NO813216L - Lavtemperaturherdende belegg. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører magnetisk isolerende materialer. Disse materialer påføres på roterende apparater,

og etter herding ved forholdsvis lave herdetemperaturer er de effektive når det gjelder å minske virvelstrømtap i forhold til tilstøtende laminater.

Tidligere omfattet en av de mye benyttede magnetiske isolasjonsmaterialer som ble påført på laminater som senere ble stablet, for bedre elektrisk effektivitet anvendelse av et aluminium- eller magnesium-ortofosfatbelegg som var kjennetegnet av en herdetemperatur i nærheten av 316-427°C. Herdet oppviste disse laminater god overflatemotstand målt ifølge ASTM-Franklin-testen (2!J cm ? /lam til over 640 0. cm 2/lam) , slik

at belegget oppnådde utstrakt godtakelse innen industrien til laminater bestemt for anvendelse i elektriske apparater.

I den senere tid har den økte bevissthet'for energibe-

varing diktert at det måtte finnes måter til enten å øke roterende apparaters effektivitet eller å bevare energi ved fremstillingen av slike apparater. For å oppnå dette sistnevnte mål er det nødvendig å senke herdetemperaturen vesentlig uten uhel-

dig påvirkning av beleggets magnetiske isolas jonsevne., De lavere herdetemperaturer har den ytterligere fordel at de termiske forvridninger i de underliggende laminater minimaliseres og vil derved bli mindre belastet, noe som resulterer i bedre effektivitet når de til slutt sammenføyes i et slikt apparat.

Ifølge oppfinnelsen er det frembrakt et sink-nikkelfosfatbelegg, som bevirker særlig god interlaminar isolasjon for komponenter anvendt i en magnetisk krets og som kan herdes ved en forholdsvis lav temperatur. Belegget omfatter 2-6 vekt% sink, 0,1-1 vekt% nikkel, 4-8 vekt% fosfor, 0,1-1 vekt% fuktemiddel, 5-15 vekt% magnesiumsilikat som et interlaminarmotstand-bedrende middel, samt 3-15 vekt% av et middel som bedrer det påførte beleggs glatthet og som inneholder borsyre og/eller aluminiumnitrat mens resten stort sett er vann.

Oppfinnelsen vedrører også en gjenstand som omfatter

et substratmetall som er egnet for anvendelse i en magnetisk krets og et belegg som angitt i avsnittet ovenfor innrettet til å ligge oppå substratet i herdet tilstand. Beleggene ifølge den foreliggende oppfinnelse er i det vesentlige sink-nikkelfos-fatmaterialer som er tilsatt et fuktemiddel, magnesiumsilikat, hensiktsmessig i form av talkum, samt borsyre og/eller aluminiumnitrat. Disse materialer formes til en vannoppslemming som inneholder minst 20% tørrstoff og som rulles på stålet,

slik at belegget har en tykkelse på fra minst 0,125 jam/side for å o frembringe en isolasjon på minst 2Æcm " ?/laminat til 2,375 |im/side for å o frembringe en isolasjon på o minst 6402cm 2/laminat i herdet tilstand. Belegget påføres og justeres slik at der ikke er noen fri syre på ståloverflaten.

Deretter herdes belegget ved å oppvarme det inntil det underliggende stål oppnår en temperatur på mellom 104 og 177°C

i et tidsrom som er tilstrekkelig til å herde belegget reaktivt på stålet. Herdet vil laminatene oppvise en fullfaktor på over 95% og i ASTM A-717 Franklin-testen en strøm på mellom 0,01

og 0,8 A.

Slike belegg kan påføres på stålet enten i strimmel-

eller laminert form, som er særlig egnet for anvendelse i roterende apparater. Slikt stål er kjennetegnet ved at det har en uregelmessig orientering i motsetning til stål som vanligvis anvendes ved fremstillingen av transformatorkjerner,

hvor stålet har en foretrukket orientering som vanligvis angis i Miller-indekser med angivelsen (110) £0 01].

PÅ grunn av at det i roterende apparater vanligvis anvendes et stål hvor kornene er nokså uregelmessig orientert, er slike stål kjent innen industrien med betegnelsene f.eks. M36

og M47, som er klassifikasjoner som er velkjente og bestemt av tykkelsen, wattap og andre magnetiske betraktninger. Det er på dette stål at belegget ifølge oppfinnelsen påføres med

det erklærte formål å redusere virvelstrømtapene fra laminat

til laminat når disse materialer anvendes i stabelform.

