CN111962074A - 金属加热体的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种金属加热体的制造方法，包括：提供一种铝制基材；对铝制基材进行阳极氧化处理，在铝制基材表面形成氧化铝薄膜；将纳米加热材料与部分氧化铝薄膜的氧化铝结合，形成包括氧化铝薄膜区、融合区和加热区的电热层；将银浆料丝网印刷烧结固定于电热层，形成银电极。通过上述制造方法制得的金属加热体结构稳定，可以在高低温冲击下，不容易脱落、龟裂，性能稳定。

Description

金属加热体的制造方法
技术领域
本发明涉及电加热领域，尤其涉及一种金属加热体的制造方法。
背景技术
一般的电加热产品有采用电阻丝加热方式或者膜加热方式。以电阻丝为加热方式的加热部件是用镁粉等密封填充于金属管内，通过加热管对流体进行加热。以膜加热方式的加热部件是将金属电阻膜印刷在加热部件上，在印刷金属电阻膜前需要先印刷一层绝缘层，金属电阻膜需要通过多次印刷烧结，多层印刷结构在多次冷热冲击后容易破裂剥离。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高低温冲击、且结构稳定的金属加热体的制造方法。
为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种金属加热体的制造方法，包括：
提供一种铝制基材；
对铝制基材进行阳极氧化处理，在铝制基材表面形成氧化铝薄膜；
将纳米加热材料与部分所述氧化铝薄膜的氧化铝结合，形成电热层，所述电热层包括氧化铝薄膜区、融合区和加热区；
将银浆料丝网印刷烧结固定于所述电热层，形成银电极。
对铝制基材进行阳极氧化处理前，需要对铝制基材进行预处理；所述预处理包括以下步骤：
清洗铝制基材；
在50±10℃环境下，将铝制基材置于氢氧化钠或氢氧化钾溶液中浸泡一定时间。
还包括活化处理，包括以下步骤：
将铝制基材从氢氧化钠或氢氧化钾溶液中取出，浸泡于硝酸、磷酸、硫酸、醋酸的酸性溶液中；
用水清洗浸泡后的铝制基材。
在进行阳极氧化处理时，将铝制基材浸泡在设定温度和设定浓度的酸溶液内，并通以设定密度的电流进行阳极氧化处理；
所述酸溶液为硫酸溶液或硫酸的混合溶液；
所述设定温度在10-50℃范围内；
所述电流的设定密度在0.5-2A/dm2范围内。
所述酸溶液包括硫酸和草酸的混合溶液，所述酸溶液中包括镍、铁金属盐；
阳极氧化后，需要对经过阳极氧化处理的铝制基材进行清洗，先用自来水冲洗铝制基材，再用PH＞6的自来水冲洗铝制基材，最后用PH＞5的纯水清洗铝制基材一次以上。
还包括以下步骤：
将形成有氧化铝薄膜的铝制基材加热至150-800℃；
将所述纳米加热材料通过真空蒸镀或气相沉积或离子溅射或等离子镀方式覆盖于所述氧化铝薄膜。
所述融合区厚度在0.1-10μm范围内，所述加热区厚度在1-20μm范围内，所述氧化铝薄膜区厚度在2-30μm范围内。
将银浆料丝网印刷烧结固定于电热层的固化和烧结温度为120-600℃。
还包括步骤：将绝缘材料通过丝网印刷烧结固定于所述电热层外侧，形成电绝缘层；将负温度系数电阻性能材料烧结固定于所述电绝缘层，形成烧结涂层。
所述纳米加热材料包括ZO金属氧化物纳米加热材料、In2O3金属氧化物纳米加热材料、ZnO金属氧化物纳米加热材料、LiO金属氧化物纳米加热材料、SnO2金属氧化物纳米加热材料、Ca2InO4金属氧化物纳米加热材料、石墨烯纳米加热材料、纳米银加热材料中的至少一种。
通过上述制造方法制得的金属加热体具有加热区、融合区和氧化铝薄膜区，氧化铝薄膜区、加热区、融合区形成一层结构，结构稳定，使其可以在高低温冲击下，不容易脱落、龟裂，性能稳定。
附图说明
图1为本发明金属加热体制造方法的步骤示意图；
图2为由本发明金属加热体制造方法制得的金属加热体的一种结构示意图。
具体实施方式
参照图1，金属加热体的制造方法，包括以下步骤：
提供一种铝制基材；铝制基材包括铝、铝合金材料，铝制基材包括铝管、铝板、铝片等形状。
对铝制基材进行阳极氧化处理，在铝制基材表面形成氧化铝薄膜；
将纳米加热材料和部分氧化铝薄膜的氧化铝结合，形成电热层，所述电热层包括氧化铝薄膜区、融合区和加热区；
将银浆料丝网印刷烧结固定于所述电热层，形成银电极。
