本发明专利技术公开一种三层型氧化铝-镁铝尖晶石复合绝缘涂层及涂覆方法。所述复合绝缘涂层为三层型结构，第一层为高纯氧化铝涂层（1），第二层为氧化铝-镁铝尖晶石混合粉体涂层（2），第三层为金属镍粘结层（3），所述金属镍粘结层（3）通过等离子喷涂设备喷涂在金属基材（4）即试样样件的表面上。该发明专利技术采用等离子喷涂方法，以平均粒径为45微米的高纯氧化铝和平均粒径40微米的镁铝尖晶石粉体（纯度99%）为喷涂粉体，造粒后涂覆三层型氧化铝-镁铝尖晶石复合绝缘涂层。本发明专利技术具有制备技术成熟、喷涂粉体易得、中间混合层中氧化铝与镁铝尖晶石成分易于调节、绝缘涂层厚度大和与基材结合性能好等优点，可耐瞬时万伏高电压的冲击。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种三层型氧化铝-镁铝尖晶石复合绝缘涂层及其制备方法，该绝缘涂层可耐万伏瞬时电压冲击，属于耐高压电工材料
技术介绍
氧化铝是一种具有优异的绝缘性能和较低的介质损耗的陶瓷材料。日常生活中，氧化铝陶瓷块体材料被广泛地用作高压输电塔的绝缘电瓷瓶、各种微电子产品的绝缘电子基板等。氧化铝绝缘材料的制备，块体材料通常通过烧结法制备，通过制浆、浇注成型、干燥，最后烧结得到；一些精度要求高的制品还需要进行后续的研磨，抛光。对于薄膜制品，由于氧化铝是一种高熔点的矿物，通常是用等离子喷涂技术制备。等离子喷涂技术是利用等离子火焰来加热融化高熔点的陶瓷喷涂粉体，这些粉体被载气带入温度高达10000K的等离子焰流中，加热至融化或半融化状态，并被高速喷打在经过表面喷砂、洁净的零件表面，粘附在零件表面。各熔滴之间依靠塑性变形相互搭接，从而形成层状涂层过程。涂层较致密并且粘结强度较高、表面可加工抛光，喷涂效率较高等优点被广泛应用，能够获得多种难熔陶瓷粉体的涂层。等离子喷涂的氧化铝涂层厚度常在几百微米至I毫米左右。其相组成主要是亚稳态的Y-相氧化铝和少量稳态α-相氧化铝，而Y-相氧化铝的介电常数和绝缘电阻比α-相氧化铝的大，有利于涂层的绝缘性能。目前，对于氧化铝薄膜，在用作绝缘材料时，常用在低压的工况条件，比如电子基板上，绝缘电压最高几十伏，甚至百伏，这大大限制了氧化铝绝缘薄膜在某些工业领域的应用。因此，探求和开发耐千伏以上，甚至万伏左右的氧化铝薄膜的制备技术是十分必要的。等离子喷涂氧化铝薄膜的另一个重要问题是氧化铝薄膜的厚度问题和基材的结合性问题。单一的氧化铝绝缘薄膜最高厚度虽然可以达到I毫米左右，但用作高压绝缘时，其和基材的结合性能由于厚度 增加后的应力问题而变坏，常用的厚度在500微米以下。因而，提高等离子喷涂氧化铝层的耐冲击厚度与结合性能就变得十分重要。
技术实现思路
为了克服现有技术等离子喷涂氧化铝绝缘涂层耐高电压冲击性能较差等不足，本专利技术提供一种，该专利技术克服了以往单一氧化铝涂层厚度增加后，应力变大等性能下降的问题，具有制备技术成熟、喷涂粉体易得、中间混合层中氧化铝与镁铝尖晶石成分易于调节、绝缘涂层厚度大和与基材结合性能好等特点。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是:一种三层型氧化铝-镁铝尖晶石复合绝缘涂层为三层型结构，第一层为高纯氧化铝喷涂涂层，第二层为氧化铝-镁铝尖晶石混合粉体喷涂涂层，第三层为金属镍粘结层，所述金属镍粘结层3通过等离子喷涂设备喷涂在金属基材。所述复合绝缘涂层所使用的粉体纯度为:氧化铝的纯度> 99.0% ;镁铝尖晶石的纯度99% ;所用高纯氧化铝粉体平均粒径为45微米，镁铝尖晶石粉体平均粒径为40微米。所述金属基材4即试样样件为钛合金、304L不锈钢和A3钢。一种三层型氧化铝-镁铝尖晶石复合绝缘涂层的涂覆方法，包括下述步骤: 步骤1:高纯氧化铝喷涂粉体的制备。用于制备本专利技术所述的三层型氧化铝-镁铝尖晶石复合绝缘涂层的氧化铝粉体，由电熔法制备。其氧化铝纯度应> 99.0% ;金属铁和镍等杂质含量总和应< 0.2%，其他杂质含量应< 0.5%，特别是不能含有金属银、金等高导电颗粒杂质。其次，所选用的高纯氧化铝粉体应为超细粉碎的粉体，喷涂前必须用200目不锈钢筛进行筛分处理，以清除较大颗粒和其他杂质，筛下料作为喷涂粉体。筛选后高纯氧化铝喷涂粉体的平均粒径应在45微米左右。