无取向硅钢用磷酸盐涂层材料制备及其防腐性能

代如梅，金艳花，潘旭杰，张 琴，赵 娜，宗 俊

（华东师范大学化学系，上海 200241）

无取向硅钢用磷酸盐涂层材料制备及其防腐性能

代如梅，金艳花，潘旭杰，张 琴，赵 娜，宗 俊

（华东师范大学化学系，上海 200241）

系统研究了无取向硅钢用磷酸盐系涂层性能的影响因素。以氢氧化铝和磷酸为原料制备磷酸二氢铝，再添加适量的添加剂酒石酸铵、二氧化硅、环氧树脂，得到的涂液涂布于硅钢表面，并控制合适的烘干温度，通过耐盐雾实验考察各因素对涂液耐腐蚀性能的影响。实验结果表明，在磷酸与氢氧化铝物质的量比为3.4∶1、酒石酸铵用量为2％、二氧化硅用量为1％、环氧树脂用量为5％、烘干温度为300℃条件下，所得涂层材料的防（耐）腐蚀效果最佳。

无取向硅钢；防腐；环保；磷酸盐；涂层

无取向硅钢作为电机和变压器的铁芯材料近几年得到了快速发展［1］，紧随其后的就是对其表面涂层的研究与应用。电工钢的表面涂层要求非常高，主要有以下几点：绝缘性好，耐热性好，绝缘膜薄且均匀，层间电阻高，附着性好，冲片性好，防腐蚀性好，焊接性好，无毒等［2］。笔者主要从防腐蚀角度进行了一系列的研究，力求环保、经济。磷酸二氢铝具有黏结能力强、耐高温、价格低等优点，而且它不像铬酸盐可能造成重金属污染，完全消除了铬元素带来的环境污染问题，很适合用于硅钢片的防腐涂层［3-4］。为了提高磷酸二氢铝涂液的性能及其稳定性，加入了适量的酒石酸铵、二氧化硅、环氧树脂。没加入酒石酸铵的涂液静置一段时间后会出现少量白色沉淀，沉淀物经XRD检测含有Al，说明涂液不能稳定保存。酒石酸铵可以和Al3+形成螯合物，可以有效避免沉淀的生成，延长涂液的保存时间［5］。在钢片烘干的过程中，SiO2粒子会发生聚合，形成Si—O键的立体网状结构，钢铁表面的铁元素等和Si—O键生成硅酸盐聚合物，从而使钢片表面形成均匀的涂层［6］。环氧树脂对金属和非金属材料具有优异的黏接强度，所以可以加入环氧树脂来提高涂液对钢片的黏结力，从而提高涂液效果［7］。通过一系列实验研究确定了添加剂的用量，得到了一种环保、经济的无取向硅钢用磷酸系防腐涂料，可以尝试在实际生产中应用。

1 实验部分

1.1 实验仪器及试剂

仪器：DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器；SGM2893HA电阻炉（马弗炉）；DZF-6020型真空干燥箱；KQ-3200DA型数控超声仪；比重计；盐雾箱；自制涂液棒。

试剂：磷酸，质量分数为85.0％，分析纯；氢氧化铝，质量分数为97.0％，分析纯；酒石酸铵，质量分数为99.0％，分析纯；纳米SiO2粉末；水性环氧树脂；去离子水。

1.2 涂液的制备

1.2.1 磷酸二氢铝的制备

将稀释好的磷酸溶液加热至110℃，边搅拌边缓慢加入一定量氢氧化铝溶液，得到磷酸二氢铝溶液。

Al（OH）3+3H3PO4=Al（H2PO4）3+3H2O （1）

1.2.2 涂液的制备

在搅拌的情况下向新制备的磷酸二氢铝溶液中加入一定量二氧化硅、螯合剂酒石酸铵、树脂，同时加入适量去离子水搅拌均匀，备用。

1.3 涂层的涂布

将钢片进行碱洗、酸洗、超声波水洗后用滤纸擦干，用自制涂液棒沾取制备好的涂液均匀涂布在钢片表面，在不同温度下烘干。

1.4 耐盐雾试验

将涂好涂液的钢片表面烘干后，置于装有质量分数为0.1％氯化钠溶液的盐雾箱中，密封。每隔一段时间观察钢片表面生锈及起泡等情况，以耐盐雾性能考察涂层材料的最佳制备条件。

