Электротехническая листовая сталь с улучшающим электроизоляцию покрытием и способ ее получения



Электротехническая листовая сталь с улучшающим электроизоляцию покрытием и способ ее получения
Электротехническая листовая сталь с улучшающим электроизоляцию покрытием и способ ее получения

 


Владельцы патента RU 2635501:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Изобретение относится к области металлургии, а именно к электротехнической листовой стали (11), имеющей улучшающую электроизоляцию покрытие (14). Покрытие образовано из оксида титана или оксида тантала. Сталь (11) содержит диффузионную зону (15), в которой титан или тантал диффундирует в поверхность электротехнической листовой стали и которая граничит с покрытием (14). Диффузионная зона (15) в пределах расстояния 2 мкм от поверхности раздела с покрытием (14) имеет содержание титана или тантала более 50 вес.%. Обеспечивается защита от коррозии при высоких коррозионных воздействиях даже в случае повреждения указанного покрытия (14). 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к электротехнической листовой стали с покрытием, улучшающим электроизоляцию.

Такие электротехнические листовые стали применяются согласно уровню техники, например, в электрических приводах при создании статоров. Используемые материалы регламентируются нормой EN 10106 (от 1995 г.). Указанные в этой норме материалы дают очень широкий ассортимент продуктов, чтобы можно было удовлетворить претензии различных назначений. Подходящие материалы охватывают диапазон, начиная от низколегированной стали с превосходной магнитной проницаемостью, хорошей теплопроводностью и штампуемостью до высоколегированных сталей с очень низкими потерями на перемагничивание, также и на повышенных частотах. Сплавы этого стандарта содержат в качестве компонентов сплава медь (≤0,02%), марганец (≤1,2%), кремний (0,1-4,4%), алюминий (0,1-4,4%), причем сумма содержания кремния и удвоенного содержания алюминия меньше 5%, а также содержат фосфор (≤0,15%), олово (≤0,2%) и сурьму (≤0,2%). Основу сплава образует железо.

Для улучшения свойств электротехнических листовых сталей были разработаны покрытия, которые улучшают изоляцию между отдельными слоями листового металла, а также улучшают обрабатываемость. Особые свойства применяемых материалов должны учитывать такие факторы, как защита от коррозии, электроизоляция, влияние на штампуемость, жаростойкость или свариваемость. Покрытия для электротехнических листовых сталей описаны в норме EN 10342 (2005 г.).

Однако отвечающие вышеуказанным стандартам электротехнические листовые стали и их покрытия, как оказалось, разработаны не для всех областей применения. В частности, когда электротехнические листовые стали испытывают действие очень коррозионных сред, как, например, кислый газ (высокое содержание сероводорода), эти стали подвергаются высокой опасности коррозии.

Таким образом, задача изобретения заключается в том, чтобы разработать электротехническую листовую сталь, которая подходит для применения в сильно коррозионных условиях.

Эта задача решена предлагаемой изобретением электротехнической листовой сталью указанного во введении типа тем, что покрытие состоит их оксида металла, содержащего преимущественно оксид титана или оксид тантала, и тем, что электротехническая листовая сталь содержит диффузионную зону, в которой металл из оксида металла диффундирует в материал электротехнической листовой стали и которая граничит с покрытием. Благодаря тому что оксидный слой граничит с диффузионным слоем, намного улучшается адгезия оксидного слоя, что выгодно. Применение металлов, титана или тантала, ведет к тому, что оксидный слой, спонтанно образующийся на поверхности электротехнической листовой стали, является очень стойким к коррозионным средам. В результате возможно также применение в экстремальных коррозионных условиях, как, например, кислый газ. Можно, например, эксплуатировать мотопомпы, которые применяются для добычи природного газа со дна моря. В результате получается новое применение электротехнических листовых сталей, которое позволяет использовать электрические машины в предпочтительных оптимальных условиях обслуживания.

