CN112251105A - 一种复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种复合材料，所述复合材料包括金属基材、涂覆在所述金属基材一侧的功能性涂层以及设置在所述金属基材另一侧的金属涂层，并在金属基材与金属涂层之间设置有镍基合金作为过渡。方案中的复合材料在金属基材表面形成致密的保护层，具有优异的耐击穿、耐腐蚀以及防潮性能。功能性涂层具有耐高温的性能，金属涂层在增加耐腐蚀性能的同时，还能增强金属基材的机械性能，且设置过渡材料，增加一体成型的稳定性。将制备的复合材料应用在制备高压开关柜中，使得制备的高压开关柜具有较佳的耐高温、耐腐蚀性能，且具有优异的机械性能，不容易遭受环境的损坏，提高其使用寿命。

Description

一种复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料制备领域，具体而言，涉及一种复合材料及其制备方法。
背景技术
高低压开关柜是供配电***中使用的重要设备，输配电行业中主要的组成部分，用以安放各种控制开关、电动机、发电机或者其他控制设备。随着工业的发展，各行各业对电子***的供电可靠性和稳定性的要求日益提升。高压开关柜作为重要设备，起着关合及开断电力线路的作用，其对电力***安全可靠运行具有非常重要的意义。但其使用环境恶劣，现有的开关柜在高温高压或者腐蚀的环境中使用，容易出现老化现象，这些现象极容易导致开关柜内部局部温度升高，出现安全隐患，如果没有及时的排除这种隐患，很容易引起电火灾，大大降低了高低压开关柜的使用寿命，并且现有的开关柜虽然采用表面具有涂层的材料，但总体防潮性能差，涂层的耐击穿性能差，应用在室外，容易因为下雨等天气影响，导致开关柜内部线路老化严重，甚至线路短路，导致使用寿命短。
综上，在制备开关柜用的材料领域，仍然具有亟待解决的问题。
发明内容
基于此，为了解决现有技术中开关柜内部局部温度升高，容易出现安全隐患，以及总体防潮性能差，涂层的耐击穿性能差，应用在室外，容易因为下雨等天气影响，导致开关柜内部线路老化严重，甚至线路短路，导致使用寿命短的问题，本发明提供了一种复合材料及其制备方法，具体技术方案如下：
一种复合材料，用于制备高压开关柜，所述复合材料包括金属基材、设置在所述金属基材一侧的第一材料层以及设置在所述金属基材另一侧的第二材料层，所述第一材料层涂覆在所述金属基材上，所述第二材料层与所述金属基材之间设置有与所述金属基材一体成型的过渡材料；
其中，所述第一材料层为功能性涂层；
所述第二材料层为金属涂层；
所述过渡材料为镍基合金。
进一步地，所述金属基材为铝合金材料。
进一步地，按照重量份计，所述功能性涂层包括以下组分：环氧树脂15份-30份、聚氨酯树脂10份-15份、陶瓷粉10份-25份、铜粉14份-20份、石英硅5份-14份、氧化镁3份-10份、固化剂1份-3份、增韧剂1份-5份、成膜剂1份-8份。
进一步地，所述功能性涂层的制备方法包括以下步骤：
将环氧树脂、聚氨酯树脂、固化剂以及增韧剂混合，并加热至75℃-95℃，搅拌1h-2h得到混合物A；
往混合物A中加入陶瓷粉、铜粉、石英硅、氧化镁混合球磨分散10h-12h，得到混合物B；
在搅拌的条件下往混合物B中加入成膜剂，并在超声的条件下混合10min-20min，静置30min-60min后得到混合物C；
将混合物C均匀涂覆至所述金属基材上，经过预固化以及后固化在所述金属基材的一侧形成功能性涂层。
进一步地，所述镍基合金至少包括重量百分比为60％-75％的Ni，重量百分比小于0.01％的Fe。
进一步地，所述金属涂层包括以下质量百分比的元素：Al 20％-35％、Zn 30％-40％、Si 1％-5％、Ni 2％-9％、Ti 10％-25％。
进一步地，所述复合材料的制备方法包括以下步骤：
将所述镍基合金放置在熔炼室内，形成熔融状态的金属熔液，备用；
将制备金属涂层的材料放置熔炼室内，形成熔融状态的金属涂层熔液，备用；
将金属溶液以及金属涂层溶液分别放置至具有相邻两个端口的涂覆室；
将一侧具有功能性涂层的金属基材放置在涂覆室内，并将无功能性涂层的一侧对准所述端口，在移动的过程中，熔融状态的金属溶液从其中一个端口均匀涂布在所述金属基材上；
将材料移出，用温度为350℃-650℃的流体冷却剂进行淬火，压制后，使得所述镍基合金与所述金属基材一体成型；
将所述镍基合金与所述金属基材一体成型的材料进行预热，再次放置在涂覆室内，并将具有镍基合金的一侧对准所述端口，在移动的过程中，熔融状态的金属涂层溶液从另一个端口均匀涂布；
