CN106555151A - 一种等离子喷涂铝基材电热器件及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种等离子喷涂铝基材电热器件及其制备方法，该铝基材电热器件的铝基材表面喷涂介质层，介质层外表面喷涂电阻层，电阻层外表面喷涂封装层，电阻层设置外露于封装层的电极；该铝基材电热器件具有以下优点：1、突破了原有基材局限于不锈钢、陶瓷以及玻璃的限制，且能有效减轻电热器件重量并降低材料成本；2、采用粉末直接喷涂一次成型，生产效率高且产品合格率高；3、介质层、电阻层、封装层通过等离子喷涂方式喷涂而成，各层结合力强，产品稳定可靠性好。该制备方法包括以下工艺步骤：a、清洗洁净铝基材；b、喷涂介质层；c、喷涂电阻层；d、于电阻层制备电极；e、喷涂封装层；该制备方法能够有效地制备上述铝基材电热器件。

Description

一种等离子喷涂铝基材电热器件及其制备方法
技术领域
本发明涉及电热材料技术领域，尤其涉及一种等离子喷涂铝基材电热器件及其制备方法。
背景技术
等离子喷涂是采用刚性等离子弧为热源、以喷涂粉末材料为主的热喷涂方法，等离子弧是等离子体弧的简称；等离子体是指气体在超高温状态下被部分或全部电离，形成正负离子（电子）数量相等而整体呈电中性的导电体。电弧本身是等离子体，但只有当电弧通过热收缩效应、自磁压缩效应、机械压缩效应被压缩，成为具有更高温度的压缩电弧时，才称为等离子体弧，其中心温度可达到10000℃-50000℃，这样高的温度使所有的金属和陶瓷材料都能够得以喷涂。
需进一步解释，等离子喷涂技术在航天技术中已经被广泛应用，且已逐渐开始应用于汽车上，这种技术的优点是隔热效果好、能承受高温和高压、工艺成熟、质量稳定；为达到低散热的目标，可对发动机燃烧室部件进行陶瓷喷涂，如活塞顶喷的氧化锆、缸套喷的氧化锆等，经过这种处理的发动机可以降低散热损失、减轻发动机自身质量、减小发动机尺寸、减少燃油消耗量。随着技术的发展进步，等离子喷涂技术将会更广泛的应用于各行各业。
需进一步指出，现有厚膜电热器件介质层主要在不锈钢基材、陶瓷基材、玻璃基材上通过反复丝印/烧结玻璃釉料完成，生产效率低、成本高，并且产品缺陷难以控制、材料选择范围有限、性能难以提升。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足而提供一种等离子喷涂铝基材电热器件，该等离子喷涂铝基材电热器件具有以下优点，具体为：1、突破了原有基材局限于不锈钢、陶瓷以及玻璃的限制，且能够有效地减轻电热器件的重量并降低材料成本；2、介质层、电阻层、封装层采用粉末直接喷涂一次成型，生产效率高且产品合格率高；3、介质层、电阻层、封装层通过等离子喷涂方式喷涂而成，各层之间的结合力强，产品稳定可靠性好。
本发明的另一目的在于提供等离子喷涂铝基材电热器件的制备方法，该制备方法通过粉末喷涂方式可实现在铝基材上制备电热器件，其具有以下优点，具体的：1、能够实现在铝基材上制备介质层，突破了原有基材局限于不锈钢、陶瓷以及玻璃的限制，且能够有效地减轻电热器件的重量并降低材料成本；2、采用陶瓷粉末或者玻璃粉末直接喷涂一次成型，可有效地提高生产效率以及产品合格率；3、等离子喷涂能够有效地增加介质层与铝基材之间的结合力，即可有效地提高产品稳定可靠性。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现。
一种等离子喷涂铝基材电热器件，包括有铝基材，铝基材的表面通过等离子喷涂方式喷涂有介质层，介质层的外表面通过等离子喷涂方式喷涂有电阻层，电阻层的外表面通过等离子喷涂方式喷涂有封装层，电阻层设置有外露于封装层的电极；
介质层为陶瓷粉末层或者玻璃粉末层；