Den foreliggende oppfinnelse er også anvendbar ved frem-bringelse av et magnetisk isolerende belegg på stål eller underlag som har en foretrukket orientering, selv om disse stål eller underlag underkastes en annen bearbeidelse. I dette hen-seende har det vist seg at oppvarming av underlaget til damp-frigjøringstemperaturen på ca. 800°C ikke resulterer i større'svekkelse av egenskaper enn de kjente aluminium-ortofosfatbelegg og andre belegg av den type. Selve belegget kan betraktes som f et sink-nikkelfosfatbelegg, og det kjennetegnes ved at det oppviser god interlaminar motstand, og viktigere er det at belegget kan herdes ved en forholdsvis lav temperatur, f.eks.

en temperatur på ca. 104°C, til forskjell fra de høye temperaturer som var nødvendige for de kjente aluminium- eller magnesium-ortofosfatbelegg, nemlig en temperatur i nærheten av 341°C. Herdetemperaturene som er angitt i både beskrivelse og krav

er de temperaturer som det underliggende substrat må oppvarmes til for herding av belegget.

Som fuktemiddel har det kommersielle produkt "Victowet"

nr. 12 gitt utmerkete resultater. Som interlaminar motstand-bedrende middel kan talkum anvendes idet det inneholder magnesiumsilikat som sin hovedbestanddel.

En typisk formulering av det underliggende sink-nikkelfosfat omfatter ca. 39,2 g pr. liter sink, ca. 6.0 g pr. liter nikkel, ca. 75,6 g pr. liter fosfor og 1166 g pr. liter vann. Uttrykt i vekt% er disse like med 3,0 vekt% sink, 0,46 vekt% nikkel, 5,9 vekt% fosfor og 90,6 vekt% vann.

Denne løsning kan fremstilles ved å løse den nødvendige mengde sinkoksyd i ortofosfatsyre til dannelse av en løsning som hovedsakelig består av sinkfosfat. Deretter løses nikkel-metall eller nikkeloksyd separat i kokende fosforsyre, hvorved det oppnås en løsning av nikkelfosfat. Etter dette tilsettes nikkelfosfatet til den nødvendige mengde vann, og deretter tilsettes sinkfosfatet til nikkelfosfatet og vannløsningen,

hvorved det oppnås en løsning av sink-nikkelfosfat. Denne løs-

ning har når den er fremstilt med de ovenfor angitte prosent-andeler en densitet pa ca. 1,29 g/cm 3 og et tørrstoffinnhold på ca. 27,5%. Deretter tilsettes for å sikre en jevn belegg-dekning fuktemidlet, såsom "Victowet" nr. 12, i en mengde på

0,1-1 volum% av den ferdige løsning. Deretter tilsettes magnesiumsilikat, vanligvis i form av talkum, i en mengde på mellom 5 og 15 vekt% av den endelige løsning, og magnesiumsilikatet er effektivt ved at det bedrer beleggets interlaminarmotstand. Borsyre- og/eller aluminiumnitrattilsetninger i mengder på

mellom 3 og 15 vekt% av den endelige løsning tilsettes også,

for å gi en glattere, jevnere overflate.

Denne oppslemming, grundig blandet, påføres deretter

med rulle under anvendelse av enten riflete gummiruller eller filtruller. Det resulterende belegg likner magnesium- eller aluminium-ortofosfatbelagt stål med unntakelse av herdetemperaturen. Disse likheter omfatter a) at begge er uorganiske, b)

at begge er fosfatbaserte, c) at belegget ifølge oppfinnelsen er ekvivalent med og gir bedre isolasjonsverdier ved en gitt tykkelse sammenliknet med de kjente belegg, d) at begge har gode høytemperaturegenskaper, e) at begge er korrosjonsbestan-dige, f) at begge har omtrent samme friksjonskoeffisient, samt

g) at begge er forenelige med epoksyharpiks. Det har vist seg at når denne løsning påføres på overflaten av et underliggende

stålunderlag og stålunderlaget deretter oppvarmes til en temperatur på mellom 104 og 177°C, herder det påførte belegg til en enhetlig masse med underlaget og gir derved underlaget en god interlaminar motstand med forbedrete virvelstrømtap når de individuelle laminater stables for anvendelse i elektromagnetiske apparater.

Det har vist seg at selv om det ovenfor beskrevne er ilustrerende for fremstillingsmåten for et sink-nikkelfosfatbelegg kan andre, forskjellige forhold mellom bestanddelene benyttes, og det er iakttatt at gode resultater oppnås når blandingen inneholder mellom 20 og 35 vekt% tørrstoff. Denne beleggsblanding påføres på underlagets overflater og gir en densitet etter herding på mellom 1 og 1,5 g/cm^. Det har vist seg at belegget herdet i minst 2S2cm 2/lam og så mye som 640 Æcm 2/lam i ASTM A-717 Franklin-testen.

