發電機定子沖片底涂層對絕緣涂層的影響

滿宇光，楊 洲，遲文舉

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發電機定子沖片底涂層對絕緣涂層的影響

滿宇光，楊 洲，遲文舉

（哈爾濱電機廠有限責任公司，哈爾濱 150040）

本文對發電機定子沖片底涂層和絕緣涂層進行了扼要的介紹，對三種不同水溶性漆進行了交叉組合試驗，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。結果表明，在上述各方面底涂層對絕緣涂層都有影響，在實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。本文為設計和工藝人員選擇沖片和涂漆材料提供了參考依據。

發電機；沖片；底涂層；絕緣涂層；環保

0 前言

電工鋼是電力工業中常見的軟磁合金材料，大型電機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具有涂層，業內常稱為底涂層或者一次涂層。對于大中型電機制造廠來說，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。對于底涂層和絕緣涂層來說，目前應用最廣泛的都是半無機類型的漆[3]。

1 底涂層

1.1 標準

硅鋼片表面的底涂層由鋼廠根據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指標目前尚沒有權威的統一規定。

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

國際材料試驗協會標準ASTM A976-03“電工硅鋼片絕緣涂層”[5]中規定了底涂層種類：C0至C6。但其定義是概括性的說明，并沒有特別詳細的量化指標。不同種類硅鋼的涂層分類由制造工藝的不同產生，適用于不同領域，并不專指性能高低的差異。比如，其中對C6涂層的描述為：“此涂層是在有機基中加入無機填料后經過加熱固化形成，絕緣性優良。主要應用于成品無取向電工硅鋼片，涂層適合規定最大Franklin試驗電流，電流值由生產商和用戶協商確定。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中規定的C0～C2涂層為鋼片在制造過程中氧化產生，而C3～C6涂層由硅鋼表面后期涂覆或者進行化學處理形成。現在包括國外知名絕緣漆制造商在內的很多企業都宣稱可以提供C3～C6等級的涂層材料并被廣泛承認，這些材料不僅在底涂層中應用，在后續的絕緣涂漆過程中也有應用，因此現在的C3～C6涂層概念已經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絕緣涂層中均有應用，被認為是C6等級； EB5308被認為是C5等級。

1.2 現狀

應用最廣泛的半無機涂層包括磷酸鹽、鉻酸鹽、硅酸鹽涂層等，各鋼廠都有自己的獨特配方和性能，不同硅鋼牌號和制造廠的底涂層都會存在差異。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，工藝技術在不斷發展變化。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，外界難以獲得準確的具體信息。哈電曾對兩種進口沖片底涂層（新日鐵50H250；浦項50A250）進行對比觀測，結果如圖1和圖2所示[7]，這些試驗有助于我們進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，得到了廣泛應用，現在很多種類涂層中仍然含有鉻[8]。國內工業化進程較晚，很多技術源于國外，近二十年左右各大鋼廠開始研發環保型的C6涂層，雖然近十年國產C6涂層已經在大型發電機鐵心中得到了初步應用，但國內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，開發性能優異的環保涂層依然任重道遠[8]。

1.3 發展趨勢

國際癌癥研究中心（IARC）早已將六價鉻（Cr6+）認定為高危致癌物，2003年“電子電氣設備中有害物質限制使用指令”（即歐盟RoHS）生效并逐漸被更多的國家接受[9]，隨著世界范圍內環保意識的普遍提升，研發無鉻的水溶性環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：

（1）環保，不含鉻[10]、鉛等重金屬及其化合物；

（2）揮發量低，有機溶劑極少，主溶劑是水；

（3）無異味，使用便捷；性能穩定，貯存期長。

2 絕緣涂層

絕緣涂層是在沖片底涂層之上再進行一次涂漆形成的二次涂層，發電機鐵心沖片的絕緣涂層由電機制造廠提供。

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

絕緣涂層的性能與底涂層密切相關。關于絕緣涂層與底涂層的組合性能，哈電進行了大量的摸索試驗。

2.1 水溶性漆

（1）常規絕緣性能對比

三種國產環保型C6底涂層試樣沖片分別標號為a、b、c，選三種水溶性絕緣漆EB5001G（進口）、1151A（進口）和HEC52709Q（國產），進行交叉組合試驗，項目包括：漆膜外觀、漆膜厚度、耐溶劑性、附著力和Franklin絕緣電阻試驗等[12]，試驗結果見表1。

表1 漆膜的常規絕緣性能

從表中結果可知：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）耐高溫性能對比

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

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）耐腐蝕性能對比

參考GB/T 2423.18《電工電子產品環境試驗第2部分》[14]進行鹽霧試驗，模擬耐腐蝕性能。試樣處理條件：25±10℃條件下噴淋NaCI鹽霧2h，之后在40±2℃（溫度），93±2%（相對濕度）條件下放置22h。試驗結果見表2。

從表2的結果可以看出：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較為復雜的技術難題，與涂漆設備、涂漆工藝參數、沖片尺寸和底涂層種類，以及絕緣漆等因素都密切相關。針對發電機定子普遍采用的0.35mm和0.5mm沖片，任何種類漆的斷面覆蓋率都無法達到100%，我們希望一遍涂漆覆蓋率在80%～90%以上，現在尚沒有明確限值標準和測量方法。

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。現在尚沒有使覆蓋率達到100%的有效辦法，除了通過調節設備和工藝參數來提高覆蓋率以外，還常采用增加涂漆次數，改善包裝等手段，以減弱銹蝕現象。

2.2 非水溶性漆

將圖1中的兩種沖片涂刷相同的國產非水溶性半無機漆133C，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，結果見表3。

涂漆后，測量其他參數，包括：耐溶劑性、柔性和Franklin電阻試驗等，也存在一定差異（數據略），但漆膜性能各項數據都在工藝性能要求范圍之內，基本滿足使用要求。

表3 漆膜附著力

3 探討

不同發電機類型選用的硅鋼牌號不同，不同鋼廠針對不同牌號硅鋼選用的底涂層材料不同，不同電機制造廠制造定子沖片時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。鋼鐵廠和大型電機制造廠都屬于國企，制造實力雄厚，但由于標準不同、技術保密，以及廠內專業分工等原因，在實際使用過程中對沖片底涂層與絕緣涂層的兼容性問題仍需進行深入研究和整體考慮。

沖片底涂層對絕緣涂層存在影響，漆膜性能有差異。目前這種差異還未達到致使沖片不能使用的程度，但我們也應該時刻預防出現底涂層與絕緣涂層兼容性能不良的現象。事實上我們曾遇到這種情況，個別指標不理想，已經接近可以使用的邊界值，如：2016年底，試用某種國產水溶性漆HEC52709H時，在相同的工藝條件下，先后涂刷燃機35Q155沖片和空冷機組50W310沖片的結果差別較大，鉛筆硬度儀的試驗數據由9H降到了7H；其他指標也有差異（數據略）。綜上所述，這種漆膜兼容性的要求是相互的，應該是雙方面的，不僅僅對絕緣漆，也對沖片底涂層。某一種沖片底涂層針針對大多數絕緣漆，或者某種絕緣漆針對大多數沖片底涂層，都達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 結論

（1）環保的涂層材料是未來的發展趨勢[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；說明底涂層對絕緣涂層性能有一定影響，在實際使用中需要考慮到它們的兼容性問題。

（3）電機制造廠在采購硅鋼片時，對底涂層性能應該有適當的要求。

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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年畢業于西安交通大學高電壓技術及設備專業，現工作于哈爾濱電機廠有限責任公司，長期從事大型發電機技術工作，高級工程師。