CN104928672A - 电真空陶瓷管表面冷喷涂铝铜复合涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种电真空陶瓷管表面冷喷涂铝铜复合涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：①采用气雾方式分别制备铝粉和铜粉，并对进行筛分，得到粒度均在10μm至30μm范围内的两种粉末；②将铝合金基体表面用白刚玉砂对其表面进行喷砂粗化处理；再用丙酮进行超声清洗，吹干，去除表面杂质；③采用冷喷涂将前述的铝粉末喷涂于铝合金基体表面，获得铝涂层；④再以铝涂层作为基体，采用冷喷涂将前述铜粉末喷涂于铝涂层表面。本发明制备方法简单，所得涂层性能好，涂层结合强度高；本发明所制备的涂层可以有效解决后续电真空陶瓷管与铜金属的焊接问题。

Description

电真空陶瓷管表面冷喷涂铝铜复合涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种电真空陶瓷管表面金属化方法，属于表面加工与改性技术领域。
背景技术
电真空陶瓷管在当前的电力电子工业生产中应用非常广泛，如用作高频大功率电子管、电真空开关、X-光管等。这些陶瓷管壳具有机械强度高、绝缘性能好、高频损耗小、耐电强度高、耐高温、抗热震等一系列优点，如在真空开关管上基本取代了玻璃外壳成为首选外部绝缘介质，更为关键的是作为真空开关管的外壳能保证更高的气密性，为真空开关管的真空度及相关技术参数的稳定提供了重要保障。由于这些陶瓷管核心材料均由氧化铝陶瓷构成，在与其他金属件焊接时比较困难。
为了实现陶瓷与金属之间的焊接，需要在陶瓷的表面牢固地粘附一层金属膜，这一过程称为陶瓷的金属化。传统的电真空陶瓷管金属化是以钼、锰为主要原料，加入活化剂、粘结剂制成膏剂敷涂于电真空陶瓷管的两端面(称之为金属化层)，通过高温气氛炉烧结，实现金属化层与陶瓷管两端面的烧结。
然而这一工艺过程中会出现金属化层龟裂、金属化后瓷件表面釉水飞掉、瓷件有花斑、发灰，烧结金属化层起泡、掉粉、起皮，金属化层表面粘铝垫板或刚玉砂等缺陷。相关文献可以参考《江苏陶瓷》2000年第4期中孙栋所著的“电真空陶瓷管金属化生产中常见的缺陷分析”，该文献就出现的各种问题进行了分析，并提出了自己的建设性意见。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种涂层结合强度大的电真空陶瓷管表面冷喷涂铝铜复合涂层的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种电真空陶瓷管表面冷喷涂铝铜复合涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①采用气雾方式分别制备铝粉和铜粉，并对进行筛分，得到粒度均在10μm至30μm范围内的两种粉末；
②将氧化铝基体表面用白刚玉砂对其表面进行喷砂粗化处理；再用丙酮进行超声清洗，吹干，去除表面杂质；
③采用冷喷涂将前述的铝粉末喷涂于铝合金基体表面，获得铝涂层；
④再以铝涂层作为基体，采用冷喷涂将前述铜粉末喷涂于铝涂层表面，获得铝铜涂复合涂层。
作为优选，步骤②所述的冷喷涂条件如下：工作气体和送粉气体均为N2，工作气体压力为2.0MPa～3.0MPa，工作气体温度为400℃～600℃，喷涂距离为10mm～30mm，喷枪行走速度为100mm/s～400mm/s。
作为优选，步骤③所述的冷喷涂条件如下：工作气体和送粉气体均为N2，工作气体压力为2.0MPa～3.0MPa，工作气体温度为300℃～500℃，喷涂距离为10mm～30mm，喷枪行走速度为100mm/s～400mm/s。
作为优选，所述的铝铜涂复合涂层550μm～650μm。
作为优选，所述的铝铜涂复合涂层与氧化铝基体的结合强度的结合强度大于45MPa。
与现有技术相比，本发明的优点在于：为了增加铜涂层与氧化铝基体的结合强度，需要增加铝涂层作为中间层，即首先在氧化铝基体上喷涂铝涂层，再以铝涂层作为基体喷涂铜涂层，并结合冷喷涂工艺，可以有效解决上述在电真空陶瓷管氧化铝基体上制备金属化层所出现的诸多缺陷，同时可以大大增加铜涂层的结合强度。本发明制备方法简单，所得涂层性能好，涂层结合强度高；本发明所制备的涂层可以有效解决后续电真空陶瓷管与铜金属的焊接问题。
附图说明
图1为实施例1中铜粉末形貌的显微照片；
图2为实施例1中铝粉末形貌的显微照片；
图3为实施例1中涂层微观组织的显微照片；
图4为实施例1中带有复合涂层的氧化铝陶瓷宏观照片。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
(a)对通过气雾化方式所制备的铝粉和铜粉进行筛分，分别得到粒度在10μm至20μm范围内的两种粉末。这里的气雾化方式通过采用电极重熔气雾化装置实现。
(b)将铝合金基体表面用白刚玉砂对其表面进行喷砂粗化处理；再用丙酮进行超声清洗、吹干，去除其表面的油污等杂质。
(c)将(a)步骤所得到的纯铝粉末放入冷喷涂送粉器中进行喷涂，冷喷涂工艺为：工作气体和送粉气体均为N2，工作气体压力为2.0MPa，工作气体温度为600℃，喷涂距离为10mm，喷枪行走速度为100mm/s。
(d)清除送粉器中在(c)步骤中没有喷完的铝粉，再将(a)步骤所得到的纯铜粉末放入冷喷涂送粉器中进行喷涂。以(c)步骤所得到的铝涂层作为基体，采用冷喷涂将纯铜粉末喷涂其表面，冷喷涂工艺为：工作气体和送粉气体均为N2，工作气体压力为2.0MPa，工作气体温度为500℃，喷涂距离为10mm，喷枪行走速度为100mm/s。
本实施例中铝涂层平均厚度为290μm，铜涂层平均厚度为317μm，铝铜复合涂层厚度为607μm。
该实例制备的样品性能测试结果
实施例2：
(a)对通过气雾化方式所制备的铝粉和铜粉进行筛分，分别得到粒度在15μm至25μm范围内的两种粉末。
(b)将铝合金基体表面用白刚玉砂对其表面进行喷砂粗化处理；再用丙酮进行超声清洗、吹干，去除其表面的油污等杂质。
(c)将(a)步骤所得到的纯铝粉末放入冷喷涂送粉器中进行喷涂，冷喷涂工艺为：工作气体和送粉气体均为N2，工作气体压力为2.5MPa，工作气体温度为550℃，喷涂距离为15mm，喷枪行走速度为200mm/s。
(d)清除送粉器中在(c)步骤中没有喷完的铝粉，再将(a)步骤所得到的纯铜粉末放入冷喷涂送粉器中进行喷涂。以(c)步骤所得到的铝涂层作为基体，采用冷喷涂将纯铜粉末喷涂其表面，冷喷涂工艺为：工作气体和送粉气体均为N2，工作气体压力为2.5MPa，工作气体温度为450℃，喷涂距离为15mm，喷枪行走速度为200mm/s。
本实施例中铝涂层平均厚度为293μm，铜涂层平均厚度为301μm，铝铜复合涂层厚度为594μm。
该实例制备的样品性能测试结果
实施例3：
(a)对通过气雾化方式所制备的铝粉和铜粉进行筛分，分别得到粒度在15μm至30μm范围内的两种粉末。
(b)将铝合金基体表面用白刚玉砂对其表面进行喷砂粗化处理；再用丙酮进行超声清洗、吹干，去除其表面的油污等杂质。
(c)将(a)步骤所得到的纯铝粉末放入冷喷涂送粉器中进行喷涂，冷喷涂工艺为：工作气体和送粉气体均为N2，工作气体压力为2.8MPa，工作气体温度为500℃，喷涂距离为15mm，喷枪行走速度为300mm/s。
(d)清除送粉器中在(c)步骤中没有喷完的铝粉，再将(a)步骤所得到的纯铜粉末放入冷喷涂送粉器中进行喷涂。以(c)步骤所得到的铝涂层作为基体，采用冷喷涂将纯铜粉末喷涂其表面，冷喷涂工艺为：工作气体和送粉气体均为N2，工作气体压力为2.8MPa，工作气体温度为400℃，喷涂距离为20mm，喷枪行走速度为300mm/s。
本实施例中铝涂层平均厚度为315μm，铜涂层平均厚度为298μm，铝铜复合涂层厚度为613μm。
该实例制备的样品性能测试结果
实施例4：
(a)对通过气雾化方式所制备的铝粉和铜粉进行筛分，分别得到粒度在15μm至30μm范围内的两种粉末。
(b)将铝合金基体表面用白刚玉砂对其表面进行喷砂粗化处理；再用丙酮进行超声清洗、吹干，去除其表面的油污等杂质。
(c)将(a)步骤所得到的纯铝粉末放入冷喷涂送粉器中进行喷涂，冷喷涂工艺为：工作气体和送粉气体均为N2，工作气体压力为3.0MPa，工作气体温度为600℃，喷涂距离为40mm，喷枪行走速度为400mm/s。
(d)清除送粉器中在(c)步骤中没有喷完的铝粉，再将(a)步骤所得到的纯铜粉末放入冷喷涂送粉器中进行喷涂。以(c)步骤所得到的铝涂层作为基体，采用冷喷涂将纯铜粉末喷涂其表面，冷喷涂工艺为：工作气体和送粉气体均为N2，工作气体压力为3.0MPa，工作气体温度为300℃，喷涂距离为30mm，喷枪行走速度为400mm/s。
本实施例中铝涂层平均厚度为322μm，铜涂层平均厚度为302μm，铝铜复合涂层厚度为324μm。
该实例制备的样品性能测试结果