For å vise resultatene ifølge oppfinnelsen klarere hen-vises det til tabell I.

Det har vist seg at beleggtykkelsen bør være minst ca. 0,125[am pr. side, og gode resultater er oppnådd når beleggtykkelsen er ca. 3,75[im pr. side, hvorved det oppnås en verdi pa minst 640J2cm 2/laminat i Franklin-testen. Dessuten har det vist seg at der ikke bør være noen fri syre på ståloverflaten når stålet er belagt med løsningen som er angitt ovenfor. Dette kan hensiktsmessig undersøkes ved å anvende fuktig lakmuspapir for å bestemme nærværet eller fraværet av fri syre i det herdete belegg.

For å illustrere fordelene med oppfinnelsen ytterligere ble 27.216 kg hydrogeneratorstanser, som hadde en tykkelse på ca. 1,3 mm, belagt med et belegg som hadde en sammensetning innenfor de ovenfor angitte grenser. Disse 27.216 kg stanser ble deretter testet og oppviste en fullfaktor på 98,2% og en interlaminar isolasjon målt ifølge ASTM A-717 Franklin-testen pa 0,41 A og 9 , 3.2cm 2 pr. laminat. Det kan således lett ses at den foreliggende oppfinnelse er effektiv når det gjelder å frembringe utmerket interlaminar motstand, men det er viktigere at den har en tilstrekkelig lav herdetemperatur til at vesentlige energibesparelser kan oppnås ved fremstilling av stål som er egnet for anvendelse i elektromagnetiske apparater .

Claims (9)

1. Sink-nikkelfosfatbelegg, som bevirker særlig god interlaminar isolasjon for komponenter i en magnetisk krets og som kan herdes ved en forholdsvis lav temperatur, karakterisert ved at det omfatter 2-6 vekt% sink, 0,1-1 vekt% nikkel, 4-8 vekt% fosfor, 0,1-1 vekt% fuktemiddel,

5-15 vekt% magnesiumsilikat som et interlaminar motstand-bedrende middel, samt 3-15 vekt% av et middel som bedrer det påførte beleggs glatthet og som inneholder borsyre og/eller aluminiumnitrat mens resten stort sett er vann.

2. Belegg i samsvar med krav 1, karakterisert ved at magnesiumsilikatet er i form av talkum.

3. Belegg i samsvar med krav 2, karakterisert ved at talkumen foreligger i en mengde på 10 vekt%.

4. Belegg i samsvar med krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at det oppviser en verdi på over 2 i? cm 2/laminat ved en tykkelse på 1,25[ am pr. side og 640 Slem 2/laminat ved en tykkelse.på 3,75[ im pr. side i Franklin-testen etter herding.

5. Belegg i samsvar med et av kravene 1-4, karakterisert ved at belegget har en herdetemperatur på mellom 104 og 177°C.

6. Gjenstand som omfatter et substratmetall som er egnet for anvendelse i en magnetisk krets, og et belegg anbrakt oppå substratet i herdet tilstand, karakterisert ved at belegget er ifølge et av de foregående krav.

7. Gjenstand i samsvar med krav 6, karakterisert ved at belegget har en tykkelse på mellom 1,25 og 3,75[ im pr. side.

8. Fremgangsmåte til fremstilling av et magnetisk isolerende belegg på et underlag som er anvendbart i roterende elektriske apparater, karakterisert ved at det frem stilles en blanding som inneholder sink-, nikkel- og fosfationer i vann hvortil det tilsettes et fuktemiddel i en mengde på 0,1-1 volum%, magnesiumsilikat og borsyre og/eller aluminiumnitrat mens resten av blandingen er stort sett vann, hvorved blandingen inneholder 20-35 vekt% tørrstoff, at blandingen påføres på substratets overflater til dannelse av et isolerende materiale som har en densitet etter herding på mellom 1 og 1,5 g/cm 3, og at blandingen pa substratet herdes ved oppvarming av substratet til en temperatur i området 104-177°C.

9. Fremgangsmåte i samsvar med krav 8, karakterisert ved at belegget etter herding oppviser en Franklin-verdi på mellom 2 Qcm 2 /laminat og 640 2 cm 2/laminat når beleggets tykkelse er mellom 1,25 og 3,75 (im.