将材料移出，用温度为350℃-550℃的流体冷却剂进行淬火，静置3h-5h，得到复合材料。
进一步地，所述固化剂为甲基四氢苯酐，沸点115℃-155℃，25℃时黏度40-80mPa·s，酐基含量≥40％。
进一步地，所述预固化的条件为：常压，温度为95℃-120℃，时间为1h-2h。
进一步地，所述后固化的条件为：压力为5Mpa-10Mpa，温度为125℃，时间为1h-3h。
上述方案中的复合材料具有第一材料层以及第二材料层，所述第二材料层与所述金属基材之间设置有与所述金属基材一体成型的过渡材料，使得金属基材表面形成致密的保护层，具有优异的耐击穿、耐腐蚀以及防潮性能。具有功能性涂层的一侧具有耐高温的性能，金属涂层在增加耐腐蚀性能的同时，还能增强金属基材的机械性能，且设置过渡材料，增加一体成型的稳定性。将制备的复合材料应用在制备高压开关柜中，具有功能性涂层的一侧为高压开关柜的内侧，具有第二材料层的为高压开关柜的室外侧，使得制备的高压开关柜具有较佳的耐高温、耐腐蚀性能，且具有优异的机械性能，不容易遭受环境的损坏，提高其使用寿命。
具体实施方式
为了使得本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合其实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种复合材料，用于制备高压开关柜，所述复合材料包括金属基材、设置在所述金属基材一侧的第一材料层以及设置在所述金属基材另一侧的第二材料层，所述第一材料层涂覆在所述金属基材上，所述第二材料层与所述金属基材之间设置有与所述金属基材一体成型的过渡材料；
其中，所述第一材料层为功能性涂层；
所述第二材料层为金属涂层；
所述过渡材料为镍基合金。
在其中一个实施例中，所述金属基材为铝合金材料。
通过在金属基材的两侧设置不同的材料层，使得金属基材表面形成致密的保护层，具有优异的耐击穿、耐腐蚀以及防潮性能。具有功能性涂层的一侧具有耐高温的性能，金属涂层在增加耐腐蚀性能的同时，还能增强金属基材的机械性能，且设置过渡材料，增加一体成型的稳定性。将制备的复合材料应用在制备高压开关柜中，具有功能性涂层的一侧为高压开关柜的内侧，具有第二材料层的为高压开关柜的室外侧，使得制备的高压开关柜具有较佳的耐高温。耐腐蚀性能，且具有优异的机械性能，不容易遭受环境的损坏，提高其使用寿命。
在其中一个实施例中，按照重量份计，所述功能性涂层包括以下组分：环氧树脂15份-30份、聚氨酯树脂10份-15份、陶瓷粉10份-25份、铜粉14份-20份、石英硅5份-14份、氧化镁3份-10份、固化剂1份-3份、增韧剂1份-5份、成膜剂1份-8份。
在其中一个实施例中，所述固化剂为甲基四氢苯酐，沸点115℃-155℃，25℃时黏度40-80mPa·s，酐基含量≥40％。
在其中一个实施例中，所述增韧剂为丁腈橡胶。
在其中一个实施例中，所述成膜剂为重量比为3:1的丙二醇丁醚和丙烯树脂的混合物。
功能性涂层中成分与成分含量相互作用，具有成膜性能佳的优点，且涂层中添加陶瓷粉与铜粉，涂覆在金属基材表面的具有优异的导热性能，降低复合材料应用在制备高压开关柜中因高温导致的风险。同时涂层附着力强，能在金属基材表面形成一层保护膜，提高金属基材的综合性能。
在其中一个实施例中，所述功能性涂层的制备方法包括以下步骤：
将环氧树脂、聚氨酯树脂、固化剂以及增韧剂混合，并加热至75℃-95℃，搅拌1h-2h得到混合物A；
往混合物A中加入陶瓷粉、铜粉、石英硅、氧化镁混合球磨分散10h-12h，得到混合物B；
在搅拌的条件下往混合物B中加入成膜剂，并在超声的条件下混合10min-20min，静置30min-60min后得到混合物C；
将混合物C均匀涂覆至所述金属基材上，经过预固化以及后固化在所述金属基材的一侧形成功能性涂层。
在其中一个实施例中，所述金属涂层包括以下质量百分比的元素：Al 20％-35％、Zn 30％-40％、Si 1％-5％、Ni 2％-9％、Ti 10％-25％。
在其中一个实施例中，所述搅拌的速度为500r/min-2500r/min。
在其中一个实施例中，所述超声条件为：超声功率为420W-500W。
在其中一个实施例中，所述功能性涂层的涂覆的厚度为2mm-7mm。
在其中一个实施例中，所述镍基合金至少包括重量百分比为60％-75％的Ni，重量百分比小于0.01％的Fe。
在其中一个实施例中，所述预固化的条件为：常压，温度为95℃-120℃，时间为1h-2h。
