Способ получения электроизоляционного покрытия трансформаторных кремнийсодержащих сталей

Способ получения электроизоляционного покрытия трансформаторных кремнийсодержащих сталей

Реферат

Изобретение относится к области металлургической промышленности и может быть использовано в технологии производства трансформаторной стали, содержащей кремний, на стадии формирования электроизоляционного покрытия. Способ предусматривает нагрев стали до температуры, входящей в интервал 620-640°C, в среде воздуха, выдержку при этой температуре в течение не менее 30 часов и охлаждение вне печи до температуры окружающей среды. Изобретение позволяет получить оксидное электроизоляционное покрытие с повышенным значением удельного электрического сопротивления за счет получения оптимального фазового состава оксидного покрытия.

Известен способ оксидирования деталей по патенту из электротехнических сталей (патент SU 272768, «Способ оксидирования деталей из электротехнических сталей», опубл. 01.01.1970, МПК C23C 8/18) с целью получения электроизоляционного покрытия нагревом в среде перегретого пара до температуры 550°С и выдержки в течение 1,5-2 час с последующим охлаждением. Недостатком таких покрытий является то, что они имеют низкие электроизоляционные и адгезионные свойства.

Известен способ оксидирования железоуглеродистых сплавов (патент РФ №2110603, «Способ получения электроизоляционного покрытия трансформаторной стали», опубл. 10.10.2013, МПК C23C 22/74), который предусматривает нагрев и выдержку при температуре 600-900°C в смеси, содержащей водяной пар и воздух при их массовом отношении 0,02-200, причем с повышением температуры выдержки это отношение увеличивают. Этот способ принят в качестве прототипа.

Недостатком указанного прототипа является то, что паротермическое оксидирование представляет собой сложный и энергоемкий процесс, требующий герметизации печи и нагрева водяного пара. Присутствие в печи перегретого водяного пара при высоких температурах резко сокращает межремонтные интервалы, что приводит к простою оборудования. Полученные в водяном паре оксидные покрытия имеют значительную толщину (более 10 мкм), а следовательно, имеют низкую адгезионную прочность и легко разрушаются, особенно при деформации.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является формирование на поверхности стали электроизоляционного покрытия, снижающего величины электрических потерь на вихревые токи и нагрев устройства, а также приводящего к повышению КПД электрической машины и увеличению ее надежности.

Указанный технический результат достигается тем, что листовую кремнийсодержащую трансформаторную сталь нагревают в атмосфере воздуха до температуры, выбранной из интервала 620-640°С, и выдерживают при этой температуре в течение не менее 30 часов. В результате окисления на поверхности стали образуется сплошное оксидное покрытие, содержащее Fe₂SiO₄ (фаялит), с высоким удельным электрическим сопротивлением.

Экспериментально установлено, что при окислении стали, содержащей кремний в количестве 3,7%, при температурах обработки ниже 620°C образуется слой гематита Fe₂O₃ с включениями зерен кварца SiO₂. Ввиду дискретности зерен SiO₂ электропроводность такого оксидного слоя будет определяться электропроводностью гематита Fe₂O₃. Гематит является полупроводником с электронной проводимостью (n - типа), поэтому удельное сопротивление такого оксидного слоя невелико и составляет ρ=3 Ом·см. При окислении стали в интервале температур 620-640°C оксидное покрытие представляет собой сплошной слой фаялита (Fe₂ SiO₄), удельное электросопротивление которого очень велико и составляет ρ=7·10⁶ Ом·см.

Повышение температуры оксидирования выше 640°C приводит к образованию покрытия с удельным электросопротивлением ρ=7 Ом·см. Исследование фазового состава показало, что такое покрытие состоит из дисперсных зерен магнетита Fe₃O₄, гематита Fe₂O₃ и кварца SiO₂.

При выдержке кремнийсодержащей стали в течение менее 30 часов образуется тонкое и пористое покрытие, удельное сопротивление которого будет мало. Более длительная выдержка металла даст покрытие большей толщины, но увеличение толщины покрытия будет не значительным, так как кремнийсодержащие стали обладают большой жаростойкостью (имеют низкую скорость формирования покрытия). При выдержке более 40 часов окисление полностью прекращается.

Предлагаемый способ получения электроизоляционных покрытий на кремнийсодержащих трансформаторных сталях позволяет получить высококачественные покрытия без использования дорогостоящих и дефицитных материалов, представляет собой безотходную и экологически чистую технологию. Способ не требует специального оборудования при совмещении оксидирования с процессом термообработки трансформаторной стали.

Способ получения оксидного электроизоляционного покрытия на поверхности листовой кремнийсодержащей трансформаторной стали в виде слоя фаялита Fe₂SiO₄, включающий нагрев поверхности стали до температуры 620-640°С в атмосфере воздуха, выдержку при указанной температуре в атмосфере воздуха в течение не менее 30 часов и охлаждение вне печи до температуры окружающей среды.