通过对铝制基材进行阳极氧化形成氧化铝薄膜，氧化铝薄膜在铝制基材表面形成一层致密和连续不间断的薄膜，且氧化铝的硬度较高，将纳米加热材料与部分氧化铝薄膜的氧化铝结合时形成电热层，与纳米加热材料接触的氧化铝薄膜的氧化铝和纳米加热材料会形成融合区，使得氧化铝薄膜和纳米加热材料形成了一层电热层结构，电热层包括氧化铝薄膜区、融合区和加热区，使得金属加热体具有耐高低温冲击、结构稳定的性质。
另外，氧化铝薄膜区在金属加热体结构中还起着铝制基材与融合区、加热区之间的电绝缘作用，保证金属加热体的用电安全。
对铝制基材进行阳极氧化处理前，需要对铝制基材进行预处理；所述预处理包括以下步骤：
清洗铝制基材；可先用自来水清洗铝制基材表面附着杂质，然后用去离子水清洗，降低铝制基材表面残留的杂质对后续阳极氧化的影响。
对铝制基材进行碱蚀处理，如果铝制基材在外界环境中存放较久，铝制基材表面可能会有氧化物，所以在阳极氧化前需要先对其进行处理，将铝制基材金属面裸露出来。具体的，将铝制基材置于氢氧化钠或氢氧化钾溶液中浸泡一定时间。
例如，在50±10℃环境下，在氢氧化钠溶液中浸泡60秒。例如，在60±10℃环境下，在氢氧化钾溶液中浸泡50秒。
碱蚀处理后，用水清洗铝制基材，也可以先用自来水清洗，然后用去离子水进行二次冲洗。
在对罐体表面进行碱蚀处理后，合金材料中的某些物质比如铁、锰、铜、镁等不溶于碱，会残留在工件表面，形成一层灰黑色的疏松物质，影响后续工艺，需要去除，去除的方式可以采用手工擦除的方式，但是效率低、效果差，所以本方案中可以采用化学溶液法，可以使铝制基材表面呈现出具有金属光泽的结晶组织并使之充分活化，还可以与碱蚀后残余的碱液中和。
具体地，活化处理包括步骤：
将铝制基材在酸性溶液内浸泡预设时间；
具体的方案中，酸性溶液可以选用硝酸、硫酸、醋酸或磷酸等。
根据碱蚀处理后铝制基材表面的情况，可选用合适浓度的酸溶液及浸泡时长等。
浸泡后用自来水、去离子水清洗铝制基材。
具体的，先用自来水冲洗铝制基材，再用PH＞6的自来水冲洗铝制基材，最后用PH＞5的纯水清洗铝制基材一次以上。
阳极氧化处理后，铝制基材表面形成有氧化铝薄膜，将其加热至350-800℃，将纳米加热材料通过真空蒸镀或气相沉积或离子溅射或等离子镀方式与部分氧化铝薄膜的氧化铝结合，纳米加热材料例如为ZO金属氧化物纳米加热材料、In2O3金属氧化物纳米加热材料、ZnO金属氧化物纳米加热材料、LiO金属氧化物纳米加热材料、SnO2金属氧化物纳米加热材料、Ca2InO4金属氧化物纳米加热材料、石墨烯纳米加热材料、纳米银加热材料中的至少一种。
具体的，纳米加热材料例如包括ZO金属氧化物纳米加热材料、LiO金属氧化物纳米加热材料、ZnO金属氧化物纳米加热材料、In2O3金属氧化物纳米加热材料、SnO2金属氧化物纳米加热材料、Ca2InO4金属氧化物纳米加热材料、石墨烯纳米加热材料、纳米银加热材料中的两种以上。例如，ZO金属氧化物纳米加热材料和Ca2InO4金属氧化物纳米加热材料，ZnO金属氧化物纳米加热材料和In2O3金属氧化物纳米加热材料，ZO金属氧化物纳米加热材料和LiO金属氧化物纳米加热材料，SnO2金属氧化物纳米加热材料、Ca2InO4金属氧化物纳米加热材料和纳米银加热材料，SnO2金属氧化物纳米加热材料、Ca2InO4金属氧化物纳米加热材料和石墨烯纳米加热材料等。
通过纳米加热材料的沉积，将氧化铝薄膜形成为电热层，包括纳米加热材料与氧化铝融合的融合区，融合区隔离加热区和氧化铝薄膜区，融合区厚度在0.1-10μm范围内，加热区厚度在1-20μm范围内，氧化铝薄膜区厚度在2-30μm范围内。
将银浆料丝网印刷烧结固定于电热层的固化和烧结温度为120-600℃。银电极至少为两个，一个位于加热区一侧，并且与加热区电连接，另一个位于加热区另一侧，与加热区电连接。
进一步，将绝缘材料通过丝网印刷烧结固定于所述电热层外侧，形成电绝缘层。电绝缘层可用于阻隔加热区和外界环境，更利于保证用电安全。绝缘材料例如为非金属可烧结固化的玻璃体或者有机涂层材料。
将负温度系数电阻性能材料烧结固定于所述电绝缘层，形成烧结涂层，烧结涂层具有NTC性能，可以通过电阻的变化来测定基材和待加热流体的温度，实现一定程度的温度控制，用于确保金属加热体的温度测定，提升金属加热体的用电安全性。