在其中一个实施例中，所述后固化的条件为：压力为5Mpa-10Mpa，温度为125℃，时间为1h-3h。在其中一个实施例中，所述复合材料的制备方法包括以下步骤：
将所述镍基合金放置在熔炼室内，形成熔融状态的金属熔液，备用；
将制备金属涂层的材料放置熔炼室内，形成熔融状态的金属涂层熔液，备用；限定了金属涂层的材料的元素为Al、Zn、Si、Ni、Ti，其中，Al元素具有较佳的延展性，在潮湿空气中能形成一层防止金属腐蚀的氧化膜，并能与Ni元素形成AL-Ni活性金属相，具有优异的冲击反应活性；Zn元素具有六边形晶体结构，与Al元素、Ti元素作用，增加了金属涂层的延展性。总体上具有不易被腐蚀的特性，共用具有协同作用，有效提高复合材料的机械性能，金属涂层中的元素还能与镍基合金在接触面形成均匀的较细的晶粒分布层，有助于热量的散播，降低局部高温的风险。将金属溶液以及金属涂层溶液分别放置至具有相邻两个端口的涂覆室；
将一侧具有功能性涂层的金属基材放置在涂覆室内，并将无功能性涂层的一侧对准所述端口，在移动的过程中，熔融状态的金属溶液从其中一个端口均匀涂布在所述金属基材上；
将材料移出，用温度为350℃-650℃的流体冷却剂进行淬火，压制后，使得所述镍基合金与所述金属基材一体成型；
将所述镍基合金与所述金属基材一体成型的材料进行预热，再次放置在涂覆室内，并将具有镍基合金的一侧对准所述端口，在移动的过程中，熔融状态的金属涂层溶液从另一个端口均匀涂布；
将材料移出，用温度为350℃-550℃的流体冷却剂进行淬火，静置3h-5h，得到复合材料。
在其中一个实施例中，所述Al元素的添加原材料为纯铝，其具有优异的导热性能，抗大气腐朽性能好，因为其表面易形成致密的氧化铝膜，能阻止内部金属的进一步氧化，并能与Ni元素形成AL-Ni活性金属相，具有优异的冲击反应活性。
在其中一个实施例中，所述Zn元素的添加原材料为锌金属，其为活性金属，在潮湿的空气中锌表面生成致密的碱式碳酸盐[ZnCO3·3Zn(OH)2]薄膜，它可阻止锌的继续氧化，其作为金属涂层原材料，也具有一定的防腐蚀特性。
在其中一个实施例中，所述Si元素的添加原材料为晶体硅，其具有具有明显的金属光泽，具有耐高温的特性，与其它金属成分混合，有助于提高金属涂层整体的导热率。
在其中一个实施例中，所述Ni元素添加的原材料为镍金属，其为展性金属，具有强的抗腐蚀性能，其添加在其它的金属基体中，能起到增强金属基体抗腐蚀的作用。
在其中一个实施例中，所述Ti元素添加的原材料为钛金属，其机械强度大，容易加工，具有良好抗腐蚀性能，不受大气和环境的影响。
在其中一个实施例中，所述镍基合金的熔炼的温度为850℃-1200℃。
在其中一个实施例中，所述金属涂层的材料的熔炼的温度为750℃-1200℃。
在其中一个实施例中，所述压制的条件为：压力为250Mpa-450Mpa，温度为250℃-300℃，且压制至镍基合金的密度为2.5g/cm3-3.0g/cm3。
在其中一个实施例中，所述预热的温度为150℃-250℃，时间为10min-15min。
在其中一个实施例中，所述金属涂层的厚度为1mm-3mm。
下面将结合具体实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
实施例1：
一种复合材料，用于制备高压开关柜，所述复合材料包括金属基材、设置在所述金属基材一侧的第一材料层以及设置在所述金属基材另一侧的第二材料层，所述第一材料层涂覆在所述金属基材上，所述第二材料层与所述金属基材之间设置有与所述金属基材一体成型的过渡材料；
其中，所述第一材料层为功能性涂层，按照重量份计，所述功能性涂层包括以下组分：环氧树脂15份、聚氨酯树脂10份、陶瓷粉25份、铜粉20份、石英硅5份、氧化镁10份、甲基四氢苯酐1份、丁腈橡胶5份、成膜剂1份，且所述成膜剂为重量比为3:1的丙二醇丁醚和丙烯树脂的混合物；
所述第二材料层为金属涂层，所述金属涂层包括以下质量百分比的元素：Al21％、Zn 40％、Si 5％、Ni 9％、Ti 25％；
本实施例中，所述Al元素的添加原材料为纯铝，其具有优异的导热性能，抗大气腐朽性能好，因为其表面易形成致密的氧化铝膜，能阻止内部金属的进一步氧化，并能与Ni元素形成AL-Ni活性金属相，具有优异的冲击反应活性。所述Zn元素的添加原材料为锌金属，其为活性金属，在潮湿的空气中锌表面生成致密的碱式碳酸盐[ZnCO3·3Zn(OH)2]薄膜，它可阻止锌的继续氧化，其作为金属涂层原材料，也具有一定的防腐蚀特性。所述Si元素的添加原材料为晶体硅，其具有明显的金属光泽，具有耐高温的特性，与其它金属成分混合，有助于提高金属涂层整体的导热率。所述Ni元素添加的原材料为镍金属，其为展性金属，具有强的抗腐蚀性能，其添加在其它的金属基体中，能起到增强金属基体抗腐蚀的作用。所述Ti元素添加的原材料为钛金属，其机械强度大，容易加工，具有良好抗腐蚀性能，不受大气和环境的影响。