电阻层为钼粉末层、铌粉末层、镍粉末层、钼合金粉末层、铌合金粉末层或者镍合金粉末层；
封装层为陶瓷粉末层或者玻璃粉末层。
其中，所述介质层的厚度为30μm -500μm。
其中，所述电阻层的厚度为20μm -80μm。
其中，所述封装层的厚度为10μm -50μm。
其中，所述铝基材为纯铝基材或者铝合金基材。
其中，所述陶瓷粉末为氧化物陶瓷粉末、氮化物陶瓷粉末、碳化物陶瓷粉末、硼化物陶瓷粉末中的一种或者至少两种所组成的混合粉末。
其中，所述陶瓷粉末为氧化铝陶瓷粉末。
一种等离子喷涂铝基材电热器件的制备方法，包括有以下工艺步骤，具体为：
a、清洗铝基材并使得铝基材保持洁净；
b、通过等离子喷涂设备将陶瓷粉末或者玻璃粉末喷涂于铝基材的表面，以喷涂形成介质层；
c、待介质层喷涂完毕后，通过等离子喷涂设备将电热材料粉末喷涂于介质层的外表面，以形成电阻层；其中，电热材料粉末为钼粉末、铌粉末、镍粉末、钼合金粉末、铌合金粉末、镍合金粉末中的一种或者至少两种所组成的混合粉末；
d、待电阻层喷涂完毕后，于电阻层制备电极；
e、待电极制备完毕后，通过等离子喷涂设备将陶瓷粉末或者玻璃粉末喷涂于电阻层的外表面，以形成封装层。
其中，所述等离子喷涂设备的输出功率为500w-500kw，等离子喷涂设备采用氮气、氩气、氦气、氢气中的一种或多种混合气体进行保护，等离子喷涂设备的喷涂送粉压力0.1MPa -5MPa，等离子喷涂设备的送粉精度±0.1%-±1%，等离子喷涂设备的送粉量0 kg/min-1kg/min。
其中，该等离子喷涂铝基材电热器件耐电压强度：1000-3500V；电绝缘性：＞108MΩ；漏电流：＜0.5mA（1.06倍工作电压）；热冲击性能：400℃水淬（水温20℃）5次，显微镜观察无裂纹。
本发明的有益效果为：本发明所述的一种等离子喷涂铝基材电热器件，其铝基材表面通过等离子喷涂方式喷涂介质层，介质层外表面通过等离子喷涂方式喷涂电阻层，电阻层外表面通过等离子喷涂方式喷涂封装层，电阻层设置外露于封装层的电极；介质层为陶瓷粉末层或者玻璃粉末层；电阻层为钼粉末层、铌粉末层、镍粉末层、钼合金粉末层、铌合金粉末层或者镍合金粉末层；封装层为陶瓷粉末层或者玻璃粉末层。该等离子喷涂铝基材电热器件具有以下优点，具体为：1、突破了原有基材局限于不锈钢、陶瓷以及玻璃的限制，且能够有效地减轻电热器件的重量并降低材料成本；2、介质层、电阻层、封装层采用粉末直接喷涂一次成型，生产效率高且产品合格率高；3、介质层、电阻层、封装层通过等离子喷涂方式喷涂而成，各层之间的结合力强，产品稳定可靠性好。
本发明的另一有益效果为：本发明所述的一种等离子喷涂铝基材电热器件的制备方法，其包括有以下工艺步骤：a、清洗铝基材并使得铝基材保持洁净；b、通过等离子喷涂设备将陶瓷粉末或者玻璃粉末喷涂于铝基材的表面，以喷涂形成介质层；c、待介质层喷涂完毕后，通过等离子喷涂设备将电热材料粉末喷涂于介质层的外表面，以形成电阻层；其中，电热材料粉末为钼粉末、铌粉末、镍粉末、钼合金粉末、铌合金粉末、镍合金粉末中的一种或者至少两种所组成的混合粉末；d、待电阻层喷涂完毕后，于电阻层制备电极；e、待电极制备完毕后，通过等离子喷涂设备将陶瓷粉末或者玻璃粉末喷涂于电阻层的外表面，以形成封装层。该制备方法通过粉末喷涂方式可实现在铝基材上制备电热器件，其具有以下优点，具体的：1、能够实现在铝基材上制备介质层，突破了原有基材局限于不锈钢、陶瓷以及玻璃的限制，且能够有效地减轻电热器件的重量并降低材料成本；2、采用陶瓷粉末或者玻璃粉末直接喷涂一次成型，可有效地提高生产效率以及产品合格率；3、等离子喷涂能够有效地增加介质层与铝基材之间的结合力，即可有效地提高产品稳定可靠性。
附图说明
下面利用附图来对本发明进行进一步的说明，但是附图中的实施例不构成对本发明的任何限制。
