CN114107921A - 铜电极的镀膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于铜电极处理技术领域，具体涉及一种铜电极的镀膜方法。所述镀膜方法包括以下步骤：对铜电极酸洗后洗涤，随后将铜电极于真空下采用磁控溅射方式镀膜。经本发明的方法处理的铜电极，能够使膜与铜电极更好地结合，能够有效抑制直流或交流电场下对铜电极的电化学腐蚀，减少绝缘油中铜离子的浓度，进而减少绝缘纸上硫化亚铜沉积物的生成，并有效解决电气设备内填充的绝缘油的击穿电压明显降低的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于铜电极处理技术领域，具体涉及一种铜电极的镀膜方法。
背景技术
随着经济的快速发展和社会的不断进步，电力电缆作为电网的重要设备，其需求量急剧增加。其中，高压和超高压电缆所占比例也越来越高。目前，普遍通过提高电压等级，增加电缆截面进而提高线路载流量，从而提高输电容量。随着城市化电缆逐渐向地下电缆转型，电缆及其附件的运行安全关系着整个电力系统是否能够平稳安全地运行。电缆终端和接头是整个电缆体系中相对薄弱的环节。统计数据表明，电缆附件的故障率约占总故障的70％左右。电缆终端是高压电缆连接其他电力设备不可或缺的组件，主要包括瓷套终端、复合套终端、GIS终端、户外终端、户内终端等。这些电缆终端中，普遍填充有绝缘油，以提高电缆终端的绝缘性能。绝缘油的绝缘性能优劣对于终端的整体安全运行起着至关重要的作用(“高压电缆终端绝缘油老化特性的研究”，李上国，华北电力大学硕士学位论文，2011年，第1页第1段至第3段第8行)。
在电缆设备运行过程中，绝缘油主要发挥绝缘、冷却和灭弧等作用(“高压电缆终端绝缘油老化特性的研究”，李上国，华北电力大学硕士学位论文，2011年，第2页第4段第1-2行)。绝缘油的绝缘性能优异，可将带电部分隔离开来，从而有效预防短路情况的发生。其次，绝缘油是一种良好的散热剂，电缆设备运行过程中必然会产生大量的热量，绝缘油能够有效吸收所产生的热量，从而对电缆设备起到冷却作用。再者，电缆设备运行过程中，开关设备的开启会导致电弧的出现，绝缘油能够有效地熄灭消弧。绝缘油能够使电缆设备中的各种组件，如铁芯，线圈等，免受空气、水分的侵蚀而迅速变质，从而避免组件受潮或被锈蚀，一定程度上延长了组件的使用寿命，提高了电缆设备运行的安全稳定性(“变压器绝缘油化验技术分析及应用”，薛羽，四川水利，2017，38(6)，第38页左栏第1段第1-14行)。
一般而言，绝缘油应具备以下性能：(1)良好的氧化安定性：特殊的运行环境因素能够加速绝缘油的劣化和氧化，故而绝缘油应具备良好的氧化安定性；(2)良好的电气性能：其指标包括击穿电压、介质损耗因数、体积电阻率、析气性等；(3)高温安全性；(4)抗燃性能；(5)低温性能，绝缘油同时还起着冷却散热作用，故而绝缘油应具备良好的低温性能(“高压电缆终端绝缘油老化特性的研究”，李上国，华北电力大学硕士学位论文，2011年，第2页第3段第1-12行)。
按照来源来分，可将绝缘油分为矿物绝缘油、植物绝缘油、合成绝缘油和混合绝缘油。其中，矿物绝缘油具备优良的电气性能、理化性能和热工性能，且成本低廉，广泛应用于油浸式线缆终端设备中(“浅谈植物绝缘油变压器”，项阳，变压器，2014，,51(12)，第23页左栏第1段第1行至第2段第1行；“高压电缆终端绝缘油老化特性的研究”，李上国，华北电力大学硕士学位论文，2011年，第2页表1；“植物绝缘油研究现状”，刘光祺，钟力生，于钦学，李华强，绝缘材料，2012，,45(3)，第34页左栏第1段第1-3行)。