所述过渡材料为镍基合金，所述镍基合金至少包括重量百分比为60％的Ni，重量百分比小于0.01％的Fe。
所述金属基材为铝合金材料。
所述功能性涂层的制备方法包括以下步骤：
将环氧树脂、聚氨酯树脂、固化剂以及增韧剂混合，并加热至75℃，在搅拌速度为500r/min的条件下搅拌1h得到混合物A；
往混合物A中加入陶瓷粉、铜粉、石英硅、氧化镁混合球磨分散10h，得到混合物B；
在搅拌的条件下往混合物B中加入成膜剂，并在超声功率为420W下混合10min，静置30min后得到混合物C；
将混合物C均匀涂覆至所述金属基材上，且涂覆的厚度为7mm，并在常压，温度为95℃的条件下预固化时间1h；后在压力为5Mpa，温度为125℃的条件下后固化1h在所述金属基材的一侧形成功能性涂层。
所述复合材料的制备方法包括以下步骤：
将所述镍基合金放置在熔炼室内，在850℃下形成熔融状态的金属熔液，备用；
将制备金属涂层的材料放置熔炼室内，在1200℃下形成熔融状态的金属涂层熔液，备用；
将金属溶液以及金属涂层溶液分别放置至具有相邻两个端口的涂覆室；
将一侧具有功能性涂层的金属基材放置在涂覆室内，并将无功能性涂层的一侧对准所述端口，在移动的过程中，熔融状态的金属溶液从其中一个端口均匀涂布在所述金属基材上；
将材料移出，用温度为350℃的流体冷却剂进行淬火，在压力为250Mpa，温度为250℃进行压制处理，且压制至镍基合金的密度为2.5g/cm3-3.0g/cm3，使得所述镍基合金与所述金属基材一体成型；
将所述镍基合金与所述金属基材一体成型的材料在150℃下进行预热10min，再次放置在涂覆室内，并将具有镍基合金的一侧对准所述端口，在移动的过程中，熔融状态的金属涂层溶液从另一个端口均匀涂布，且涂布的厚度为1mm；
将材料移出，用温度为350℃的流体冷却剂进行淬火，静置3h，得到复合材料。
实施例2：
一种复合材料，用于制备高压开关柜，所述复合材料包括金属基材、设置在所述金属基材一侧的第一材料层以及设置在所述金属基材另一侧的第二材料层，所述第一材料层涂覆在所述金属基材上，所述第二材料层与所述金属基材之间设置有与所述金属基材一体成型的过渡材料；
其中，所述第一材料层为功能性涂层，按照重量份计，所述功能性涂层包括以下组分：环氧树脂30份、聚氨酯树脂10份、陶瓷粉25份、铜粉14份、石英硅14份、氧化镁10份、甲基四氢苯酐3份、丁腈橡胶5份、成膜剂8份，且所述成膜剂为重量比为3:1的丙二醇丁醚和丙烯树脂的混合物；
所述第二材料层为金属涂层，所述金属涂层包括以下质量百分比的元素：Al35％、Zn 38％、Si 1％、Ni 2％、Ti 24％；
本实施例中，所述Al元素的添加原材料为纯铝，其具有优异的导热性能，抗大气腐朽性能好，因为其表面易形成致密的氧化铝膜，能阻止内部金属的进一步氧化，并能与Ni元素形成AL-Ni活性金属相，具有优异的冲击反应活性。所述Zn元素的添加原材料为锌金属，其为活性金属，在潮湿的空气中锌表面生成致密的碱式碳酸盐[ZnCO3·3Zn(OH)2]薄膜，它可阻止锌的继续氧化，其作为金属涂层原材料，也具有一定的防腐蚀特性。所述Si元素的添加原材料为晶体硅，其具有明显的金属光泽，具有耐高温的特性，与其它金属成分混合，有助于提高金属涂层整体的导热率。所述Ni元素添加的原材料为镍金属，其为展性金属，具有强的抗腐蚀性能，其添加在其它的金属基体中，能起到增强金属基体抗腐蚀的作用。所述Ti元素添加的原材料为钛金属，其机械强度大，容易加工，具有良好抗腐蚀性能，不受大气和环境的影响。
所述过渡材料为镍基合金，所述镍基合金至少包括重量百分比为75％的Ni，重量百分比小于0.01％的Fe。
所述金属基材为铝合金材料。
所述功能性涂层的制备方法包括以下步骤：
将环氧树脂、聚氨酯树脂、固化剂以及增韧剂混合，并加热至95℃，在搅拌速度为2500r/min的条件下搅拌2h得到混合物A；
往混合物A中加入陶瓷粉、铜粉、石英硅、氧化镁混合球磨分散12h，得到混合物B；
在搅拌的条件下往混合物B中加入成膜剂，并在超声功率为500W下混合20min，静置60min后得到混合物C；
将混合物C均匀涂覆至所述金属基材上，且涂覆的厚度为7mm，并在常压，温度为120℃的条件下预固化时间1h-2h；后在压力为10Mpa，温度为125℃的条件下后固化2h在所述金属基材的一侧形成功能性涂层。
