2021年2月第3卷第1期
电工钢
ELECTRICAL STEEL
Feb.2021
Vol.3No.1+7+
贾志伟1，张海利1，王晓达2，马丹丹3，王宝川3，杨平3
1.鞍钢集团有限公司钢铁研究院，辽宁鞍山114009；
2.鞍钢股份有限公司，辽宁鞍山114009；
3.北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083)
摘要：取向硅钢涂层附着力是衡量产品表面质量和应用性的重要指标，附着性不良会造成产品合格率和
应用性降低。本文以不同附着性取向硅钢成品板为研究对象，通过扫面电子显微镜、EDS能谱分析等手段对表面层典型物相及结构特征进行观测并分析其影响因素，为改善涂层附着性提供理论依据。结果表明，附着性与玻璃层结构具有对应性，高附着性样品表面层主要由总厚度约为3%m的连续层状结构(绝缘层、玻璃层)和05〜40%m的颗粒状嵌入物组成，并具有均匀Mg带状分布，其连续分布、平整度较高的玻璃层以及细小均匀的基体内钉扎颗粒物有利于提高表面层附着性。 关键词：取向硅钢；附着性；玻璃层；绝缘层；钉扎颗粒物
中图分类号：TG174.4文献标识码：A文章编号：2096-7101(2021)01-0007-08
Study on the relationship between coating adhesion and
glass layer quality in grain oriented silicon steel
JIA Zhiwei1,ZHANG Haiii1,WANG Xiaoda2,MA Dandan3,WANG Baochuan3,YANG Ping3
(1.Iron and Steel Research Inst让ute of Ansteel Group Corporation$Anshan114009$China；
2:Angang Steel Co.Ltd.,Anshan114009,China；3.School of Materials Science and
Engineering,Universty of Science and Technology Beijing,Beijing100083,China)
Abstract:The adhesion of insulation coating is an important index to measure the surface quality and applicability of grain oriented silicon steel,and low adhesion will reduce the qualified rate and applicability of products.In this paper,the typical phase and structure characteristics of the surface layer were examined by SEM and EDS,and-heinfluencingfac-orsofinsulaioncoa-ingadhesion was analyzed to provide theoretical basis for improving the adhesion.The results showed that the adhesion level is co-related wih the structure of glass layer,and the surface layer of high adhesion posedofcontinuous.ayerstructure(insu.ating.ayerandg.ass.ayer)witha total thickness of about3%m and spinel particles of0.5〜4%m.Besides,the glass layer wth continuousanduniform.ydistributioninthematrixandfineembeddedspine.partic.escanimprove the adhesion.
