1、D O I:1 0.1 1 9 7 3/f s y f h-2 0 2 3 0 2 0 1 0激光刻痕对高磁感取向硅钢板耐蚀性的影响张 顺,唐艳秋(沈阳防锈包装材料有限责任公司,沈阳 1 1 0 0 0 0)摘 要:通过扫描电镜(S EM)和能谱仪(E D S)对激光刻痕后高磁感取向硅钢表面进行形貌观察和化学成分分析,并采用硫酸铜点滴试验、加速腐蚀试验(交变湿热试验及动态接触湿热试验)研究了激光刻痕对取向硅钢耐蚀性的影响。结果发现:激光刻痕对取向硅钢表面涂层厚度均匀性和平整性造成破坏,使取向硅钢基体出现裸露的情况,耐蚀性大幅降低。关键词:取向硅钢;激光刻痕技术;耐蚀性中图分类号:T G 1 7
2、 4.4 文献标志码:A 文章编号:1 0 0 5-7 4 8 X(2 0 2 3)0 2-0 0 5 9-0 5E f f e c t o f L a s e r S c r i b i n g o n C o r r o s i o n R e s i s t a n c e o f H i g h-M a g n e t i c I n d u c t i o n O r i e n t e d S i l i c o n S t e e l P l a t e sZ HANG S h u n,T ANG Y a n q i u(S h e n y a n g R u s t p r o
3、 o f P a c k a g i n g M a t e r i a l C o.,L t d.,S h e n y a n g 1 1 0 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:T h e m o r p h o l o g y a n d c h e m i c a l c o m p o s i t i o n o f l a s e r-n o t c h e d h i g h-m a g n e t i c i n d u c t i o n o r i e n t e d s i l i c o n s t e e l s u r f a c e w
4、 e r e e x a m i n e d b y s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y(S EM)a n d e n e r g y d i s p e r s i v e s p e c t r o s c o p y(E D S).A n d t h e e f f e c t o f l a s e r s c r i b i n g o n t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f o r i e n t e d s i l i c o n s t e e l w
5、 a s i n v e s t i g a t e d t h r o u g h c o p p e r s u l f a t e d r i p t e s t a n d a c c e l e r a t e d c o r r o s i o n t e s t(i n c l u d i n g c y c l i c d a m p h e a t t e s t a n d d y n a m i c c o n t a c t d a m p h e a t t e s t).T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t l a s e
6、r s c r i b i n g d a m a g e d t h e t h i c k n e s s u n i f o r m i t y a n d f l a t n e s s o f t h e c o a t i n g o n t h e s u r f a c e o f o r i e n t e d s i l i c o n s t e e l,e x p o s i n g t h e s u b s t r a t e o f o r i e n t e d s i l i c o n s t e e l a n d g r e a t l y r e d
7、u c i n g i t s c o r r o s i o n r e s i s t a n c e.K e y w o r d s:o r i e n t e d s i l i c o n s t e e l;l a s e r s c r i b i n g t e c h n o l o g y;c o r r o s i o n r e s i s t a n c e 取向硅钢是一种通过形变和再结晶退火生产且晶粒择优取向的硅铁合金,通常作为变压器铁芯材料在电力行业广泛应用1-2。随着能源行业快速发展及电力工业节能降耗的迫切需求,不断改善硅钢性能,降低其铁芯损耗(铁损),成为硅钢
8、制造行业的竞争焦点与备受关注的研究课题3。目前降低铁损的主要方法是磁畴细化技术,即通过减小取向硅钢磁畴宽度来降低反常涡流损耗(铁损的重要组成)的一类物理方法,包括机械刻痕法、激光刻痕法、等离子束照射法和局部加热法等4-6。当前各大制造厂商主要采用激光刻痕法来降低铁损7-8。激光刻痕法是用激光束照射有绝缘涂层的取向硅钢表面,使其高温熔解、挥发,冷却后无规则凝聚,形成一定间距的线状或点状刻痕9。在激光刻痕瞬收稿日期:2 0 2 1-0 3-0 2通信作者:张 顺(1 9 9 1-),助理工程师,本科,从事金属腐蚀与防护相关研究,1 8 8 4 1 3 1 7 4 7 9,1 8 8 4 1 3 1
