无取向硅钢广泛应用于电机铁心材料，为了起到防腐蚀作用，需在无取向硅钢表面涂覆一层绝缘涂层。传统的铬酸盐涂层液具有表面稳定等特点，在国内钢铁企业得到广泛应用。随着人民生活水平的提高，对无铬涂层的需求日益增加，产品的表面质量是用户重点关注的指标。
无铬环保涂层由于兴起时间较晚，产品的稳定性与含铬涂层仍然存在差异。一些研究已讨论了无取向硅钢环保涂层表面缺陷问题：陈漫提出非环保涂料与环保涂料不相容会导致缺陷的产生；王双红发现涂料中悬浮的固体颗粒物是产生麻点缺陷的主要因素；韩鹏钧提出小白点缺陷是由于硅钢板生产过程清洗不彻底所致。在性能方面，张正贵等提出环保涂层的耐热性与含铬涂层存在一定的差距，因此，改善环保涂层的质量和性能稳定性，是环保涂层产品应用及推广所面临的关键问题。
1、涂层成膜机理
由于铬酸盐均有优良的稳定性和附着性，含铬涂层中的无机组分以铬酸盐为主要成分，通过添加乙二醇和丙三醇等还原剂，在涂层高温干燥固化过程中将Cr6+还原为Cr3+，从而降低涂层中Cr6+的含量，达到环保目的。但是，在电子电器设备使用或报废时，部分Cr3+又会被氧化为Cr6+，同样污染环境和危害人身安全。
无铬涂层液去除了铬酸盐成分，替换为磷酸二氢铝。磷酸盐相比铬酸盐，其稳定性稍差，铝元素的加入，在一定条件下，破坏了无取向硅钢中SiO2薄膜的稳定性,生成硅-铝键,有利于增加涂层的附着力。环保涂层成膜过程如图1所示，在涂层固化过程中，磷酸二氢铝水溶液在200℃下水分挥发，形成Al(H2PO4)3·2H2O,在250℃下Al(H2PO4)3·2H2O中的结合水流失，Al(H2PO4)3·2H2O全部变成Al(H2PO4)3。在涂液酸性环境下,会促进Al(H2PO4)3脱水缩合形成六方晶系磷酸铝，一部分仍以Al(H2PO4)3的形式存在。在300℃下已经全部固化形成六方晶系磷酸铝，磷酸铝晶系排列紧密形成完整的薄膜。磷酸铝薄膜与有机树脂复合，二者之间不会发生反应。涂层中有机树脂均匀地分散，有机树脂乳液可起到初粘作用，而磷酸铝含量较高，作为主要的成膜物质将有机树脂包覆在中间，对有机树脂有一定的保护作用，可以更好发挥其柔韧性好的优势，提高硅钢的冲剪性。
图1环保涂层成膜过程
2、涂层质量提升
2.1表面质量
无取向产品生产的连退工艺目前采用“开卷→碱洗→退火→涂层→卷取”工艺路线，为了保证涂层质量完好，要求带钢表面清洁，但在实际生产中，由于碱洗不彻底、退火炉碳套磨损和涂层系统清洗不彻底，带钢表面往往带入不同程度的铁粉和碳粉等其他杂质，在涂层时表面出现多处黑点缺陷（见图2），严重影响产品的表面质量和成材率。传统的含铬涂层，由于还原剂乙二醇和丙三醇的加入，涂液的涂覆性较好，不易产生类似缺陷。而在环保涂层中加入还原剂，会破坏涂液的酸性体系，因此,环保涂层液需要从其他方面进行涂覆性改善。
图2环保涂层黑点
经过试验验证，环保涂层液中添加少量的聚醚改性三硅氧烷，可降低涂层液的表面张力，添加后涂液表面张力可由38～40mN/m降低至27～30 mN/m，表面张力降低后，涂层接触角降低（图3和图4），提高了涂层液的润湿性，有利于涂层液均匀地平铺在钢板表面，从而大大降低了缺陷的程度。从自动表检仪分析，如图5所示，增加添加剂后，钢卷表面的黑点总数有了明显降低。
图3无添加剂涂层液接触角
图4含添加剂涂层液接触角
图5表检仪每个钢卷的黑点缺陷总数
2. 2焊接性能
前期已有大量数据证明，电工钢板的涂层厚、涂层中有机物含量及其热分解的难易程度、涂层和钢板表面粗糙度、钢中硅和铝的含量以及板厚等对焊接性都有一定影响。而在实际生产中，涂层厚度、有机物含量、涂层和钢板的粗糙度以及钢板成分和板厚等由于种种原因，往往无法调整。因此,有机物的分解难易程度是提高涂层焊接性的关键。
无取向硅钢涂层中的树脂，通常有丙烯酸树脂、环氧树脂和有机硅树脂三个大类。丙烯酸树脂是指由丙烯酸酯单体均聚或共聚得到的聚合物，其耐光、耐候性好，不易黄变，树脂交联固化后有更好的光泽、硬度、耐化学品性能等。环氧树脂是指含有两个或两个以上环氧基的高分子预聚体，交联密度高，硬度高；具有优良的耐水、耐化性，尤其是耐碱性；电绝缘性优良。有机硅树脂是以Si-O-Si为主链,硅原子上链接有有机基团的交联型的半无机高聚物，耐水性好，耐高温性能优异；并具有优异的电绝缘性，在广阔的温度、湿度及频率范围内保持稳定的介电性能。
