らかではないが、以下の作用効果によるものと推測される。
【0045】
まず、本発明においては、表面処理剤の成分のうち、トリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)と、シランカップリング剤(B)と、水分散性微粒子シリカ(C)により電磁鋼板の表面に形成される被膜の骨格を構成する。トリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)とシランカップリング剤(B)のアルコキシ基から発生したシラノール基は、一旦乾燥するとポリシロキサン結合を形成し、再度水には溶解せずバリアー的効果を発揮する。ポリシロキサン結合で構成された被膜は被膜密着性およびTIG溶接性に優れ、耐熱性を有するため歪取り焼鈍に耐える無機被膜の特性を有する。また、ポリシロキサン結合を主体とした半有機被膜にて骨格を形成するため、電磁鋼板の耐食性および耐水性が優れる。
【0046】
水分散性微粒子シリカ(C)は、トリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)とシランカップリング剤(B)の被膜形態を変化させ、電磁鋼板の基本特性である絶縁性を有し、耐テンションパッド性、耐スティッキング性およびTIG溶接性に優れると考えられる。さらにトリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)とシランカップリング剤(B)から発生したシラノール基と水分散性微粒子シリカのシラノール基がポリシロキサン結合することにより、緻密な被膜構造を有するため、耐食性、耐水性、および焼鈍後の被膜外観の均一性が向上する。
【0047】
以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【実施例】
【0048】
(1)素材
板厚:0.5mmの電磁鋼板〔A230(JIS C 2552(2000))〕を供試材として使用した。
【0049】
(2)前処理(洗浄)
試験板の作製方法としては、まず上記の供試材の表面を、日本パーカライジング(株)製パルクリーンN364Sを用いて処理し、表面上の油分や汚れを取り除いた。次に、水道水で水洗して供試材表面が水で100%濡れることを確認した後、更に純水(脱イオン水)を流しかけ、100℃雰囲気のオーブンで水分を乾燥したものを試験板として使用した。
【0050】
(3)表面処理剤
各成分を表1に示す組成(質量比)にて水中で混合し、表面処理剤を得た。以下に、表1で使用した化合物について説明する。
【0051】
<トリアルコキシシラン/ジアルコキシシラン/テトラアルコキシシラン>
A1:メチルトリメトキシシラン
A2:ジメチルジメトキシシラン
A3:フェニルトリメトキシシラン
A4:テトラメトキシシラン(比較例)
【0052】
<シランカップリング剤>
B1:γ−グルシジルトリエトキシシラン
B2:N−(2−アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン
B3:3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン
B4:3−メルカプトプロピルトリメトキシシラン
【0053】
<水分散性微粒子シリカ>
C1:平均粒子径:15nm、コロイダルシリカ
C2:平均粒子径:50nm、コロイダルシリカ
C3:平均粒子径:80nm、コロイダルシリカ
C4:平均粒子径:100nm、コロイダルシリカ
C5:平均粒子径:200nm、コロイダルシリカ
C6:平均粒子径:4nm、コロイダルシリカ
【0054】
<B化合物・Zr化合物>
D1:ホウ酸
D2:酢酸ジルコニウム
【0055】
<潤滑剤>
E1:ポリエチレンワックス(ケミパール900)
E2:スチレン−エチルメタアクリレート−n−ブチルアクリレート−アクリル酸共重合体
【0056】
(4)処理方法
上記の表面処理剤を用いて、バーコート塗装にて表面処理剤を試験板表面に塗装し、その後、水洗することなく、そのままオーブンに入れて、最高到達板温が140℃となるようにして加熱乾燥させ、表1に示される片面当たりの付着量の絶縁被膜を試験板の両面に形成させた。乾燥温度は、オーブン中の雰囲気温度とオーブンに入れている時間とで調節した。なお、乾燥温度は試験板表面の最高到達温度を示す。バーコート塗装の具体的な方法は、以下のとおりである。
【0057】
バーコート塗装:表面処理剤を試験板に滴下して、#3〜5バーコーターで塗装した。使用したバーコーターの番手と表面処理剤の濃度とにより、所定の付着量となるように調整した。
【0058】
(評価方法)
(1)被膜密着性
セロハン粘着テープを貼った試験板を被試験面が圧縮側となるように直径5mmの丸棒を用いて180°曲げを行った後、セロハン粘着テープを剥がして被膜剥離量を蛍光X線測定した。180°曲げ前の被膜と剥がしたセロハン粘着テープのSiの蛍光X線強度を測定し、セロハン粘着テープに付着したSi強度の180°曲げ前の被膜のSi強度に対する割合を評価した。
(判定基準)
◎:剥離なし
○:0%超え、10%以下
△:10%超え、20%以下
×:20%超え
【0059】
(2)TIG溶接性
試験板を30mmの厚みになるように9.8MPa(100kgf/cm)の圧力にて積層し、その端面部(長さ30mm)に対して、次の条件でTIG溶接を実施した。
・溶接電流:120A
・Arガス流量:6リットル/min
・溶接速度:10、20、30、40、50、60、70、80、90、100cm/min
(判定基準)
ブローホールの数が1ビードにつき5個以下を満足する溶接速度の大小で優劣を判定した。
◎:60cm/min以上
○:40cm/min以上、60cm/min未満
△:20cm/min以上、40cm/min未満
×:20cm/min未満
【0060】
(3)耐水性
試験板を、沸騰水蒸気中に30分暴露させ、外観変化を観察した。
(判定基準)
◎:変化なし
○:目視で若干の変色が認められる程度
△:目視で変色がはっきり認められる程度
×:被膜溶解
【0061】
(4)耐スティッキング性
50mm角の試験板10枚を重ねて荷重:20kPa(200g/cm)をかけながら窒素雰囲気下で750℃,2時間の条件にて焼鈍を行った。ついで、重ねた試験板上に500gの分銅を落下させ、5分割するときの落下高さを調査した。
(判定基準)
◎:10cm以下
○:10cm超、15cm以下
△:15cm超、30cm以下
×:30cm超
【0062】
(5)歪取り焼鈍後の被膜外観
供試材に対して、N雰囲気中にて750℃,2時間保持後、常温まで冷却した鋼板の外観を目視観察した。
(判定基準)
○:焼鈍後の外観が均一な場合
△:焼鈍後の外観にムラが認められる場合
×:焼鈍後の外観に顕著なムラが認められる場合
【0063】
(6)耐テンションパッド性
面積が10mm×10mmのテンションパッドを用い、太平理化工業(株)製ラビングテスターにて、24.5N(2.5kgf)の荷重をかけ試験板表面を100往復擦った。擦った部分とその近傍の付着量測定を行い、100往復後の絶縁被膜残存率を算出した。付着量はSiの蛍光X線強度を測定し、付着量既知の標準板により得られた検量線から求めた。
(判定基準)
◎:90%以上
○:80%以上〜90%未満
△:60%以上〜80%未満
×:60%未満
【0064】
(7)耐食性
試験板に対して湿潤試験(50℃、相対湿度≧98%)を行い、48時間後の赤錆発生率を目視で観察し、面積率で評価した。
(判定基準)
◎:赤錆面積率15%未満
○:赤錆面積率15%以上、50%未満
△:赤錆面積率50%以上、70%未満
×:赤錆面積率70%以上
【0065】
実施例および比較例に記載の表面処理剤を用いて得られた絶縁被膜付き電磁鋼板に関して、上記の評価を行った結果を、表1に示す。
【0066】
【表1−1】