Claims (5)

1.一种电真空陶瓷管表面冷喷涂铝铜复合涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
①采用气雾方式分别制备铝粉和铜粉，并对进行筛分，得到粒度均在10μm至30μm范围内的两种粉末；
②将氧化铝基体表面用白刚玉砂对其表面进行喷砂粗化处理；再用丙酮进行超声清洗，吹干，去除表面杂质；
③采用冷喷涂将前述的铝粉末喷涂于铝合金基体表面，获得铝涂层；
④再以铝涂层作为基体，采用冷喷涂将前述铜粉末喷涂于铝涂层表面，获得铝铜涂复合涂层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤②所述的冷喷涂条件如下：工作气体和送粉气体均为N2，工作气体压力为2.0MPa～3.0MPa，工作气体温度为400℃～600℃，喷涂距离为10mm～30mm，喷枪行走速度为100mm/s～400mm/s。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于步骤③所述的冷喷涂条件如下：工作气体和送粉气体均为N2，工作气体压力为2.0MPa～3.0MPa，工作气体温度为300℃～500℃，喷涂距离为10mm～30mm，喷枪行走速度为100mm/s～400mm/s。
4.根据权利要求所述的制备方法，其特征在于所述的铝铜涂复合涂层550μm～650μm。
5.根据权利要求所述的制备方法，其特征在于所述的铝铜涂复合涂层与氧化铝基体的结合强度的结合强度大于45MPa。
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