所述复合材料的制备方法包括以下步骤：
将所述镍基合金放置在熔炼室内，在1200℃下形成熔融状态的金属熔液，备用；
将制备金属涂层的材料放置熔炼室内，在1200℃下形成熔融状态的金属涂层熔液，备用；
将金属溶液以及金属涂层溶液分别放置至具有相邻两个端口的涂覆室；
将一侧具有功能性涂层的金属基材放置在涂覆室内，并将无功能性涂层的一侧对准所述端口，在移动的过程中，熔融状态的金属溶液从其中一个端口均匀涂布在所述金属基材上；
将材料移出，用温度为650℃的流体冷却剂进行淬火，在压力为450Mpa，温度为300℃进行压制处理，且压制至镍基合金的密度为2.5g/cm3-3.0g/cm3，使得所述镍基合金与所述金属基材一体成型；
将所述镍基合金与所述金属基材一体成型的材料在250℃下进行预热15min，再次放置在涂覆室内，并将具有镍基合金的一侧对准所述端口，在移动的过程中，熔融状态的金属涂层溶液从另一个端口均匀涂布，涂布的厚度为3mm；
将材料移出，用温度为350℃-550℃的流体冷却剂进行淬火，静置5h，得到复合材料。
实施例3：
一种复合材料，用于制备高压开关柜，所述复合材料包括金属基材、设置在所述金属基材一侧的第一材料层以及设置在所述金属基材另一侧的第二材料层，所述第一材料层涂覆在所述金属基材上，所述第二材料层与所述金属基材之间设置有与所述金属基材一体成型的过渡材料；
其中，所述第一材料层为功能性涂层，按照重量份计，所述功能性涂层包括以下组分：环氧树脂25份、聚氨酯树脂12份、陶瓷粉20份、铜粉16份、石英硅10份、氧化镁7份、甲基四氢苯酐2份、丁腈橡胶3份、成膜剂5份，且所述成膜剂为重量比为3:1的丙二醇丁醚和丙烯树脂的混合物；
所述第二材料层为金属涂层，所述金属涂层包括以下质量百分比的元素：Al30％、Zn 38％、Si 4％、Ni 6％、Ti 22％；
本实施例中，所述Al元素的添加原材料为纯铝，其具有优异的导热性能，抗大气腐朽性能好，因为其表面易形成致密的氧化铝膜，能阻止内部金属的进一步氧化，并能与Ni元素形成AL-Ni活性金属相，具有优异的冲击反应活性。所述Zn元素的添加原材料为锌金属，其为活性金属，在潮湿的空气中锌表面生成致密的碱式碳酸盐[ZnCO3·3Zn(OH)2]薄膜，它可阻止锌的继续氧化，其作为金属涂层原材料，也具有一定的防腐蚀特性。所述Si元素的添加原材料为晶体硅，其具有明显的金属光泽，具有耐高温的特性，与其它金属成分混合，有助于提高金属涂层整体的导热率。所述Ni元素添加的原材料为镍金属，其为展性金属，具有强的抗腐蚀性能，其添加在其它的金属基体中，能起到增强金属基体抗腐蚀的作用。所述Ti元素添加的原材料为钛金属，其机械强度大，容易加工，具有良好抗腐蚀性能，不受大气和环境的影响。
所述过渡材料为镍基合金，所述镍基合金至少包括重量百分比为65％的Ni，重量百分比小于0.01％的Fe。
所述金属基材为铝合金材料。
所述功能性涂层的制备方法包括以下步骤：
将环氧树脂、聚氨酯树脂、固化剂以及增韧剂混合，并加热至80℃，在搅拌速度为1000r/min的条件下搅拌2h得到混合物A；
往混合物A中加入陶瓷粉、铜粉、石英硅、氧化镁混合球磨分散11h，得到混合物B；
在搅拌的条件下往混合物B中加入成膜剂，并在超声功率为450W下混合15min，静置40min后得到混合物C；
将混合物C均匀涂覆至所述金属基材上，且涂覆的厚度为5mm，并在常压，温度为105℃的条件下预固化时间2h；后在压力为6Mpa，温度为125℃的条件下后固化2h在所述金属基材的一侧形成功能性涂层。
所述复合材料的制备方法包括以下步骤：
将所述镍基合金放置在熔炼室内，在950℃下形成熔融状态的金属熔液，备用；
将制备金属涂层的材料放置熔炼室内，在1100℃下形成熔融状态的金属涂层熔液，备用；
将金属溶液以及金属涂层溶液分别放置至具有相邻两个端口的涂覆室；
将一侧具有功能性涂层的金属基材放置在涂覆室内，并将无功能性涂层的一侧对准所述端口，在移动的过程中，熔融状态的金属溶液从其中一个端口均匀涂布在所述金属基材上；
将材料移出，用温度为450℃的流体冷却剂进行淬火，在压力为300Mpa，温度为260℃进行压制处理，且压制至镍基合金的密度为2.5g/cm3-3.0g/cm3，使得所述镍基合金与所述金属基材一体成型；
将所述镍基合金与所述金属基材一体成型的材料在220℃下进行预热12min，再次放置在涂覆室内，并将具有镍基合金的一侧对准所述端口，在移动的过程中，熔融状态的金属涂层溶液从另一个端口均匀涂布，涂布的厚度为2mm；