矿物绝缘油由石油经提炼精制而成，主要成分为烷烃、环烷烃、芳香烃等碳氢化合物，还含有硫、氧、氮等元素，其中硫元素含量约占总量的0.02％-1％左右(“矿物绝缘油中腐蚀性硫问题研究”，任双赞，钟力生，曹晓珑，绝缘材料，2010,43(3)，第69页右栏第1段第1-5行)。
然而，电气设备在运行过程中由于多种因素的综合方面，易在某些区域产生局部过热现象，该区域内的活性硫元素易与铜电极发生化学反应，生成导电性较强的硫化亚铜，并沉积于绝缘纸上。硫化亚铜的导电性远高于绝缘纸和绝缘油，这就意味着硫化亚铜的存在能够改变电气设备内部的电场分布，从而降低了绕组内线圈的绝缘强度，造成绝缘故障或局部放电故障。并且，绝缘油中还存在有部分非活性硫元素，这些硫元素易在放电、高温、过热等因素的综合作用下，转变为活性硫元素，进一步影响绝缘油的绝缘性能(“关于绝缘油中腐蚀性硫危害的探讨”，陶冶，华东科技：学术版，2014(011)，第224页第2段第1-5行；“矿物绝缘油中腐蚀性硫问题研究”，任双赞，钟力生，曹晓珑，绝缘材料，2010,43(3)，第69页右栏第1段第1-5行)。
现阶段，普遍通过对铜电极镀膜的方式来解决以上问题。
然而，现有的镀膜方法对铜电极存在较大损伤，导致设备内填充的绝缘油的击穿电压明显降低。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种铜电极的镀膜方法，以解决采用现有的镀膜方法对铜电极镀膜，对铜电极存在较大损伤，导致设备内填充的绝缘油的击穿电压明显降低的技术问题。
发明人为解决上述现有技术存在的采用现有的镀膜方法对铜电极镀膜，对铜电极存在较大损伤，导致设备内填充的绝缘油的击穿电压明显降低的技术问题进行深入研究，研究发现，对铜电极酸洗后洗涤，随后将铜电极于真空下采用磁控溅射方式镀膜，不会导致设备内填充的绝缘油的击穿电压明显降低。
故而，本发明的目的在于提供一种铜电极的镀膜方法，所述镀膜方法包括以下步骤：
对铜电极酸洗后洗涤，随后将铜电极于真空下采用磁控溅射方式镀膜。
所述溅射是指具有一定能量的粒子轰击固体表面，使得固体分子或原子离开固体从表面射出的现象。磁控溅射是在辉光放电的两级之间引入磁场，电子受电场加速作用的同时受到磁场的束缚作用，运动轨迹成摆线增加了电子和带电粒子及气体分子相碰撞的几率，提高了气体的离化率，降低了工作电压。而氩离子在高压电场作用下加速飞向阴极靶，并释放能量以使靶材表面的靶原子逸出靶材，飞向基板并沉积于基板上形成薄膜(“磁控溅射技术新进展及应用”，张继成，吴卫东，许华，唐晓红，材料导报，2004(04)，第56页第2段第1-12)。
本发明中，所述洗涤是指用超纯水洗涤5-10min。
为进一步解决设备内填充的绝缘油的击穿电压明显降低的问题，所述真空度为1*10-4-1*10-5Pa。
为进一步解决设备内填充的绝缘油的击穿电压明显降低的问题，所述真空度为4*10-5-8*10-5Pa。
为进一步解决设备内填充的绝缘油的击穿电压明显降低的问题，所述磁控溅射的温度为40-80℃，功率为100-150W，时间为2-4h，采用的惰性气体的流量为30-50sccm。
为进一步解决设备内填充的绝缘油的击穿电压明显降低的问题，所述磁控溅射的温度为50-70℃，功率为120-150W，时间为2.5-3.5h，采用的惰性气体的流量为35-45sccm。
为进一步解决设备内填充的绝缘油的击穿电压明显降低的问题，所述铜电极的镀膜方法，包括以下步骤：
对待镀膜的铜电极酸洗后用超纯水洗涤；随后采用磁控溅射方式对铜电极进行镀膜，其中，磁控溅射过程中，真空度为1*10-4-1*10-5Pa，温度为40-80℃，功率为100-150W，时间为2-4h，采用的惰性气体的流量为30-50sccm。
