發(fā)電機(jī)定子沖片底涂層對(duì)絕緣涂層的影響

滿宇光，楊 洲，遲文舉

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發(fā)電機(jī)定子沖片底涂層對(duì)絕緣涂層的影響

滿宇光，楊 洲，遲文舉

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

本文對(duì)發(fā)電機(jī)定子沖片底涂層和絕緣涂層進(jìn)行了扼要的介紹，對(duì)三種不同水溶性漆進(jìn)行了交叉組合試驗(yàn)，研究了漆膜外觀、厚度、耐溶劑性、附著力和絕緣電阻等方面的影響，還研究了不同底涂層沖片涂覆絕緣漆后的耐高溫、耐腐蝕性能以及沖片斷面的覆蓋率。結(jié)果表明，在上述各方面底涂層對(duì)絕緣涂層都有影響，在實(shí)際使用過程中需要考慮沖片底涂層與絕緣涂層的兼容性問題。本文為設(shè)計(jì)和工藝人員選擇沖片和涂漆材料提供了參考依據(jù)。

發(fā)電機(jī)；沖片；底涂層；絕緣涂層；環(huán)保

0 前言

電工鋼是電力工業(yè)中常見的軟磁合金材料，大型電機(jī)定子鐵心常采用冷軋無取向和有取向硅鋼[1]。為了有效地降低渦流損耗，通常在電工鋼片表面增加涂層，該涂層需要具有一定的特性，比如：絕緣性、附著性、耐腐蝕性等，還要適于剪切、沖壓、焊接等加工過程[2]。

鋼廠提供的硅鋼在出廠前一般已經(jīng)具有涂層，業(yè)內(nèi)常稱為底涂層或者一次涂層。對(duì)于大中型電機(jī)制造廠來說，為了保證定子鐵心的絕緣性能，在沖片制造過程中，需要對(duì)定子鐵心沖片再次涂刷絕緣漆，形成二次涂層，即絕緣涂層。對(duì)于底涂層和絕緣涂層來說，目前應(yīng)用最廣泛的都是半無機(jī)類型的漆[3]。

1 底涂層

1.1 標(biāo)準(zhǔn)

硅鋼片表面的底涂層由鋼廠根據(jù)工藝性能和用戶要求制造提供。硅鋼底涂層的絕緣性能和技術(shù)指標(biāo)目前尚沒有權(quán)威的統(tǒng)一規(guī)定。

標(biāo)準(zhǔn)GB/T2521《冷軋取向和無取向電工鋼片（帶）》[4]第7.3.4項(xiàng)“絕緣涂層電阻”寫明“根據(jù)需方要求”商定。

國際材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM A976-03“電工硅鋼片絕緣涂層”[5]中規(guī)定了底涂層種類：C0至C6。但其定義是概括性的說明，并沒有特別詳細(xì)的量化指標(biāo)。不同種類硅鋼的涂層分類由制造工藝的不同產(chǎn)生，適用于不同領(lǐng)域，并不專指性能高低的差異。比如，其中對(duì)C6涂層的描述為：“此涂層是在有機(jī)基中加入無機(jī)填料后經(jīng)過加熱固化形成，絕緣性優(yōu)良。主要應(yīng)用于成品無取向電工硅鋼片，涂層適合規(guī)定最大Franklin試驗(yàn)電流，電流值由生產(chǎn)商和用戶協(xié)商確定。涂層可以承受320～540℃的煅燒處理，但不同于可以承受消除應(yīng)力的正常退火溫度。涂層可以改善硅鋼片的抗沖壓等加工能力，因此適合沖片疊裝。”