将材料移出，用温度为420℃的流体冷却剂进行淬火，静置4h，得到复合材料。
实施例4：
一种复合材料，用于制备高压开关柜，所述复合材料包括金属基材、设置在所述金属基材一侧的第一材料层以及设置在所述金属基材另一侧的第二材料层，所述第一材料层涂覆在所述金属基材上，所述第二材料层与所述金属基材之间设置有与所述金属基材一体成型的过渡材料；
其中，所述第一材料层为功能性涂层，按照重量份计，所述功能性涂层包括以下组分：环氧树脂16份、聚氨酯树脂12份、陶瓷粉20份、铜粉18份、石英硅12份、氧化镁8份、甲基四氢苯酐2份、丁腈橡胶3份、成膜剂7份，且所述成膜剂为重量比为3:1的丙二醇丁醚和丙烯树脂的混合物；
所述第二材料层为金属涂层，所述金属涂层包括以下质量百分比的元素：Al32％、Zn 35％、Si 4％、Ni 7％、Ti 22％；
本实施例中，所述Al元素的添加原材料为纯铝，其具有优异的导热性能，抗大气腐朽性能好，因为其表面易形成致密的氧化铝膜，能阻止内部金属的进一步氧化，并能与Ni元素形成AL-Ni活性金属相，具有优异的冲击反应活性。所述Zn元素的添加原材料为锌金属，其为活性金属，在潮湿的空气中锌表面生成致密的碱式碳酸盐[ZnCO3·3Zn(OH)2]薄膜，它可阻止锌的继续氧化，其作为金属涂层原材料，也具有一定的防腐蚀特性。所述Si元素的添加原材料为晶体硅，其具有明显的金属光泽，具有耐高温的特性，与其它金属成分混合，有助于提高金属涂层整体的导热率。所述Ni元素添加的原材料为镍金属，其为展性金属，具有强的抗腐蚀性能，其添加在其它的金属基体中，能起到增强金属基体抗腐蚀的作用。所述Ti元素添加的原材料为钛金属，其机械强度大，容易加工，具有良好抗腐蚀性能，不受大气和环境的影响。
所述过渡材料为镍基合金，所述镍基合金至少包括重量百分比为72％的Ni，重量百分比小于0.01％的Fe。
所述金属基材为铝合金材料。
所述功能性涂层的制备方法包括以下步骤：
将环氧树脂、聚氨酯树脂、固化剂以及增韧剂混合，并加热至90℃，在搅拌速度为2200r/min的条件下搅拌2h得到混合物A；
往混合物A中加入陶瓷粉、铜粉、石英硅、氧化镁混合球磨分散11h，得到混合物B；
在搅拌的条件下往混合物B中加入成膜剂，并在超声功率为480W下混合15min，静置40min后得到混合物C；
将混合物C均匀涂覆至所述金属基材上，且涂覆的厚度为5mm，并在常压，温度为110℃的条件下预固化时间2h；后在压力为8Mpa，温度为125℃的条件下后固化2h在所述金属基材的一侧形成功能性涂层。
所述复合材料的制备方法包括以下步骤：
将所述镍基合金放置在熔炼室内，在1000℃下形成熔融状态的金属熔液，备用；
将制备金属涂层的材料放置熔炼室内，在950℃下形成熔融状态的金属涂层熔液，备用；
将金属溶液以及金属涂层溶液分别放置至具有相邻两个端口的涂覆室；
将一侧具有功能性涂层的金属基材放置在涂覆室内，并将无功能性涂层的一侧对准所述端口，在移动的过程中，熔融状态的金属溶液从其中一个端口均匀涂布在所述金属基材上；
将材料移出，用温度为620℃的流体冷却剂进行淬火，在压力为440Mpa，温度为280℃进行压制处理，且压制至镍基合金的密度为2.5g/cm3-3.0g/cm3，使得所述镍基合金与所述金属基材一体成型；
将所述镍基合金与所述金属基材一体成型的材料在240℃下进行预热13min，再次放置在涂覆室内，并将具有镍基合金的一侧对准所述端口，在移动的过程中，熔融状态的金属涂层溶液从另一个端口均匀涂布，涂布的厚度为1mm；
将材料移出，用温度为520℃的流体冷却剂进行淬火，静置4h，得到复合材料。
对比例1：
一种复合材料的制备方法如下：
按照重量份计，将以下功能性涂层的组分进行配料：环氧树脂25份、聚氨酯树脂12份、陶瓷粉20份、铜粉16份、石英硅10份、氧化镁7份、甲基四氢苯酐2份、丁腈橡胶3份、成膜剂5份，且所述成膜剂为重量比为3:1的丙二醇丁醚和丙烯树脂的混合物。
本对比例中选择与实施例3中相同的铝合金材料作为金属基材。
将环氧树脂、聚氨酯树脂、固化剂以及增韧剂混合，并加热至80℃，在搅拌速度为1000r/min的条件下搅拌2h得到混合物A；
往混合物A中加入陶瓷粉、铜粉、石英硅、氧化镁混合球磨分散11h，得到混合物B；
在搅拌的条件下往混合物B中加入成膜剂，并在超声功率为450W下混合15min，静置40min后得到混合物C；