图1为本发明的铝基材电热器件的结构示意图。
图2为本发明的铝基材电热器件另一视角的结构示意图。
在图1和图2中包括有：
1——铝基材 2——介质层
3——电阻层 4——封装层
5——电极。
具体实施方式
下面结合具体的实施方式来对本发明进行说明。
如图1所示，一种等离子喷涂铝基材电热器件，包括有铝基材1，铝基材1的表面通过等离子喷涂方式喷涂有介质层2，介质层2的外表面通过等离子喷涂方式喷涂有电阻层3，电阻层3的外表面通过等离子喷涂方式喷涂有封装层4，电阻层3设置有外露于封装层4的电极5；
介质层2为陶瓷粉末层或者玻璃粉末层；
电阻层3为钼粉末层、铌粉末层、镍粉末层、钼合金粉末层、铌合金粉末层或者镍合金粉末层；
封装层4为陶瓷粉末层或者玻璃粉末层。
其中，介质层2的厚度为30μm -500μm，电阻层3的厚度为20μm -80μm，封装层4的厚度为10μm -50μm，铝基材1为纯铝基材1或者铝合金基材；陶瓷粉末为氧化物陶瓷粉末、氮化物陶瓷粉末、碳化物陶瓷粉末、硼化物陶瓷粉末中的一种或者至少两种所组成的混合粉末，优选的，陶瓷粉末为氧化铝陶瓷粉末。
通过上述结构设计，该等离子喷涂铝基材电热器件具有以下优点，具体为：1、突破了原有基材局限于不锈钢、陶瓷以及玻璃的限制，且能够有效地减轻电热器件的重量并降低材料成本；2、介质层2、电阻层3、封装层4采用粉末直接喷涂一次成型，生产效率高且产品合格率高；3、介质层2、电阻层3、封装层4通过等离子喷涂方式喷涂而成，各层之间的结合力强，产品稳定可靠性好。
对于上述等离子喷涂铝基材电热器件而言，其可以采用以下制备方法制备而成，具体的，一种等离子喷涂铝基材电热器件的制备方法，其特征在于，包括有以下工艺步骤，具体为：
a、清洗铝基材1并使得铝基材1保持洁净；
b、通过等离子喷涂设备将陶瓷粉末或者玻璃粉末喷涂于铝基材1的表面，以喷涂形成介质层2；
c、待介质层2喷涂完毕后，通过等离子喷涂设备将电热材料粉末喷涂于介质层2的外表面，以形成电阻层3；其中，电热材料粉末为钼粉末、铌粉末、镍粉末、钼合金粉末、铌合金粉末、镍合金粉末中的一种或者至少两种所组成的混合粉末；
d、待电阻层3喷涂完毕后，于电阻层3制备电极5；
e、待电极5制备完毕后，通过等离子喷涂设备将陶瓷粉末或者玻璃粉末喷涂于电阻层3的外表面，以形成封装层4。
其中，所述等离子喷涂设备的输出功率为500w-500kw，等离子喷涂设备采用氮气、氩气、氦气、氢气中的一种或多种混合气体进行保护，等离子喷涂设备的喷涂送粉压力0.1MPa -5MPa，等离子喷涂设备的送粉精度±0.1%-±1%，等离子喷涂设备的送粉量0 kg/min-1kg/min。
进一步的，该等离子喷涂铝基材电热器件耐电压强度：1000-3500V；电绝缘性：＞108MΩ；漏电流：＜0.5mA（1.06倍工作电压）；热冲击性能：400℃水淬（水温20℃）5次，显微镜观察无裂纹。
下面以一具体例子来上述制备方法进行详细的说明，具体的：1、将100*120*10mm的纯铝基材1清洗洁净；2、通过等离子设备采用功率为200kw、送粉压力为0.8MPa、送粉流量为150g/min、送粉精度0.5%的参数，将粒度为15μm的氧化铝陶瓷粉末喷涂于铝基材1上，以形成介质层2，介质层2厚度为280μm；3、接着用功率为120kw、送粉压力为0.6MPa、送粉流量为70g/min、送粉精度0.3%的工艺参数，将粒度为20μm的Ni28Cr70Al2粉末喷涂于铝基材1的介质层2上，制备的电阻层3厚度为35μm、线宽3mm、间距0.1mm；4、制备电极5和喷涂封装层4，封装层4为20微米的氧化锆陶瓷粉末层。所制备而成的铝基材1电热器件总功率为4500w、TCR为45ppm/℃；耐电压强度：3000V；电绝缘性：＞108MΩ；漏电流：＜0.5mA（1.06倍工作电压）；热冲击性能：500℃水淬（水温20℃）5次，显微镜观察无裂纹。