Key words:grain oriented silicon steel；adhesion；glass layer；insulating layer；spinel particles
取向硅钢涂层附着力是衡量产品表面质量和应用性的重要指标，附着性不良会造成产品合格率和应用性降低，并导致生产成本升高。目前，涂层附着性主要采用弯曲法测定)1］，依据弯曲样品的涂层开裂和剥落程度判定。玻璃层是影响取向硅钢涂层附着性的主要因素，虽然绝缘层在一定程度上可以起到弥补不良玻璃层对层间电阻的影响，但玻璃层结构性差异仍可以通过涂层附着性反映出来。文献［2］指出，涂层附着性与绝缘层厚度、玻璃层厚度、嵌入基体的颗粒物及其钉扎深度有关，其中玻
璃层质量及其形成条件是影响附着性的主要因素，通过获得致密、均匀的玻璃层结构可改善涂层附着性。本文以鞍钢高磁感取向硅钢为研究对象，对不同附着性表面层结构特征及其对涂层附着性的影响进行研究，从而为取向硅钢涂层质量设计优化提供参考依据，以提高产品表面量和率'
通信作者：贾志伟(1982—)，男，工程师;E-mail：jzw_4930909@sina；收稿日期：20210108
• 8 •电工钢第3卷
1实验材料及方法
2结果及分析
选取高附着性(B 级)和
着性(C 级)取向
硅钢样品各2片，其中咼附着性样
记为Bi 、
B 2$ 着性样 记为G 、
C 2。使用 电镜
(型 号：Zeiss-super 55 及 Tescan-VGA3)及 EDAX 能谱仪(Octane Elect Plus)观测取向硅钢
面
及结构特征，并从
着性样品侧面分析绝缘层、 结构及嵌入颗粒
分布，探究附着性
因素。此外, 面缺陷
局部的，难以 察样品某一局部区
域直接判定 面层结构特征，因此需
样品
面层结构进行多处观察 。
2.1表面层典型物相及结构特征
图1为 硅钢表面层的显微结构及 分
分布，其表面 结构(总厚
为
3 %m)和嵌入基体的颗粒物组成，同时表面层与
体结合面平滑、连续。图1(b)所示成分分析结
果表明，位置a
分包括Mg 、Si 、P 、Cr 、O 等元素，考虑到
衬
和绝缘
元素
珠光膜
(P 、Cr )，可以判断 缘层和：层
(MgSiOQ 构成。图1(c)所示位置b 所示颗粒状
嵌入物的 分由Mg 、Si 、O 、Al 组成，可能为
硅酸镁(MgSiOQ 或尖晶石(MgAlOQ 相。
Energy/keV (c>(立置b 成分
图1表面层微观结构及成分组成
煮面炉
(a)表面层微观结构
1.8-
Eneigy/keV (b)位置a 成分
I 'e
Mg 0
Si
■
1
1
2.2附着性影响因素分析
2.2.1不同附着性下的玻璃层结构
缘层一般由磷酸铝、PQ 及胶体二氧化硅
组成，其韧性高于属于陶瓷相的 离层
(MgSiOQ ，因此玻璃层质量应该是影响表面层 附着性的 因素。文献［2-4］指出，提高 层
厚度及其分布的 性、均匀性有 着
性，相应绝缘层与玻璃层厚度分配约为1〜2 %m
和0.8 %m 。同时, 颗粒物数量及粒 I
，增加有效交联钉扎颗粒 量，亦可实 涂
着性的 。结合图2所示
着性样品
(B 1,B 2,C 1,C 2)侧面表面层形貌，分析
：附着
性B 级的样 面 厚, 嵌入颗粒
物与底层间距
，且颗粒秸秆腐熟剂
量多、
。
相
第1期
贾志伟，等：取向硅钢涂层附着性与玻璃层质量关系研究
• 9 +
之下，附着性C 级样 面 ，其玻璃层下嵌入基体内的颗粒物与底层间距较大，颗粒物
虽大但分布稀疏(特别是G 样品颗粒较少)， 形成有效“交联”钉扎的颗粒
。
%m )，玻璃膜底层呈 分布，绝缘层有纵向裂纹
但不够致密，同时距玻璃层0.5-1. 5 %m 深度位
置基体内部存在尺寸约为1.。〜2. 0 %m 内嵌颗
粒物，这与文献)］报道的绝缘层与