Если оксидный слой, самопроизвольно образующийся при реакции с атмосферным кислородом, не достаточен для эффективной защиты от коррозии, то оксидный слой можно создать также электрохимической обработкой поверхности (подробнее об этом ниже).

Граничащая с оксидным слоем диффузионная зона имеет два преимущества. Во-первых, диффузионная зона улучшает адгезию оксидного слоя, так как переход между оксидным слоем и основным материалом электротехнической листовой стали, т.е. стальным сплавов, происходит постепенно, что предотвращает образование напряжений. Кроме того, выгодно, что в случае повреждений оксидного слоя находящийся в диффузионном слое материал, титан или тантал, может использоваться для пассивации поврежденных мест. Для этого соответствующий металл диффундирует к поверхности, где вновь происходит пассивация. Тем самым защита от коррозии преимущественно сохраняется.

Согласно одному воплощению изобретения предусмотрено, что покрытие имеет толщину по меньшей мере 5 и до максимум 10 мкм. При этом речь идет о толщине оксидного слоя, который позволяет эффективную защиту от коррозии и для своего получения, благодаря малой толщине, требует низких производственных затрат и низкого расхода материала, что выгодно.

Согласно другому воплощению изобретения предусмотрено, что диффузионная зона в пределах расстояния 2 мкм от поверхности раздела с покрытием имеет содержание титана или тантала более 50 вес.%. При этом речь идет о содержаниях сплава, которые еще с успехом позволяют диффузионный перенос титана, соответственно тантала к местам повреждений (как уже описано). При этом непосредственно под оксидным слоем содержание титана или тантала может доходить до 100%. С увеличением расстояния от поверхности электротехнической листовой стали содержание титана или тантала в матрице электротехнической листовой стали (легированной стали) снижается, так что может с пользой проявляться эффект улучшения адгезии оксидного слоя.

Кроме того, изобретение относится к способу обработки электротехнической листовой стали, согласно которому на указанную сталь наносят покрытие, улучшающее электроизоляцию. Уровень техники в этом отношении уже обсуждался. Задача, которая из этого вытекает, состоит в том, чтобы разработать способ, который позволяет обрабатывать электротехнические листовые стали и который дает продукты, гарантирующие достаточную защиту от коррозии даже при высоких коррозионных воздействиях.

Эта задача решена указанным способом согласно изобретению тем, что на первом этапе создают диффузионную зону у поверхности электротехнической листовой стали, причем в качестве металла в поверхность диффундирует тантал или титан. На втором этапе металл (тантал или титан) у поверхности превращается в соответствующий оксид металла: оксид титана или оксид тантала, причем образуется слой из оксида металла, а в диффузионной зоне остается остаточное содержание металла из оксида металла. В результате образуется уже описанный выше оксидный слой, который имеет отличную коррозионную стойкость. В диффузионной зоне остается остаточное содержание металла из оксида металла, благодаря чему, как уже пояснялось, улучшается адгезия оксидного слоя. Кроме того, благодаря диффузионной зоне образуется запас (депо) соответствующего вещества, который при повреждении оксидного слоя имеется в распоряжении для устранения повреждений путем спонтанной пассивации.

Согласно одному воплощению способа по изобретению предусмотрено, что диффузионная зона перед образованием покрытия в пределах расстояния 5 мкм от поверхности раздела с покрытием имеет содержание титана или тантала выше 50 вес.%. Само собой разумеется, диффузионная зона перед образованием покрытия должна иметь более значительную область с высокой концентрацией титана или тантала, так как в результате окисления титана или тантала часть образованного ранее диффузионного слоя превращается в оксидный слой. Поэтому, чтобы после этого процесса окисления в матрице электротехнической листовой стали еще имелось достаточно материала для исправления оксидного слоя, доля титана или тантала должна быть достаточно высокой.