将混合物C均匀涂覆至所述金属基材上，且涂覆的厚度为5mm，并在常压，温度为105℃的条件下预固化时间2h；后在压力为6Mpa，温度为125℃的条件下后固化2h在所述金属基材的一侧形成功能性涂层。
对比例2：
一种复合材料的制备方法如下：
选择金属涂层材料，所述金属涂层包括以下质量百分比的元素：Al30％、Zn 38％、Si 4％、Ni 6％、Ti 22％；
选取过渡材料为镍基合金，所述镍基合金至少包括重量百分比为65％的Ni，重量百分比小于0.01％的Fe；
选取与实施例3中相同的铝合金材料作为金属基材；
将所述镍基合金放置在熔炼室内，在950℃下形成熔融状态的金属熔液，备用；
将制备金属涂层的材料放置熔炼室内，在1100℃下形成熔融状态的金属涂层熔液，备用；
将金属溶液以及金属涂层溶液分别放置至具有相邻两个端口的涂覆室；
将金属基材放置在涂覆室内，在移动的过程中，熔融状态的金属溶液从其中一个端口均匀涂布在所述金属基材上；
将材料移出，用温度为450℃的流体冷却剂进行淬火，在压力为300Mpa，温度为260℃进行压制处理，且压制至镍基合金的密度为2.5g/cm3-3.0g/cm3，使得所述镍基合金与所述金属基材一体成型；
将所述镍基合金与所述金属基材一体成型的材料在220℃下进行预热12min，再次放置在涂覆室内，并将具有镍基合金的一侧对准所述端口，在移动的过程中，熔融状态的金属涂层溶液从另一个端口均匀涂布，涂布的厚度为2mm；
将材料移出，用温度为420℃的流体冷却剂进行淬火，静置4h，得到复合材料。
对比例3：
一种复合材料的制备方法如下：
选择金属涂层材料，所述金属涂层包括以下质量百分比的元素：Al30％、Zn 38％、Si 4％、Ni 6％、Ti 22％；
选择与实施例3中相同的铝合金材料作为金属基材；
将制备金属涂层的材料放置熔炼室内，在1100℃下形成熔融状态的金属涂层熔液，备用；
将金属涂层溶液放置至具有端口的涂覆室；
将金属基材在220℃下进行预热12min，放置在涂覆室内，在移动的过程中，熔融状态的金属涂层溶液从端口均匀涂布，涂布的厚度为2mm；
将材料移出，用温度为420℃的流体冷却剂进行淬火，静置4h，得到复合材料。
对比例4：
与实施例3中相同的铝合金材料。
1)利用抗压性能检测仪对实施例1-4制备的复合材料、对比例1-3制备的复合材料以及对比例4中的铝合金材料进行抗压性能检测，结果如下表1所示。
表1：
Figure BDA0002703735120000191
Figure BDA0002703735120000201
由表1中的数据分析可知，实施例1-4中制备的复合材料均具有优异的抗压性能，且将对比例1与实施例3比较，对比例1中的复合材料只涂覆功能性涂层，对比例2中只涂布金属涂层，并具有一体成型的过渡材料，对比例3中无设置过渡材料，对比例4中未经处理的铝合金材料，由数据对比分析可知，方案中，设置金属涂层以及过渡材料均有助于提高金属基材的抗压性能。
2)对实施例1-4制备的复合材料、对比例1-3制备的复合材料以及对比例4中的铝合金材料进行拉伸测试和断面收缩率测试，拉伸测试参考GB/T 228，断面收缩率参考GB/T4161，结果如下表2所示。
表2：
Figure BDA0002703735120000202
由表2分析可知，实施例1-4中制备的复合材料伸长率大于11％，断面收缩率大于35％，说明其延展性能佳。而与实施例3相比，对比例1中的复合材料只涂覆功能性涂层，对比例2中只涂布金属涂层，并具有一体成型的过渡材料，对比例3中无设置过渡材料，对比例4中未经处理的铝合金材料，说明了金属涂层以及过渡材料有助于提高复合材料的综合性能。
3)对实施例1-4制备的复合材料、对比例1-3制备的复合材料以及对比例4中的铝合金材料进行冲击试验，参考GB/T 229、GB/T 1043、GB/T 1843，结果如下表3所示。
表3：
Figure BDA0002703735120000211
由表3中的数据分析可知，实施例1-4中制备的复合材料的冲击功大于46％，而对比例中的冲击功均比实施例的差，说明了本发明制备的复合材料具有优异的机械性能。
4)对实施例1-4制备的复合材料、对比例1-3制备的复合材料以及对比例4中的铝合金材料进行导热性能测试，参考ASTM D5470-12热导性电绝缘材料的热传输特性的标准试验方法，结果如下表4所示。
表4：
Figure BDA0002703735120000212
由表4中的数据分析可知，实施例中制备的复合材料具有优异的导热率，但与实施例3相比，对比例1中复合材料只涂覆了功能性材料，虽然其导热率比实施例1-4中的差，但是比对比例2-4中的导热率优异，说明了功能性涂层起到了主要的导热作用，金属涂层起到了辅助导热的作用。