9、 7 4 7 91 6 3.c o m间,涂层因高温过热会发生以沸腾和喷溅为形式的相爆炸而形成重熔物、飞溅物乃至孔洞等,刻痕区域涂层厚度均匀性和平整性遭到一定程度破坏,基材出现裸露,这增大了取向硅钢锈蚀的风险1 0-1 2。目前,对于取向硅钢的研究主要是针对生产工艺优化和表面涂层性能改良,对于刻痕板的研究也只是对刻痕工艺,关于取向硅钢表面刻痕后的涂层变化和耐蚀性还缺乏系统的研究。随着电子、电气行业的持续发展,取向硅钢产能逐年增加,各大钢厂对取向硅钢刻痕板表面耐蚀性越来越重视,希望建立统一的试验室评价方法和完善的评价体系,优化取向硅钢表面激光刻痕工艺。本工作以国内某大型钢厂生产的激光刻痕高磁感系
10、列取向硅钢板为研究对象,通过表面微观形貌观察和化学成分检测,对比刻痕区域和非刻痕区域形貌、成分差异,分析激光刻痕技术对取向硅钢表面涂层的厚度、均匀性、平整性及耐蚀性的影响;通过硫酸铜点滴试验,分析激光刻痕取向硅钢板基体裸95第4 4卷 第2期2 0 2 3年2月腐蚀与防护C O R R O S I ON&P R O T E C T I ONV o l.4 4 N o.2F e b r u a r y 2 0 2 3露情况;通过交变湿热试验(2 55 5,RH9 5%)和动态接触湿热试验(4 9,RH9 5%)对试片进行加速腐蚀,根据试片表面锈蚀程度分析激光刻痕对取向硅钢耐蚀性能的影响。1 试验
11、1.1 试验材料试验材料为国内某大型钢厂生产的单面激光刻痕高磁感型取向硅钢板(以下称钢板),刻痕状态为条状,沿钢板轧制方向延长,横向间距5 mm;试验钢板分为3个生产批次(分别标记为A 1、A 2、A 3);每批次钢板数量为35张(A 4纸大小,分别标记-1、-2、-3、-4、-5),从卷板不同的位置取样。1.2 试验方法试验前用无水乙醇对钢板表面进行清洗,去除表面杂质、灰尘,干燥密封后保存。通过P h e n o m P r o X型扫描电子显微镜(S EM)观察钢板表面的微观形貌、测量刻痕尺寸,观察重熔物和孔洞分布,生成钢板3 D图,观察钢板截面形貌;利用附带能谱仪(E D S)对钢板表面
12、元素进行分析。硫酸铜点滴试验参考G B/T 1 5 5 1 9-2 0 0 2 化学转化膜 钢铁黑色氧化膜 规范和试验方法,将处理后的试片(7 5 mm5 0 mm)浸泡在2 5、0.1%(质量分数)硫酸铜溶液中1 0 s,然后匀速提出,用脱脂棉蘸取无水乙醇擦去试片表面残留的硫酸铜溶液,通过试片表面变色情况分析激光刻痕后取向硅钢板刻痕区域和非刻痕区域耐蚀性差异。试验室加速腐蚀试验包括交变湿热试验和动态接触湿热试验,试验方案见表1。交变湿热试验参考G B/T 2 4 2 3.4-2 0 1 6 电工电子产品环境试验 第2部分:试验方法 试验D b:交变湿热(1 2 h+1 2 h循环)标准,动态
13、接触湿热试验参考Q B/T 1 3 1 9-2 0 1 0 气相防锈纸 标准。表1 试验室加速腐蚀试验方案T a b.1 T e s t i n g p r o g r a m o f a c c e l e r a t e d c o r r o s i o n i n l a b o r a t o r y试验温度/相对湿度/%试验周期/h交变湿热试验2 55 59 01 2 0动态接触湿热试验4 919 52 42 结果与讨论2.1 表观形貌2.1.1 激光刻痕形貌由图1可见,刻痕沿钢板轧制方向延长,刻痕长度为6 4 6 m,宽度为9 8.3 m;刻痕区域凸凹不平,凸起和凹坑分布无明显规
14、律,统计结果显示凹坑占比大于8 5%,最大凹坑直径为1 9.8 m。这是由于激光照射取向硅钢板表面使涂层高温熔解、挥发、冷却后无规则凝聚,形成大量的重熔物和孔洞,从而破坏了取向硅钢板表面涂层厚度的均匀性和平整性。(a)1 0 0(b)4 5 0图1 取向硅钢板激光刻痕区域的形貌F i g.1 M o r p h o l o g y o f l a s e r m a r k i n g a r e a o n o r i e n t e d s i l i c o n s t e e l p l a t e2.1.2 刻痕区域重熔物、孔洞分布由图2可见,刻痕区域出现白点,且刻痕区域白点明显多于
15、非刻痕区域,这说明钢板表面涂层已出现重熔物和孔洞,激光刻痕已经对涂层平整性造成破坏。刻痕区域重熔物和孔洞的比例反映了钢板表面涂层被破坏的程度。对重熔物和孔洞进行统计,结果见图3。由图3可见,不同生产批次钢板表面涂层被破坏区域比例最大相差3 0%,而同一生产批次钢板表面涂层被破坏区域比例最大相差4 0%,这说明激光刻痕技术工艺稳定性不佳,导致质量一致性存在一定差异。2.1.3 涂层厚度和孔洞深度采用扫描电镜观察钢板的3 D形貌以及截面微观形貌,结果如图4和图5所示,并测量了刻痕区域孔 洞深度及涂层厚度,结果列于表2。结果表明,刻06张 顺,等:激光刻痕对高磁感取向硅钢板耐蚀性的影响(a)试样A
16、1-2(b)试样A 2-2(c)试样A 3-3(d)试样A 3-2图2 不同试样激光刻痕区域重熔物和孔洞分布情况F i g.2 D i s t r i b u t i o n o f r e m e l t e d m a t e r i a l s a n d v o i d s i n l a s e r-n o t c h e d a r e a o f d i f f e r e n t s a m p l e s图3 不同试样激光刻痕区域重熔物和孔洞的比例F i g.3 R a t i o o f r e m e l t e d m a t e r i a l s a n d v o i d s i n l a s e r-n o t c h e d a r e a o f d i f f e r e n t s a m p l e s痕区域孔洞最大深度为6.1 0 m,涂层最大厚度为5.4 8 m,取向硅钢板刻痕区域孔洞处有可能出现基材裸露的情况。2.2 铁含量对取向硅钢板表面不同区域的铁元素含量进行分析,结果见表3。非刻痕区域未检测出铁,说明非刻痕区域涂层表面质量良好,基