Указанный способ можно с успехом осуществлять, проводя первый этап как процесс физического осаждения из паровой фазы (PVD) с последующей термообработкой. Метод PVD выгоден тем, что он легок в управлении. Применяя подходящие материалы мишени, на сталь можно осадить как титан, так и тантал. Например, титан для получения покрытий инструментов можно осадить метом PVD различными способами, причем обычно осаждение происходит в атмосфере химически активного азота, чтобы можно было получить нитрид титана. Если вместо этого выбрать атмосферу инертного газа, то будет осажден чистый титан. Тантал также можно без проблем осадить на сталь. Такой способ описан, например, в документе EP 77535 A1. Осаждение титана можно осуществить, например, также распылением или нанесением порошковых покрытий, как описано, например, в Дервентском реферате Derwent Abstract с учетным номером 1978-43006 A. Способы нанесения порошков называются также способами засыпки, при этом диффузионные слои образуются в результате диффузии тантала в обрабатываемую деталь. Таким образом, в отличие от метода PVD диффузионный слой образуется сразу же, тогда как в методе PVD после процесса нанесения покрытия необходимо проводить термообработку, которая ведет к диффузии тантала или титана в матрицу электротехнической листовой стали. Параметры для таких диффузионных обработок общеизвестны, их можно взять, например, из реферата Derwent Abstract с учетным номером 1984-104398. Наряду с вышеуказанными способами обработки в принципе возможны также электрохимические покрытия, например, в солевой ванне, а также нанесение покрытия путем химического осаждения из паровой фазы (CVD).

Для случая, когда спонтанно образующийся пассивирующий слой из титана или тантала не достаточен для эффективной защиты от коррозии, но пассивирующий слой должен быть получен электрохимическим способом, целесообразно до этого удалить спонтанно образованный пассивирующий слой. Этим образование пассивирующего слоя можно беспрепятственно осуществить с помощью электрохимии. В таком случае термообработку предпочтительно проводят в кислородсодержащей атмосфере, причем содержание кислорода предпочтительно может быть повышено по сравнению с атмосферными условиями, чтобы ускорить процесс окисления.

Другие детали изобретения описываются ниже посредством фиг.1, которая показывает вид в сечении одного примера осуществления электротехнической листовой стали согласно изобретению. На фиг.1 можно видеть лист электротехнической стали 11, верхняя 12 и нижняя 13 поверхности которого снабжены покрытием 14 из оксида тантала. Это покрытие 14 граничит с диффузионной зоной 15, которая имеет общую поверхность раздела 16 со слоем 12 оксида тантала. За поверхностью раздела концентрация тантала в диффузионной зоне намного выше 50%. В направлении внутрь электротехнической листовой стали 11 концентрация постепенно снижается вплоть до нулевого значения. Поэтому границу между собственно электротехнической листовой сталью 11 и диффузионной зоной 15 невозможно изобразить в реальности. Однако на фиг.1 показана область, в которой концентрация тантала в структуре электротехнической листовой стали 11 превышает 50%.

1. Электротехническая листовая сталь (11) с улучшающим электроизоляцию покрытием (14), причем покрытие (14) состоит из оксида металла, содержащего в основном оксид титана, при этом электротехническая листовая сталь (11) содержит диффузионную зону (15), в которой титан диффундирует в поверхность электротехнической листовой стали и которая граничит с покрытием (14), при этом диффузионная зона (15) в пределах расстояния 2 мкм от поверхности раздела с покрытием (14) имеет содержание титана более 50 вес.%.

2. Электротехническая листовая сталь по п. 1, отличающаяся тем, что покрытие (14) имеет толщину по меньшей мере 5 мкм и не более 10 мкм.

3. Способ обработки электротехнической листовой стали, в котором электротехническую листовую сталь (11) покрывают улучшающим электроизоляцию слоем (14), причем

- на первом этапе создают диффузионную зону (15) у поверхности электротехнической листовой стали (11) посредством диффузии титана в поверхность электротехнической листовой стали (11), и

- на втором этапе обеспечивают превращение титана у упомянутой поверхности в оксид титана, образуя покрытие (14) из оксида металла, в основном оксида титана,

при этом диффузионная зона (15) в пределах расстояния 2 мкм от поверхности раздела с покрытием (14) имеет содержание титана более 50 вес.%.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что диффузионная зона (15) перед образованием покрытия в пределах расстоянии 5 мкм от поверхности раздела с покрытием (14) имеет содержание титана более 50 вес.%.