通过上述工艺步骤设计，该制备方法通过粉末喷涂方式可实现在铝基材1上制备电热器件，其具有以下优点，具体的：1、能够实现在铝基材1上制备介质层2，突破了原有基材局限于不锈钢、陶瓷以及玻璃的限制，且能够有效地减轻电热器件的重量并降低材料成本；2、采用陶瓷粉末或者玻璃粉末直接喷涂一次成型，可有效地提高生产效率以及产品合格率；3、等离子喷涂能够有效地增加介质层2与铝基材1之间的结合力，即可有效地提高产品稳定可靠性。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种等离子喷涂铝基材电热器件，其特征在于：包括有铝基材（1），铝基材（1）的表面通过等离子喷涂方式喷涂有介质层（2），介质层（2）的外表面通过等离子喷涂方式喷涂有电阻层（3），电阻层（3）的外表面通过等离子喷涂方式喷涂有封装层（4），电阻层（3）设置有外露于封装层（4）的电极（5）；
介质层（2）为陶瓷粉末层或者玻璃粉末层；
电阻层（3）为钼粉末层、铌粉末层、镍粉末层、钼合金粉末层、铌合金粉末层或者镍合金粉末层；
封装层（4）为陶瓷粉末层或者玻璃粉末层。
2.根据权利要求1所述的一种等离子喷涂铝基材电热器件，其特征在于：所述介质层（2）的厚度为30μm -500μm。
3.根据权利要求1所述的一种等离子喷涂铝基材电热器件，其特征在于：所述电阻层（3）的厚度为20μm -80μm。
4.根据权利要求1所述的一种等离子喷涂铝基材电热器件，其特征在于：所述封装层（4）的厚度为10μm -50μm。
5.根据权利要求1所述的一种等离子喷涂铝基材电热器件，其特征在于：所述铝基材（1）为纯铝基材或者铝合金基材。
6.根据权利要求1所述的一种等离子喷涂铝基材电热器件，其特征在于：所述陶瓷粉末为氧化物陶瓷粉末、氮化物陶瓷粉末、碳化物陶瓷粉末、硼化物陶瓷粉末中的一种或者至少两种所组成的混合粉末。
7.根据权利要求1所述的一种等离子喷涂铝基材电热器件，其特征在于：所述陶瓷粉末为氧化铝陶瓷粉末。
8.一种等离子喷涂铝基材电热器件的制备方法，其特征在于，包括有以下工艺步骤，具体为：
a、清洗铝基材（1）并使得铝基材（1）保持洁净；
b、通过等离子喷涂设备将陶瓷粉末或者玻璃粉末喷涂于铝基材（1）的表面，以喷涂形成介质层（2）；
c、待介质层（2）喷涂完毕后，通过等离子喷涂设备将电热材料粉末喷涂于介质层（2）的外表面，以形成电阻层（3）；其中，电热材料粉末为钼粉末、铌粉末、镍粉末、钼合金粉末、铌合金粉末、镍合金粉末中的一种或者至少两种所组成的混合粉末；
d、待电阻层（3）喷涂完毕后，于电阻层（3）制备电极（5）；
e、待电极（5）制备完毕后，通过等离子喷涂设备将陶瓷粉末或者玻璃粉末喷涂于电阻层（3）的外表面，以形成封装层（4）。
9.根据权利要求8所述的一种等离子喷涂铝基材电热器件的制备方法，其特征在于：所述等离子喷涂设备的输出功率为500w-500kw，等离子喷涂设备采用氮气、氩气、氦气、氢气中的一种或多种混合气体进行保护，等离子喷涂设备的喷涂送粉压力0.1 MPa -5MPa，等离子喷涂设备的送粉精度±0.1%-±1%，等离子喷涂设备的送粉量0 kg/min -1kg/min。
10.根据权利要求8所述的一种等离子喷涂铝基材电热器件的制备方法，其特征在于：该等离子喷涂铝基材电热器件耐电压强度：1000-3500V；电绝缘性：＞108MΩ；漏电流：＜0.5mA（1.06倍工作电压）；热冲击性能：400℃水淬（水温20℃）5次，显微镜观察无裂纹。
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