使用三种不同的有机树脂进行环保涂层液的制备，树脂比例均相同，涂层固化后验证焊接性能,用相同的焊接参数（焊接电流120A，焊接速度80～100 cm/min)进行焊接。通过检查焊缝状态（图6、图7、图8)可以看出：有机硅树脂涂层焊缝平滑，气孔较少；丙烯酸树脂焊缝粗糙，大部分焊缝存在轻微气孔；环氧树脂焊缝形貌波动较大，部分焊缝存在大量气孔。由此可见，有机硅树脂焊接性能较好，适用于环保涂层液。
2.3防锈性能
有机硅树脂是由硅原子和氧原子交替连结组成骨架，不同的有机基团再与硅原子连结的聚合物的统称。有机硅树脂结构中既含有“有机基团”，又含有“无机结构”，这种特殊的组成和分子结构使它集有机物特性与无机物功能于一身。聚硅氧烷的主要部分是硅氧单键，与C-Si-O键交联，形成立体网状结构，不容易产生裂纹，耐蚀性良好，该涂层性能可与含铬涂层相媲美。
图6有机硅树脂涂层焊缝质量
图7丙烯酸树脂涂层焊缝质量
图8环氧树脂涂层焊缝质量
通过中性盐雾试验检测验证环保涂层防锈性能。试验条件设置为：沉降盐液浓度（50土5）g/LNaCl，试验箱温度（35土2）℃，盐雾沉降率（1.0～2.0）ml/（80cm².h），沉降盐液（25±2）℃pH值6.5～7.2。分别将含铬涂层和环保涂层样品暴漏5h、8h和24h,对比防锈性能，结果如图9、图10所示。根据结果可见，在不同时间的测试中，环保涂层防锈性能表现良好，与含铬涂层相比略有优势。
图9含铬涂层不同暴漏时间下的防锈性能比较
图10环保涂层不同暴漏时间下的防锈性能比较
2.4绝缘性能
无取向硅钢表面涂层主要作用为绝缘，降低涡流损耗。涂层的绝缘性能主要表征参数为层间电阻。环保涂层常规层间电阻同含铬涂层基本一致，当产品进行750℃去应力退火后，环保涂层在绝缘性能上展现了一定的优势。由表1和图11、图12可见，环保涂层退火后，电阻降低约80%，含铬涂层降低超过90%，原因在于环保涂层在300℃以上的温度会生成六方晶系磷酸铝，磷酸铝晶系排列紧密形成完整的薄膜，将有机树脂包覆在中间,提高了产品的耐热性能，因此，对于退火使用的用户，环保涂层具有一定的优势。
表1含铬涂层与环保涂层退火前后电阻情况
图11白片电阻
图12兴黑片退火电阻
2.5耐热性能
无取向硅钢制作成电机后，在使用过程中可能长期处于高温环境下，因此，涂层的长期耐热性能对产品质量的稳定具有重要的作用。通过试验对含铬涂层和环保涂层进行长期耐热性能测试，将样品分为两部分，一部分测试原始性能；另一部分将样品叠装后，上下使用压板压紧，在空气气氛中210℃加热2500h，测试老化后样品的磁性能以及涂层性能。
(1)涂层外观。
如图13所示，耐热后，环保涂层外观变化较小，含铬涂层明显发黄。
(2)附着性。
如表2所示，耐热后环保涂层附着性未出现恶化，含铬涂层出现轻微恶化。
表2涂层附着性测试结果
(3)层间电阻。
如表3所示，耐热后，环保涂层层间电阻仍然要高于含铬涂层。
表3涂层电阻测试结果
综上，长期耐热后，环保涂层外观、附着性和层间电阻均优于含铬涂层。
3无取向涂层产品应用及未来发展
无取向环保涂层产品主要应用于新能源汽车驱动电机。新能源汽车市场发展迅猛，2023年中国新能源汽车产销量分别完成958.7万辆和949.5万辆，同比增长近40%。连续9年位居全球第一，全球占比超过60%。中国汽车出口量首超日本，成为世界第一大汽车出口国，出口的汽车中约有1/3为新能源汽车。鉴于此，各大钢厂环保涂层产品产量也逐渐提升，在高牌号产品中，部分钢厂环保涂层占比已超过50%，由此也为环保涂层的发展提供了新的契机。
图13环保涂层和含铬涂层耐热后外观对比
随着用户使用场景的增加，对环保涂层的性能要求提出了更加个性化的需求，例如点胶粘接加工方式的出现，对于涂层和胶水的适配性提出了新的考验。环保涂层由于其多样化的产品，为用户提供了多方面的选择方案，与传统涂层相比，更加的灵活和便利。
4结语
1)环保涂层经过多年的发展，产品质量和性能等基本达到了传统的含铬涂层相当的水平，部分性能如层间电阻等表现出了一定的优势。
2)国内外环保政策的加严以及新能源汽车行业的发展，为环保涂层产品的发展提供了新的契机，使环保涂层出现快速发展。
3)新的行业和应用场景对涂层产品提出了更加多样化的需求，同时，也为环保涂层的发展提供了更多的机遇。
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