5. Способ по п. 3 или 4, отличающийся тем, что первый этап осуществляют способом физического осаждения из паровой фазы (PVD) с последующей термообработкой.

6. Способ по п. 3 или 4, отличающийся тем, что перед проведением второго этапа спонтанно образованный пассивирующий слой удаляют.

7. Способ по п. 3 или 4, отличающийся тем, что второй этап проводят в виде термообработки в кислородсодержащей атмосфере.

8. Электротехническая листовая сталь (11) с улучшающим электроизоляцию покрытием (14), причем покрытие (14) состоит из оксида металла, содержащего в основном оксид тантала, при этом электротехническая листовая сталь (11) содержит диффузионную зону (15), в которой тантал диффундирует в поверхность электротехнической листовой стали и которая граничит с покрытием (14), при этом диффузионная зона (15) в пределах расстояния 2 мкм от поверхности раздела с покрытием (14) имеет содержание тантала более 50 вес.%.

9. Электротехническая листовая сталь по п. 8, отличающаяся тем, что покрытие (14) имеет толщину по меньшей мере 5 мкм и не более 10 мкм.

10. Способ обработки электротехнической листовой стали, в котором электротехническую листовую сталь (11) покрывают улучшающим электроизоляцию слоем (14), причем

- на первом этапе создают диффузионную зону (15) у поверхности электротехнической листовой стали (11) посредством диффузии тантала в поверхность электротехнической листовой стали (11), и

- на втором этапе обеспечивают превращение тантала у упомянутой поверхности в оксид тантала, образуя покрытие (14) из оксида металла, в основном оксида тантала,

при этом диффузионная зона (15) в пределах расстояния 2 мкм от поверхности раздела с покрытием (14) имеет содержание тантала более 50 вес.%.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что диффузионная зона (15) перед образованием покрытия в пределах расстоянии 5 мкм от поверхности раздела с покрытием (14) имеет содержание тантала более 50 вес.%.

12. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что первый этап осуществляют способом физического осаждения из паровой фазы (PVD) с последующей термообработкой.

13. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что перед проведением второго этапа спонтанно образованный пассивирующий слой удаляют.

14. Способ по п. 10 или 11, отличающийся тем, что второй этап проводят в виде термообработки в кислородсодержащей атмосфере.



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при создании магнитоактивных катализаторов. Способ получения раствора магнитоактивного соединения включает конденсацию из раствора сульфата железа (II), содержащего лигносульфонаты, и раствора окислителя при их смешении.

Изобретение может быть использовано при создании магниточувствительных диодных структур, магнитных переключателей и сенсоров магнитных полей на основе ферромагнитного композита.
Настоящее изобретение относится к магнитомягкому композитному порошковому материалу на основе железа и может быть использовано для изготовления сердечника индукционной катушки большой мощности.

Изобретение относится к порошковой металлургии, связанной с изготовлением магнитов из порошковых материалов, в частности из сплавов редкоземельных металлов с кобальтом и железом, и может быть использовано при производстве металлокерамических и металлопластических постоянных магнитов с высокими величинами остаточной индукции и максимального энергетического произведения для машиностроительной, приборостроительной, электротехнической и других отраслей промышленности.

Изобретение может быть использовано в производстве модифицированных глинистых материалов. Для изготовления высокодисперсных гидрофобных магниточувствительных глинистых материалов готовят суспензию глинистых материалов в воде в реакторе с помощью механического перемешивания.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к изготовлению полосы из магнитомягкого сплава. Способ изготовления полосы из магнитомягкого сплава толщиной менее 0,6 мм, пригодной для механической резки, включает холодную прокатку полосы, полученной горячей прокаткой полуфабриката, затем полосу подвергают непрерывному отжигу пропусканием через печь непрерывного действия при температуре в пределах от температуры перехода упорядочения/разупорядочения сплава до температуры начала ферритно-аустенитного превращения сплава, причем скорость движения полосы устанавливают таким образом, чтобы время выдержки полосы в печи непрерывного действия при температуре отжига составляло меньше 10 минут.