【0067】
【表1−2】

【0068】
実施例の結果、表1に示すように、本発明の電磁鋼板は、被膜密着性、TIG溶接性、耐水性、耐スティッキング性、焼鈍後の被膜外観、耐テンションパッド性、および耐食性のいずれにもバランス良く優れていることがわかった。これに対し、いずれかの要件が本発明の適正範囲を逸脱した比較例は、上記いずれかの性能が不十分であった。
【産業上の利用可能性】
【0069】
本発明によれば、絶縁被膜中にクロム化合物を含まずとも被膜密着性、TIG溶接性、耐水性、耐スティッキング性、焼鈍後の被膜外観、耐テンションパッド性、および耐食性のいずれにもバランス良く優れた絶縁被膜付き電磁鋼板を提供することができる。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
水素、アルキル基、およびフェニル基から選ばれた少なくとも1種の非反応性置換基のみからなるトリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)と、シランカップリング剤(B)と、平均粒子径が5〜100nmの水分散性微粒子シリカ(C)と、水とを、下記の条件を満足するように調整した表面処理剤を電磁鋼板の少なくとも片面に塗布、乾燥して成る絶縁被膜を有することを特徴とする絶縁被膜付き電磁鋼板。

1)前記トリアルコキシシランおよび/またはジアルコキシシラン(A)と前記シランカップリング剤(B)との質量比(A/B)が0.05〜1.00である。
2)前記水分散性微粒子シリカ(C)の含有量が、前記表面処理剤の全固形分に対し10〜45質量%である。
【請求項2】
前記表面処理剤は、B化合物およびZr化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物(D)を、前記表面処理剤の全固形分に対し1〜25質量%含有する請求項1に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板。
【請求項3】
前記表面処理剤は、潤滑剤(E)を前記表面処理剤の全固形分に対し1〜15質量%含む請求項1または2に記載の絶縁被膜付き電磁鋼板。