具有改善電絕緣的層的電工鋼片以及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種具有改善電絕緣的層的電工鋼片。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，這樣的電工鋼片例如在制造定子時用于電力驅(qū)動。所用的材料通過標(biāo)準(zhǔn)EN 10106(自1995)來監(jiān)管。該標(biāo)準(zhǔn)中所提及的材料得到各種各樣的產(chǎn)品范圍，由此可以滿足不同應(yīng)用的要求?？墒褂玫牟牧系姆秶鷱木哂袃?yōu)異的導(dǎo)磁性、良好的導(dǎo)熱性和可沖壓性的低合金鋼到在較高頻率下也具有非常低的反復(fù)磁化損耗的高合金鋼。該標(biāo)準(zhǔn)的合金包含銅(〈=0.02% )、錳(〈=1.2% )、硅(0.1-4.4% )、鋁(0.1-4.4% )、磷(〈=0.15% )、鋅(〈=0.2% )和銻(〈=0.2% )作為合金成分，其中由硅含量和兩倍鋁含量組成的總和〈5%。鐵構(gòu)成了該合金的基礎(chǔ)。
[0003]為了改善電工鋼片的特性，開發(fā)了改善單個鋼片層之間的絕緣以及加工性的涂層。所應(yīng)用的材料的特定性能必須考慮到例如防腐、電絕緣、對可沖壓性的影響、耐熱性或可焊接性的影響因素。用于電工鋼片的涂層可從標(biāo)準(zhǔn)EN 10342(2005年)中得到。
[0004]然而，正如所示的那樣，可在以上述標(biāo)準(zhǔn)中獲得的電工鋼片及其涂層不適用于所有使用領(lǐng)域。尤其地，當(dāng)電工鋼片被暴露到諸如酸氣(高的硫化氫含量)的強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)時，電工鋼片具有被強(qiáng)烈腐蝕的風(fēng)險。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種也適合在強(qiáng)腐蝕性條件下使用的電工鋼片。
[0006]該技術(shù)問題是采用前述的根據(jù)本發(fā)明的電工鋼片如下解決的，S卩，該層由主要含有氧化鈦或氧化鉭的金屬氧化物構(gòu)成并且電工鋼片具有擴(kuò)散區(qū)，金屬氧化物的金屬通過擴(kuò)散到該擴(kuò)散區(qū)中而被擴(kuò)散到電工鋼片的材料中，并且該擴(kuò)散區(qū)與該層交界。通過使氧化物層與擴(kuò)散層交界，有利地大大改善了氧化物層的附著。金屬鈦或鉭的應(yīng)用導(dǎo)致了電工鋼片表面上自發(fā)形成的氧化物層對于腐蝕性介質(zhì)非常穩(wěn)定。因此，在諸如酸氣的極端腐蝕性條件下也可以使用。例如，其能夠運轉(zhuǎn)用于在海底區(qū)域中輸送天然氣的馬達(dá)栗。在此出現(xiàn)了電工鋼片的一種新的應(yīng)用，所述電工鋼片允許在大大有利的維護(hù)條件下使用電力設(shè)備。
[0007]如果所述借助空氣氧自發(fā)形成的氧化物層不足以有效防腐，則該氧化物層可以通過電化學(xué)處理所述表面來制備(對此在下文中更多描述)。
[0008]緊貼在氧化物層上的擴(kuò)散區(qū)具有兩個益處。一方面擴(kuò)散區(qū)改善了氧化物層的附著，因為實現(xiàn)了在氧化物層與電工鋼片的基體材料即鋼合金之間的連續(xù)過渡，這避免了應(yīng)力的形成。另外，有利的可能性是，在氧化物層受損的情況下，存在于擴(kuò)散層中的材料鈦或鉭可以被用于鈍化受損位置。為此，所述相關(guān)金屬擴(kuò)散到表面上，在這里發(fā)生重新鈍化。由此有利地保持了腐蝕保護(hù)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所設(shè)置的是，該層的厚度至少為5 μπι且最大為10 μ m。在此氧化物層的層厚是這樣的層厚，其能夠?qū)崿F(xiàn)有效的防腐并且在其制備中由于小的厚度而有利地需要低的制備耗費和低的材料使用。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式，所設(shè)置的是，在從與該層的交界面起2 μπι的距離內(nèi)，擴(kuò)散區(qū)的鈦或鉭含量大于50重量％。在此合金含量是這樣的合金含量，其有利地仍然允許將鈦或鉭通過擴(kuò)散來輸送到受損位置(正如已經(jīng)描述的)。在此，直接在氧化物層之下也可以發(fā)生高達(dá)100%的鈦或鉭含量。隨著與電工鋼片表面的距離增大，在電工鋼片基體(合金鋼)中的鈦或鉭含量減少，從而能夠利用改善氧化物層的附著的功效。