为了获得良好的喷涂性能，所得的筛下料先用去离子水制成浆料，加入1% (体积比)聚乙烯醇粘结剂，0.5% (体积比)油酸分散剂，然后采用无锡富超喷雾干燥机械有限公司产的、产量为l(T50kg/每小时的离心干燥机，进行喷雾造粒。喷涂造粒后颗粒为球形，颗粒平均粒径在75微米左右。步骤2:氧化铝-镁铝尖晶石粉体制备。氧化铝与镁铝尖晶石混合粉体用的镁铝尖晶石喷涂粉体，采用烧结破碎法制备。制备的镁铝尖晶石粉体经超细破碎后，过200目不锈钢筛。筛下料平均粒径在40微米左右。镁铝尖晶石的纯度应>99%，其中金属杂质铁、钛、镍总量应< 0.08%，其他杂质应< 0.01%。不能含有高导电的金属银、金等物质。氧化铝和镁铝尖晶石的混合粉体，依据需要进行质量配比后，加入到球磨罐中，以玛瑙球为介质，去离子水为溶剂，1%体积比的聚乙烯醇为粘结剂，0.5%体积比的油酸为分散剂，混合24小时后，再用无锡富超喷雾干燥机械有限公司产的、产量为1(Γ50千克/每小时的离心干燥机，进行喷雾造粒。喷涂造粒后混合粉体的颗粒为球形，颗粒粒径在45-75微米之间(见图2)。步骤3:将 纯度> 99.0%的高纯度电熔氧化铝粉体、纯度99%的镁铝尖晶石粉体，喷涂前分别放置于箱式烘箱中烘干；烘干温度4(T80°C，烘干时间45飞O分钟； 步骤4:喷涂前对金属基材进行表面预处理，预处理步骤为:清洗、除油和喷砂；清洗采用蒸馏水；除油先采用汽油溶解，再用蒸馏水清洗、烘干；除油后的金属基材再进行喷砂，喷砂采用白刚玉砂砾，平均粒度20微米；喷砂时间5分钟；喷砂后的金属基材需要在45分钟内进行喷涂； 步骤5:预处理后的金属基材进行预热处理，喷涂时金属基材先用夹具固定在喷涂平台上直径25厘米的旋转转筒上，然后等离子喷枪点火后按预定喷涂参数和程序走两遍，一是验证程序设定是否合理，二是预热基材； 步骤6:以步骤I和步骤2、3所得高纯氧化铝造粒料、高纯氧化铝-镁铝尖晶石混合粉体造粒料为原料，利用大气等离子喷涂方法制备氧化铝-镁铝尖晶石复合绝缘涂层，其喷涂设备为:美国苏尔寿美科(Sulzer Metco)公司生产的大气等离子喷涂设备,使用瑞士ABB公司机械臂，喷枪为美国苏尔寿美科(Sulzer Metco )9MB Plasma Gun，送粉器为ZB-80型双筒送粉器；所述大气等离子喷涂设备以氩气为主气，氢气为辅气，并以氩气作为送粉气体；其中，控制主气流量为45 70slpm (slpm:每分钟标准立方升)，辅气的流量为12slpm ；送粉气体流量为3 4slpm ;送粉率为30克/分钟；喷涂过程中控制电流为54(Γ560安培，电压75 80伏；喷涂距离100毫米；金属镍粘结涂层的喷涂次数为10遍；氧化铝-镁铝尖晶石混合粉体涂层的喷涂次数为3(Γ80次，喷涂时间25 40分钟；高纯氧化铝涂层的喷涂次数为40 80遍； 步骤7:依据步骤6所得的三层型氧化铝-镁铝尖晶石复合绝缘涂层，其设计参数是:当瞬时冲击电压最大值为5000伏时，第一层高纯氧化铝涂层的厚度为300 400微米，喷涂次数在40飞0次；第二层氧化铝-镁铝尖晶石混合粉体喷涂涂层的厚度为240 ±30微米，喷涂次数在20 30次；氧化铝与镁铝尖晶石混合质量百分比为50:50、30:70或10:90 ;第三层金属镍粘结层的厚度为1(Γ20微米，喷涂次数10次即可； 当最大瞬时冲击电压为500(Γ7000伏时，第一层高纯氧化铝涂层的厚度> 450微米，喷涂次数5(Γ60次；第二层氧化铝-镁铝尖晶石混合粉体喷涂涂层的厚度> 300微米，喷涂次数3(Γ40次，氧化铝与镁铝尖晶石混合质量百分比为50:50或30:70 ;金属镍粘结层的厚度为10 20微米，喷涂次数1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种三层型氧化铝?镁铝尖晶石复合绝缘涂层，其特征是：所述复合绝缘涂层为三层型结构，第一层为高纯氧化铝喷涂涂层（1），第二层为氧化铝?镁铝尖晶石混合粉体喷涂涂层（2），第三层为金属镍粘结层（3），所述金属镍粘结层（3）通过等离子喷涂设备喷涂在金属基材（4）的表面上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：梁波，温银堂，王振春，杨英春，郭瑞，王文魁，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。