需要說明：ASTM A976中規(guī)定的C0～C2涂層為鋼片在制造過程中氧化產(chǎn)生，而C3～C6涂層由硅鋼表面后期涂覆或者進(jìn)行化學(xué)處理形成。現(xiàn)在包括國外知名絕緣漆制造商在內(nèi)的很多企業(yè)都宣稱可以提供C3～C6等級(jí)的涂層材料并被廣泛承認(rèn)，這些材料不僅在底涂層中應(yīng)用，在后續(xù)的絕緣涂漆過程中也有應(yīng)用，因此現(xiàn)在的C3～C6涂層概念已經(jīng)不一定僅指沖片底涂層了。Axalta公司（杜邦公司）的1151A/E漆和Helios公司（倫布蘭廷公司）的EB5001/G漆在沖片底涂層和后續(xù)絕緣涂層中均有應(yīng)用，被認(rèn)為是C6等級(jí)； EB5308被認(rèn)為是C5等級(jí)。

1.2 現(xiàn)狀

應(yīng)用最廣泛的半無機(jī)涂層包括磷酸鹽、鉻酸鹽、硅酸鹽涂層等，各鋼廠都有自己的獨(dú)特配方和性能，不同硅鋼牌號(hào)和制造廠的底涂層都會(huì)存在差異。知名的涂層名稱有[6]：新日鐵的L涂層；川崎的A涂層；韓國浦項(xiàng)的C6A涂層；俄羅斯新利佩茨克的TW1涂層，以及武鋼的T、C涂層；寶鋼的A、H、C涂層；太鋼的G、X、H、C涂層等，工藝技術(shù)在不斷發(fā)展變化。這些涂層名稱各異，性能也不完全相同；有些涂層名稱雖然不一致，但性能也接近。

對(duì)于各大鋼鐵制造廠而言，硅鋼涂層成份和制造工藝屬于核心技術(shù)，外界難以獲得準(zhǔn)確的具體信息。哈電曾對(duì)兩種進(jìn)口沖片底涂層（新日鐵50H250；浦項(xiàng)50A250）進(jìn)行對(duì)比觀測，結(jié)果如圖1和圖2所示[7]，這些試驗(yàn)有助于我們進(jìn)一步了解底涂層的性能，其表觀和成份是有差異的。

(a) 新日鐵50H250 (b) 浦項(xiàng)50A250

圖2 沖片50H250和50A250底涂層能譜圖

含有鉻酸鹽的涂層抗腐蝕性、附著性、絕緣性和加工性較好，得到了廣泛應(yīng)用，現(xiàn)在很多種類涂層中仍然含有鉻[8]。國內(nèi)工業(yè)化進(jìn)程較晚，很多技術(shù)源于國外，近二十年左右各大鋼廠開始研發(fā)環(huán)保型的C6涂層，雖然近十年國產(chǎn)C6涂層已經(jīng)在大型發(fā)電機(jī)鐵心中得到了初步應(yīng)用，但國內(nèi)涂層材料的一些性能仍然不能堪稱完美，局部缺陷有待解決，開發(fā)性能優(yōu)異的環(huán)保涂層依然任重道遠(yuǎn)[8]。

1.3 發(fā)展趨勢

國際癌癥研究中心（IARC）早已將六價(jià)鉻（Cr6+）認(rèn)定為高危致癌物，2003年“電子電氣設(shè)備中有害物質(zhì)限制使用指令”（即歐盟RoHS）生效并逐漸被更多的國家接受[9]，隨著世界范圍內(nèi)環(huán)保意識(shí)的普遍提升，研發(fā)無鉻的水溶性環(huán)保涂層材料是必然趨勢。

將來的底涂層材料必將具備下列特點(diǎn)：

（1）環(huán)保，不含鉻[10]、鉛等重金屬及其化合物；

（2）揮發(fā)量低，有機(jī)溶劑極少，主溶劑是水；

（3）無異味，使用便捷；性能穩(wěn)定，貯存期長。

2 絕緣涂層

絕緣涂層是在沖片底涂層之上再進(jìn)行一次涂漆形成的二次涂層，發(fā)電機(jī)鐵心沖片的絕緣涂層由電機(jī)制造廠提供。

與底涂層類似，絕緣涂層所使用的絕緣漆也分為有機(jī)漆、半無機(jī)漆和無機(jī)漆幾類，近年來環(huán)保型水溶性半無機(jī)漆應(yīng)用越來越廣泛[11]。