5)对实施例1-4制备的复合材料、对比例1-3制备的复合材料以及对比例4中的铝合金材料进行防潮性能测试，参考标准为GB/T21529-2008，结果如下表5所示。
表5：
Figure BDA0002703735120000221
需要说明的是：上述测试是将复合材料放置在相同湿度环境下，放置50d后，取出称重。“优异”指的是复合材料重量无明显变化，复合材料的表面无明显变化；“一般”指的是复合材料的重量发生了轻微的变重，说明复合材料内部已经渗入水分，且复合材料的表面出现轻微锈蚀；“差”指的是复合材料的重量明显变重，且复合材料的表面明显有锈蚀。由表5可知：实施例中制备的复合材料的具有优异的防潮性能，而对比例中的材料的防潮性能均比实施例中的差。
另外，将实施例4中制备的复合材料应用在制备高压开关柜中，并作了相关的应用试验，制备的高压开关柜具有优异的导热性、耐击穿、耐腐蚀以及防潮性能。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种复合材料，用于制备高压开关柜，其特征在于，所述复合材料包括金属基材、设置在所述金属基材一侧的第一材料层以及设置在所述金属基材另一侧的第二材料层，所述第一材料层涂覆在所述金属基材上，所述第二材料层与所述金属基材之间设置有与所述金属基材一体成型的过渡材料；
其中，所述第一材料层为功能性涂层；
所述第二材料层为金属涂层；
所述过渡材料为镍基合金。
2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述金属基材为铝合金材料。
3.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，按照重量份计，所述功能性涂层包括以下组分：环氧树脂15份-30份、聚氨酯树脂10份-15份、陶瓷粉10份-25份、铜粉14份-20份、石英硅5份-14份、氧化镁3份-10份、固化剂1份-3份、增韧剂1份-5份、成膜剂1份-8份。
4.根据权利要求3所述的复合材料，其特征在于，所述功能性涂层的制备方法包括以下步骤：
将环氧树脂、聚氨酯树脂、固化剂以及增韧剂混合，并加热至75℃-95℃，搅拌1h-2h得到混合物A；
往混合物A中加入陶瓷粉、铜粉、石英硅、氧化镁混合球磨分散10h-12h，得到混合物B；
将混合物C均匀涂覆至所述金属基材上，经过预固化以及后固化在所述金属基材的一侧形成功能性涂层；
将混合物C均匀涂覆至所述金属基材上，经过预固化以及后固化得到一侧具有功能性涂层的金属基材。
5.根据权利要求4所述的复合材料，其特征在于，所述镍基合金至少包括重量百分比为60％-75％的Ni，重量百分比小于0.01％的Fe。
6.根据权利要求5所述的复合材料，其特征在于，所述金属涂层包括以下质量百分比的元素：Al 20％-35％、Zn 30％-40％、Si 1％-5％、Ni 2％-9％、Ti 10％-25％。
7.根据权利要求6所述的复合材料，其特征在于，所述复合材料的制备方法包括以下步骤：
将所述镍基合金放置在熔炼室内，形成熔融状态的金属熔液，备用；
将制备金属涂层的材料放置熔炼室内，形成熔融状态的金属涂层熔液，备用；
将金属溶液以及金属涂层溶液分别放置至具有相邻两个端口的涂覆室；
将一侧具有功能性涂层的金属基材放置在涂覆室内，并将无功能性涂层的一侧对准所述端口，在移动的过程中，熔融状态的金属溶液从其中一个端口均匀涂布在所述金属基材上；
将材料移出，用温度为350℃-650℃的流体冷却剂进行淬火，压制后，使得所述镍基合金与所述金属基材一体成型；
将所述镍基合金与所述金属基材一体成型的材料进行预热，再次放置在涂覆室内，并将具有镍基合金的一侧对准所述端口，在移动的过程中，熔融状态的金属涂层溶液从另一个端口均匀涂布；
将材料移出，用温度为350℃-550℃的流体冷却剂进行淬火，静置3h-5h，得到复合材料。
8.根据权利3所述的复合材料，其特征在于，所述固化剂为甲基四氢苯酐，沸点115℃-155℃，25℃时黏度40-80mPa·s，酐基含量≥40％。
9.根据权利4所述的复合材料，其特征在于，所述预固化的条件为：常压，温度为95℃-120℃，时间为1h-2h。
10.根据权利4所述的复合材料，其特征在于，所述后固化的条件为：压力为5Mpa-10Mpa，温度为125℃，时间为1h-3h。
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