2结果与讨论

2.1 磷酸二氢铝制备条件

2.1.1 合成温度的选择

温度太低时反应不能顺利进行，会有Al（OH）3白色沉淀剩余。所以实验中先将磷酸稀释后加热至90℃，然后缓慢加入氢氧化铝，最后升温至110℃恒温搅拌约1.5 h，反应液基本呈均一稳定的溶液。

2.1.2 反应物配比的控制

由式（1）可知，磷酸与氢氧化铝理论物质的量比为3∶1，但实验表明，稍过量的磷酸有利于反应的进行且有利于涂层的生成。当磷酸和氢氧化铝物质的量比小于3∶1时会有Al（OH）3剩余，反应液中有白色沉淀；当二者物质的量比大于3.5∶1时，过量的磷酸使涂料酸性过强，加快钢片腐蚀，在涂层干燥过程中会吸收空气中的水分，不利于涂层的固化。实验得出，当磷酸与氢氧化铝物质的量比为3.4∶1时，所得磷酸二氢铝溶液澄清透明。

2.2 螯合剂用量对涂液稳定性的影响

在涂液中加入不同量的螯合剂，搅拌均匀后静置，3 h后观察各涂液的状态，结果见表1。由表1可以看出，当螯合剂加入量大于2％（质量分数，下同）时涂料稳定存在，因此确定螯合剂用量为2％。

表1 螯合剂用量对涂液稳定性的影响

2.3 SiO2用量对涂液防腐蚀性能的影响

在5个烧杯中分别加入适量涂液。将纳米SiO2配制成液体后，分别按0.0％、0.5％、1.0％、1.5％、2.0％（质量分数，下同）的加入量加入烧杯中，搅拌均匀后分别涂布在处理好的钢片表面，烘干后置于盐雾箱中，每隔一段时间观察腐蚀情况。SiO2的加入可以提高溶液的分散性，SiO2用量对涂液防腐蚀性能的影响见表2。由表2可以看出，SiO2的加入量为1％时效果最佳。

表2 SiO2用量对涂液防腐蚀性能的影响

2.4 树脂用量对涂液防腐蚀性能的影响

在5个烧杯中分别加入适量涂液，分别按0％、2％、4％、5％、6％、7％（质量分数，下同）的加入量加入树脂，搅拌均匀后分别涂布在已经处理好的钢片表面，对应钢片依次编号为1、2、3、4、5、6，烘干后置于盐雾箱中，观察钢片表面的腐蚀情况，实验结果见图1。由图1可以看出，当树脂用量为5％时（4号样品）效果最好。

2.5 烘干温度对涂液防腐蚀性能的影响

实验分别考察了25、100、200、300、400、500℃的烘干温度对涂液防腐蚀性能的影响，钢片编号依次为1、2、3、4、5、6。在各个温度下烘干后置于盐雾箱中，定期观察各个钢片的腐蚀情况。在盐雾箱中放置178 h后钢片表面的腐蚀情况见图2。从图2中钢片的腐蚀情况可以看出，300℃（4号样）是最佳烘干温度。

图1 树脂用量对涂料防腐蚀性能的影响

图2 烘干温度对涂液防腐蚀性能的影响

3 结论

控制条件制备磷酸二氢铝，再添加适量的添加剂酒石酸铵、二氧化硅、环氧树脂，得到的涂液涂布于硅钢表面，并控制合适的烘干温度，考察各因素对硅钢的防（耐）腐蚀情况的影响。实验结果表明，在磷酸与氢氧化铝物质的量比为3.4∶1、酒石酸铵用量为2％、SiO2用量为1％、树脂用量为5％、烘干温度为300℃条件下，所得涂层材料的防（耐）腐蚀效果最佳。

［1］储双杰，瞿标，戴元远，等.无取向硅钢表面绝缘涂层［J］.材料保护，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