厚
据相似。图3(c )、图3(d)所示的氏样 面层
厚度为3 mm 左右，绝缘层中有少量纵向裂纹,
膜底层较均匀致密(厚度略 1%m)，其距10〜20 %m 深 的内 嵌颗粒均匀(1.0〜2.5
且数量略低于Bi 样品。可
见，基体内嵌颗粒物与
，为含铝尖晶石
与硅酸镁底层混
，起到钉扎住基体的作用，是
着力的因素之一。此外，图3所示 层
与颗粒
的衬度说明二者由不同相组成，可
涉及硅酸镁、尖晶石相。
C 样品的附着 B 样品，其局部玻
结构难以说明整体情况，因 进行
了检测。图4(a)至图4(c)所示的G 样品表面层结
明，图4(a)与图4(c)的绝缘层与底层的厚度
例
，
前者 偏厚，后者 偏薄，且玻
有折断的迹象。 之下，图4(a)及图4(b )嵌入基体内的颗粒距
深度约为2%m
寸
大(2〜4%n )，而图4(c)嵌入基体中的颗粒 小(0. 5 %m )o 由图4(d )至图4(f)所示的C 2样品表
面层结构可知, 厚 匀且结构疏松,
存在部分区域
厚
缘 (如图4(e))，同时C2样品嵌入基体内的颗粒量很少。综上
，C 级样
面
，
厚
匀、不致密，甚至未形 ，其嵌入基体的颗粒
粗大、稀少，分布不均匀且距离 近。
@冶样品位置1
(沁样品位置1@门2样品位置2
图3高附着力样品表面层形
貌
• 10 •电工钢第3卷
(a)C ］样品位置1(b)C ］样品位置2
(c) q 样品位置3 (d) c 2样品位置1
翻板百叶
20.00 KV Z Cuiit ELED 2U0f>C< c .linm High vacuum Ml ] I ' 27
lQg2(H9 10:29:01 AM
(e )q 样品位置2(g 样品位置3
图4低附着力样品C 表面层形貌
2.2.2 不同附着性下的内嵌颗粒物
内嵌颗粒
维截面上与 分离的，但在三维 上 互结合的，因此颗粒物
高频磁芯与基体之间形成钉扎效应提
高表面 着性。
，除保 密、均匀连促
与颗粒物有效结合外，内
嵌颗粒
及钉扎深度等因 着
性的关键因素。图5为B ］样
谱元素的分布
图，其中氧均匀分布 缘层、 和嵌入基
体的颗粒内, 中Mg 元素呈 分布，可见B 级附着性样
匀、连续。同
时，内嵌颗粒物内部存在Mg 、A1富集(没有Si 元素富集)，说明内嵌颗粒
为尖晶石铝酸
镁，P 、Cr 均匀分布在上表面的绝缘层中，其层带
的厚 Si 分布的 厚度。作为 的尖晶石作用 与基体之间，可有效提高
的钉扎效应。
图6为G 样 1的能谱面分布，分析发:Mg 元素分布 匀、断续，表明
膜底层
形 。虽 缘层后可以
的
，但 匀组 着力试样的180°弯曲彳艮 落，导 着性 。另
一方面, 与基体之间内嵌颗粒物存在A1、
Si 元素显著富集 ，其尖晶石和硅酸镁的 I 组织提高了钉扎力。但是，部分Al 、Mg 元素在玻
内存在富集，说明
内部存
量的尖
晶石颗粒物，
(硅酸镁)与尖晶石
，易导 结合不致密，从而导致附着性
恶化。
图7为G 样品位置2的能谱面分布，该位
面层结构与B 样品的 ：绝缘层与
厚
，其Mg 的分布 但不够均匀
说明
密。嵌入基体内颗粒中含一定
量的尖晶石和硅酸镁。同时，A1除了
体内
真空马桶颗粒中富集外, 与基体边界处可有少
量富集点
。
第1期贾志伟，等：取向硅钢涂层附着性与玻璃层质量关系研究•11•
图5Bi样品位置2侧面表面层的能谱元素面分布
图6G样品位置1侧面表面层的能谱元素面分布
与之相反，图8所示的C2样3的能谱面分布表明$的表面层结构与B样|近，与基体内的颗粒体一起的，比密。在空间上独立分布的基体内尖晶石都与
接。同时,A1的分布带厚
绝缘层内典型的Cr、P分布的厚度，因此推测玻璃层中也有一定量的含铝硅酸盐或尖晶石。
见，B级样品内嵌、数量较多，且与间距，能够起到交联钉扎效应越强。与之相反,C级样品内嵌颗粒虽大，但量与间距较大，起到的钉扎效应弱。同时，
量内嵌颗粒物存在于
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