絕緣涂層的性能與底涂層密切相關(guān)。關(guān)于絕緣涂層與底涂層的組合性能，哈電進(jìn)行了大量的摸索試驗(yàn)。

2.1 水溶性漆

（1）常規(guī)絕緣性能對(duì)比

三種國產(chǎn)環(huán)保型C6底涂層試樣沖片分別標(biāo)號(hào)為a、b、c，選三種水溶性絕緣漆EB5001G（進(jìn)口）、1151A（進(jìn)口）和HEC52709Q（國產(chǎn)），進(jìn)行交叉組合試驗(yàn)，項(xiàng)目包括：漆膜外觀、漆膜厚度、耐溶劑性、附著力和Franklin絕緣電阻試驗(yàn)等[12]，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 漆膜的常規(guī)絕緣性能

從表中結(jié)果可知：不同底涂層沖片涂覆絕緣漆后的漆膜絕緣性能是不同的。

（2）耐高溫性能對(duì)比

將沖片600±10℃/2h[13]處理后，模擬鐵心疊裝狀態(tài)，施加一定壓力和溫度，記錄流經(jīng)沖片的電流值。每組試樣5片，試驗(yàn)結(jié)果如下。

圖3 試樣a燒蝕后的電流

圖4 試樣b燒蝕后的電流

圖5 試樣c燒蝕后的電流

從圖5中結(jié)果可以看出：不同底涂層沖片涂覆絕緣漆后，漆膜承受高溫后的電流是不同的。

（3）耐腐蝕性能對(duì)比

參考GB/T 2423.18《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)第2部分》[14]進(jìn)行鹽霧試驗(yàn)，模擬耐腐蝕性能。試樣處理?xiàng)l件：25±10℃條件下噴淋NaCI鹽霧2h，之后在40±2℃（溫度），93±2%（相對(duì)濕度）條件下放置22h。試驗(yàn)結(jié)果見表2。

從表2的結(jié)果可以看出：不同底涂層沖片涂覆絕緣漆后的漆膜耐腐蝕性能也有差異。

表2 腐蝕處理后的漆膜性能

（4）沖片斷面覆蓋率

沖片斷面覆蓋率是一個(gè)較為復(fù)雜的技術(shù)難題，與涂漆設(shè)備、涂漆工藝參數(shù)、沖片尺寸和底涂層種類，以及絕緣漆等因素都密切相關(guān)。針對(duì)發(fā)電機(jī)定子普遍采用的0.35mm和0.5mm沖片，任何種類漆的斷面覆蓋率都無法達(dá)到100%，我們希望一遍涂漆覆蓋率在80%～90%以上，現(xiàn)在尚沒有明確限值標(biāo)準(zhǔn)和測量方法。

選取不同沖片試樣，涂刷絕緣漆EB5001G，在相同放大倍數(shù)下觀察斷面涂覆情況[15]，如圖6所示。

圖6 三種沖片試樣軛部斷面覆蓋圖像

從圖6中可以看出：不同底涂層沖片涂覆相同的絕緣漆，斷面覆蓋率存在一定差異。現(xiàn)在尚沒有使覆蓋率達(dá)到100%的有效辦法，除了通過調(diào)節(jié)設(shè)備和工藝參數(shù)來提高覆蓋率以外，還常采用增加涂漆次數(shù)，改善包裝等手段，以減弱銹蝕現(xiàn)象。

2.2 非水溶性漆

將圖1中的兩種沖片涂刷相同的國產(chǎn)非水溶性半無機(jī)漆133C，按照GB/T1720《漆膜附著力測定方法》[17]，在涂漆前、后分別測量沖片原始漆膜以及涂漆后的漆膜附著力，結(jié)果見表3。

涂漆后，測量其他參數(shù)，包括：耐溶劑性、柔性和Franklin電阻試驗(yàn)等，也存在一定差異（數(shù)據(jù)略），但漆膜性能各項(xiàng)數(shù)據(jù)都在工藝性能要求范圍之內(nèi)，基本滿足使用要求。