Изобретение относится к области металлургии, а именно листу из неориентированной электротехнической стали, используемому в качестве сердечника для приводного двигателя электротранспортного средства и гибридного транспортного средства, а также двигателя электрогенератора.

Группа изобретений относится к спеченному магниту Nd-Fe-B, состоящему из редкоземельного элемента R, дополнительного элемента Т, железа Fe, бора В и примесей. Указанный магнит содержит фазу, обогащенную редкоземельными элементами, и основную фазу кристаллической структуры Nd2Fe14B.

Изобретение может быть использовано в производстве элементов микроэлектроники, сенсорной техники. Гольмий-марганцевый сульфид с гигантским магнитосопротивлением включает марганец и серу и дополнительно содержит гольмий при следующем соотношении компонентов, мас.%: гольмий 2,5-15, марганец 47,5-35, сера 50.

Изобретение относится к области металлургии. Способ производства текстурированного листа из электротехнической стали включает нагревание сляба, содержащего, мас.%: C от 0,0005 до 0,005, Si от 2,0 до 4,5, Mn от 0,005 до 0,3, S и/или Se (в сумме) 0,05 или менее, растворенный Al от 0,010 до 0,04, N 0,005 или менее, остальное - Fe и неизбежные примеси, горячую прокатку сляба с получением горячекатаного листа, при необходимости, отжиг горячекатаного листа в горячей зоне, холодную прокатку горячекатаного листа в один, два или большее число проходов с промежуточным отжигом между ними и с получением холоднокатаного листа конечной толщины, отжиг холоднокатаного листа на первичную рекристаллизацию и отжиг на вторичную рекристаллизацию, при этом индекс ИС старения стального листа перед проведением конечной холодной прокатки устанавливают равным 70 МПа или менее для эффективного роста зерен с ориентацией Госса с обеспечением в результате текстурированного листа из электротехнической стали с хорошими магнитными свойствами, без ограничения содержания C в относительно большом количестве.

Изобретение относится к химико-термической обработке стальных изделий с резьбовыми поверхностями, а именно к способу нанесения термодиффузионного цинкового покрытия на стальные изделия.

Изобретение относится к металлургии, а именно к диффузионному титанированию металлов, в частности к диффузионному титанированию чугуна, и может быть использовано в машиностроении.
Изобретение относится к химико-термической обработке металлических деталей и может быть использовано в электроэнергетике и других областях народного хозяйства для повышения их коррозионной стойкости.
Изобретение относится к составам для нанесения покрытий, в частности к составам для нанесения покрытий на детали диффузионным насыщением в газовой среде, и может быть использовано в авиадвигателестроении, машиностроении при химико-термической обработке деталей.

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано в производстве различных видов технологического оборудования, приборов и металлической упаковки.
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам упрочнения жаростойких покрытий деталей из жаропрочных никелевых сплавов, и может быть использовано для увеличения прочности и долговечности лопаток турбин газотурбинных двигателей.

Изобретение относится к области химико-термической обработки металлов и сплавов и может быть использовано в машиностроительных отраслях. .

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к химико-термической обработке изделий из жаропрочных сплавов на основе никеля. .
Изобретение относится к восстановлению поврежденных деталей, в частности к устранению трещин в поверхностном слое детали, и может быть использовано в авиадвигателестроении и других областях техники.
Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве технологического инструмента для прокатки труб. .

Изобретение относится к износостойкому элементу, взаимодействующему с абразивной средой, и может быть использовано в машиностроении в разных областях промышленности, в частности, изобретение может быть использовано для изготовления рабочих органов машин разного назначения, взаимодействующих с абразивной средой.
Наверх