[0011]另外，本發(fā)明涉及用于處理電工鋼片的方法，其中用改善電絕緣的層涂覆電工鋼片。對此已經(jīng)在現(xiàn)有技術(shù)中描述?；诖耍景l(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種方法，采用該方法能夠?qū)崿F(xiàn)電工鋼片的處理，并且該方法得到的產(chǎn)品在強(qiáng)腐蝕影響下也確保足夠的腐蝕保護(hù)。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，該技術(shù)問題是采用所提及的方法如下解決的，S卩，在第一步驟中在電工鋼片的表面上制備擴(kuò)散區(qū)，其中作為金屬的鉭或鈦擴(kuò)散到所述表面中。在第二步驟中，該金屬，即鉭或鈦，在所述表面上轉(zhuǎn)變?yōu)橄嚓P(guān)的金屬氧化物，即氧化鈦或氧化鉭，其中由所述金屬氧化物形成層并且所述金屬氧化物的金屬的殘余含量留在擴(kuò)散區(qū)中。由此產(chǎn)生已然在上文中描述的氧化物層，其具有突出的抗腐蝕性。通過使所述金屬氧化物的金屬的殘余含量留在擴(kuò)散區(qū)中，正如已然所述的，改善了氧化物層的附著。另外，由于擴(kuò)散區(qū)而出現(xiàn)了相應(yīng)材料的儲庫，該儲庫在氧化物層受損時用來通過自發(fā)鈍化而治愈該受損部分。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一種實施方式，所設(shè)置的是，在形成該層之前，在從與該層的交界面起5 μ m的距離內(nèi)，擴(kuò)散區(qū)具有大于50重量％的鈦或鉭含量。不言而喻的是，擴(kuò)散區(qū)在該層形成之前必須具有較大的含高濃度的鈦或鉭的區(qū)域，因為由于鈦或鉭的氧化，之前形成的擴(kuò)散層的一部分被轉(zhuǎn)化為氧化物層。為了在該氧化過程之后電工鋼片的基體中仍然具有足夠的材料用于修復(fù)氧化物層，鈦或鉭的百分率因此必須足夠高。
[0014]有利地，所提及的方法可以這樣實施，S卩，第一步驟作為具有隨后的熱處理的PVD工藝來進(jìn)行。PVD工藝是以有利的方式容易操作的。通過使用適合的靶材可使鈦和鉭都沉積在鋼上。例如，為了制備工具涂層，以反復(fù)的方式通過PVD方法來沉積鈦，其中這通常在反應(yīng)性的氮氣氛中進(jìn)行從而能夠制備氮化鈦。如果相反地選擇惰性氣體氣氛，沉積的則是純鈦。同樣，鉭也可容易地沉積在鋼上。這樣的方法例如描述于EP 77535A1中。鈦的沉積例如可以通過噴涂或粉末涂覆來進(jìn)行，正如使用編號1978-43006A從Derwent摘要中獲得的。粉末工藝也被稱為包覆工藝，其中在此擴(kuò)散層是通過鉭向工件中的擴(kuò)散而形成的。與在PVD工藝中不同，擴(kuò)散層由此立即形成，然而在PVD工藝中在涂覆過程之后必須進(jìn)行熱處理，該熱處理導(dǎo)致鉭或鈦向電工鋼片的基體中的擴(kuò)散。用于這樣的擴(kuò)散處理的參數(shù)是普遍已知的并且例如可使用編號1984-104398從Derwent摘要中獲得。除了以上所述的處理方法以外，基本上還能想到的是，例如在鹽浴中的電化學(xué)涂覆或者還有借助CVD的涂覆。
[0015]對于這樣的情況，S卩，在鈦或鉭上自發(fā)形成的鈍化層對于有效防腐并不足夠，而是應(yīng)當(dāng)以電化學(xué)的方式制備該鈍化層，則有利的是，事先將自發(fā)形成的鈍化層去除。以該方式可以有利地使電化學(xué)輔助地形成鈍化層不受干擾地進(jìn)行。隨后有利地在含氧氣氛中進(jìn)行熱處理，其中優(yōu)選地氧與該氣氛條件相比也可以是富集的，以便加速氧化過程。
【附圖說明】
[0016]接下來結(jié)合附圖來描述本發(fā)明進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。唯一的圖以橫截面示出了根據(jù)本發(fā)明的電工鋼片的實施例。
【具體實施方式】