通过上述金属加热体制造方法形成的金属加热体可以为管式结构、板式结构或片状结构。
参照图2，图2为通过上述制造方法得到的金属加热体的一种形式。金属加热体可应用于各种即热需求的加热场所。
需要说明的是：以上实施例仅用于说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，例如对“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等方向性的界定，尽管本说明书参照上述的实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本发明进行相互组合、修改或者等同替换，而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种金属加热体的制造方法，其特征在于，包括：
提供一种铝制基材；
对铝制基材进行阳极氧化处理，在铝制基材表面形成氧化铝薄膜；
将纳米加热材料与部分所述氧化铝薄膜的氧化铝结合，形成电热层，所述电热层包括氧化铝薄膜区、融合区和加热区；
将银浆料丝网印刷烧结固定于所述电热层，形成银电极。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，对铝制基材进行阳极氧化处理前，需要对铝制基材进行预处理；所述预处理包括以下步骤：
清洗铝制基材；
在50±10℃环境下，将铝制基材置于氢氧化钠或氢氧化钾溶液中浸泡一定时间。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，还包括活化处理，包括以下步骤：
将铝制基材从氢氧化钠或氢氧化钾溶液中取出，浸泡于硝酸、磷酸、硫酸、醋酸的酸性溶液中；
用水清洗浸泡后的铝制基材。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的制造方法，其特征在于，在进行阳极氧化处理时，将铝制基材浸泡在设定温度和设定浓度的酸溶液内，并通以设定密度的电流进行阳极氧化处理；
所述酸溶液为硫酸溶液或硫酸的混合溶液；
所述设定温度在10-50℃范围内；
所述电流的设定密度在0.5-2A/dm2范围内。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述酸溶液包括硫酸和草酸的混合溶液，所述酸溶液中包括镍、铁金属盐；
阳极氧化后，需要对经过阳极氧化处理的铝制基材进行清洗，先用自来水冲洗铝制基材，再用PH＞6的自来水冲洗铝制基材，最后用PH＞5的纯水清洗铝制基材一次以上。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的制造方法，其特征在于，
还包括以下步骤：
将形成有氧化铝薄膜的铝制基材加热至150-800℃；
将所述纳米加热材料通过真空蒸镀或气相沉积或离子溅射或等离子镀方式与部分所述氧化铝薄膜的氧化铝结合。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，
所述融合区具有纳米加热材料，所述融合区厚度在0.1-10μm范围内，所述加热区厚度在1-20μm范围内，所述氧化铝薄膜区厚度在2-30μm范围内。
8.根据权利要求1或2或3或5或7所述的制造方法，其特征在于，将银浆料丝网印刷烧结固定于电热层的固化和烧结温度为120-600℃。
9.根据权利要求1或2或3或5或7所述的制造方法，其特征在于，还包括步骤：将绝缘材料通过丝网印刷烧结固定于所述电热层外侧，形成电绝缘层；将负温度系数电阻性能材料烧结固定于所述电绝缘层，形成烧结涂层。
10.根据权利要求1或2或3或5或7所述的制造方法，其特征在于，所述纳米加热材料包括ZO金属氧化物纳米加热材料、In2O3金属氧化物纳米加热材料、ZnO金属氧化物纳米加热材料、LiO金属氧化物纳米加热材料、SnO2金属氧化物纳米加热材料、Ca2InO4金属氧化物纳米加热材料、石墨烯纳米加热材料、纳米银加热材料中的至少一种。
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