表3 漆膜附著力

3 探討

不同發(fā)電機(jī)類型選用的硅鋼牌號(hào)不同，不同鋼廠針對(duì)不同牌號(hào)硅鋼選用的底涂層材料不同，不同電機(jī)制造廠制造定子沖片時(shí)涂刷的絕緣漆也不同，這就要求底涂層與絕緣涂層具有較好的兼容性。這里指的兼容性，就是兩種涂層組合后的綜合性能。鋼鐵廠和大型電機(jī)制造廠都屬于國企，制造實(shí)力雄厚，但由于標(biāo)準(zhǔn)不同、技術(shù)保密，以及廠內(nèi)專業(yè)分工等原因，在實(shí)際使用過程中對(duì)沖片底涂層與絕緣涂層的兼容性問題仍需進(jìn)行深入研究和整體考慮。

沖片底涂層對(duì)絕緣涂層存在影響，漆膜性能有差異。目前這種差異還未達(dá)到致使沖片不能使用的程度，但我們也應(yīng)該時(shí)刻預(yù)防出現(xiàn)底涂層與絕緣涂層兼容性能不良的現(xiàn)象。事實(shí)上我們?cè)龅竭@種情況，個(gè)別指標(biāo)不理想，已經(jīng)接近可以使用的邊界值，如：2016年底，試用某種國產(chǎn)水溶性漆HEC52709H時(shí)，在相同的工藝條件下，先后涂刷燃機(jī)35Q155沖片和空冷機(jī)組50W310沖片的結(jié)果差別較大，鉛筆硬度儀的試驗(yàn)數(shù)據(jù)由9H降到了7H；其他指標(biāo)也有差異（數(shù)據(jù)略）。綜上所述，這種漆膜兼容性的要求是相互的，應(yīng)該是雙方面的，不僅僅對(duì)絕緣漆，也對(duì)沖片底涂層。某一種沖片底涂層針針對(duì)大多數(shù)絕緣漆，或者某種絕緣漆針對(duì)大多數(shù)沖片底涂層，都達(dá)到理想的組合效果并不是簡單的事情，有些問題還需要深入研究和探討。

4 結(jié)論

（1）環(huán)保的涂層材料是未來的發(fā)展趨勢[16]。

（2）不同底涂層的沖片涂刷絕緣漆后，在漆膜外觀、厚度、耐溶劑性、附著力、絕緣電阻、耐高溫、耐腐蝕性以及沖片斷面的覆蓋率等方面都存在差異；說明底涂層對(duì)絕緣涂層性能有一定影響，在實(shí)際使用中需要考慮到它們的兼容性問題。

（3）電機(jī)制造廠在采購硅鋼片時(shí)，對(duì)底涂層性能應(yīng)該有適當(dāng)?shù)囊蟆?/p>

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[4] GB/T 2521-2008, 冷軋取向和無取向電工鋼片（帶）[S].

[5] ASTM A976-2003, 與絕緣性能和應(yīng)用相關(guān)的復(fù)合絕緣涂層的標(biāo)準(zhǔn)分類(附錄)[S].

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Influence of Bottom Coating of Generator Stator Lamination on Insulating Coating

MAN Yuguang, YANG Zhou, CHI Wenju

(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

This paper presents a brief introduction of the bottom coating and insulating coating of generator stator lamination. Combined tests are performed to find out the influences in coating film appearance, thickness, solvent endurance, adhesiveness and insulation resistance. Also, high temperature resistance, anti-erosion and covering rate of lamination intersection of insulating coating with different bottom coatings are studied. The results show that bottom coating has influence on insulating coatings, and compatibility should be considered in actual application. The paper can provide reference for design and process engineers to select laminations and coating materials.

generator; laminations; bottom coating; insulation coating; environmental friendly

TM303.3

A

1000-3983(2017)-0027-04

2017-05-28

滿宇光（1976-），1999年畢業(yè)于西安交通大學(xué)高電壓技術(shù)及設(shè)備專業(yè)，現(xiàn)工作于哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，長期從事大型發(fā)電機(jī)技術(shù)工作，高級(jí)工程師。