[0017]從圖中可見電工鋼片11，其上側(cè)12和下側(cè)13分別設(shè)有由氧化鉭構(gòu)成的層14。該層14緊貼在擴(kuò)散區(qū)15上，該擴(kuò)散區(qū)具有與氧化鉭層12的共同交界面16。在該交界面后，擴(kuò)散區(qū)中的鉭的濃度大大超過50%。朝著電工鋼片11的內(nèi)部，該濃度一直下降，直到該濃度為O重量％。因此在實際的電工鋼片11與擴(kuò)散區(qū)15之間的界限并不能真正地展示出。在該圖中展示出的卻是其中鉭在電工鋼片11的結(jié)構(gòu)中的濃度為超過50%的區(qū)域。
【主權(quán)項】
1.一種具有改善電絕緣的層(14)的電工鋼片(11)，其特征在于，所述層(14)由主要含有氧化鈦或氧化鉭的金屬氧化物構(gòu)成并且電工鋼片(11)具有擴(kuò)散區(qū)(15)，所述金屬氧化物的金屬通過擴(kuò)散到該所述擴(kuò)散區(qū)中而被擴(kuò)散到電工鋼片的材料中，并且所述擴(kuò)散區(qū)與所述層(14)交界。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電工鋼片，其特征在于，所述層(14)的厚度至少為5μπι且最大為10 μ??ο3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電工鋼片，其特征在于，在與所述層(14)的交界面起2 μπι的距離內(nèi)，擴(kuò)散區(qū)(15)的鈦或鉭含量大于50重量％。4.一種用于處理電工鋼片的方法，其中給所述電工鋼片(11)涂覆改善電絕緣的層(14)，其特征在于， -在第一步驟中，在電工鋼片(11)的表面上制備擴(kuò)散區(qū)(15)，其中作為金屬的鉭或鈦擴(kuò)散到所述表面中，和 -在第二步驟中，金屬鉭或鈦在所述表面上轉(zhuǎn)變?yōu)橄嚓P(guān)的金屬氧化物氧化鈦或氧化鉭，其中由所述金屬氧化物形成層(14)并且所述金屬氧化物的金屬殘余含量留在擴(kuò)散區(qū)(15)中。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在形成所述層之前，在與所述層(14)的交界面起5 μπι的距離內(nèi)，擴(kuò)散區(qū)(15)的鈦或鉭含量大于50重量％。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，第一步驟是作為具有隨后的熱處理的PVD工藝來進(jìn)行的。7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中任一項所述的方法，其特征在于，在實施第二步驟之前，將自發(fā)形成的鈍化層去除。8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任一項所述的方法，其特征在于，第二步驟是在含氧氣氛中作為熱處理來進(jìn)行的。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有改善電絕緣的層(14)的電工鋼片(11)以及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明，該層(14)由氧化鈦或氧化鉭構(gòu)成，其中電工鋼片(11)的內(nèi)部鄰接有擴(kuò)散區(qū)(15)，該擴(kuò)散區(qū)富集有鉭或鈦。其優(yōu)點在于該層更好地附著在電工鋼片(11)上。另外，擴(kuò)散區(qū)(15)的鉭或鈦還可以作為儲庫來使用，該儲庫引起該層(14)受損部分的自發(fā)鈍化。因此，即使在所述層(14)受損的情況下也確保了防腐。另外，本發(fā)明涉及一種用于以所述方式制造電工鋼片的方法。
【IPC分類】C23C10/00, C21D8/12, C23C8/10, H01F1/147, C23C10/60, C23C10/28, C23C8/02
【公開號】CN105190794
【申請?zhí)枴緾N201480025470
【發(fā)明人】J.D.詹森, A.莫爾, R.賴歇, M.施奈德, O.施蒂爾
【申請人】西門子公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2014年4月17日
【公告號】CA2911552A1, DE102013208617A1, EP2979281A1, US20160125986, WO2014180646A1