为进一步解决设备内填充的绝缘油的击穿电压明显降低的问题，所述铜电极的镀膜方法，包括以下步骤：
对待镀膜的铜电极酸洗后用超纯水洗涤；随后采用磁控溅射方式对铜电极进行镀膜，其中，磁控溅射过程中，真空度为4*10-5-8*10-5Pa，温度为50-70℃，功率为120-150W，时间为2.5-3.5h，采用的惰性气体的流量为35-45sccm。
本发明的有益效果在于：
经本发明的方法处理的铜电极，能够使膜与铜电极更好地结合，能够有效抑制直流或交流电场下铜电极的电化学腐蚀，减少绝缘油中铜离子的浓度，进而减少绝缘纸上硫化亚铜沉积物的生成，并有效解决电气设备内填充的绝缘油的击穿电压明显降低的技术问题。
本发明采用磁控溅射方法在铜电极上镀膜，对膜层损伤小。
本发明的方法能够有效抑制直流或交流电场下铜电极的电化学腐蚀，进而提高了铜电极的使用寿命。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明提供了一种铜电极的镀膜方法，所述镀膜方法包括以下步骤：
对铜电极酸洗后洗涤，随后将铜电极于真空下采用磁控溅射方式镀膜。
在本发明的另一个实施例中，所述真空度优选为1*10-4-1*10-5Pa，更优选为4*10-5-8*10-5Pa。
在本发明的另一个实施例中，所述磁控溅射的温度优选为40-80℃，更优选为50-70℃，功率优选为100-150W，更优选为120-150W，时间优选为2-4h，更优选为2.5-3.5h，采用的惰性气体的流量优选为30-50sccm，更优选为35-45sccm。
在本发明的另一个实施例中，所述铜电极的镀膜方法，包括以下步骤：
对待镀膜的铜电极酸洗后用超纯水洗涤；随后采用磁控溅射方式对铜电极进行镀膜，其中，磁控溅射过程中，真空度为1*10-4-1*10-5Pa，温度为40-80℃，功率为100-150W，时间为2-4h，采用的惰性气体的流量为30-50sccm。
在本发明的另一个实施例中，所述铜电极的镀膜方法，包括以下步骤：
对待镀膜的铜电极酸洗后用超纯水洗涤；随后采用磁控溅射方式对铜电极进行镀膜，其中，磁控溅射过程中，真空度为4*10-5-8*10-5Pa，温度为50-70℃，功率为120-150W，时间为2.5-3.5h，采用的惰性气体的流量为35-45sccm。
实施例1
铜电极的镀膜方法，具体步骤如下：
对待镀膜的铜电极用稀盐酸进行酸洗处理，酸洗后用超纯水冲洗8min；
接着将铜电极放入真空腔，确定基片位置，确定靶位置，关闭真空腔，抽成高真空状态，真空度为5*10-5Pa，打开加热控温电源，温度设置为50℃；
打开气路阀，通入氩气，氩气的气流量为45sccm，待流量稳定后打开离子源，并启动镀膜程序；
调节直流或射频电源到所需功率，功率为120W，开始镀膜，镀膜时间为3.5h；
镀膜完毕，关闭电源，关闭氩气阀门。
实施例2
铜电极的镀膜方法，具体步骤如下：
对待镀膜的铜电极用稀盐酸进行酸洗处理，酸洗后用超纯水冲洗10min；
接着将铜电极放入真空腔，确定基片位置，确定靶位置，关闭真空腔，抽成高真空状态，真空度为1*10-4Pa，打开加热控温电源，温度设置为80℃；
打开气路阀，通入氩气，氩气的气流量为35sccm，待流量稳定后打开离子源，并启动镀膜程序；
调节直流或射频电源到所需功率，功率为150W，开始镀膜，镀膜时间为2h；
镀膜完毕，关闭电源，关闭氩气阀门。
实施例3
铜电极的镀膜方法，具体步骤如下：
对待镀膜的铜电极用稀硫酸进行酸洗处理，酸洗后用超纯水冲洗5min；
接着将铜电极放入真空腔，确定基片位置，确定靶位置，关闭真空腔，抽成高真空状态，真空度为1*10-5Pa，打开加热控温电源，温度设置为70℃；
打开气路阀，通入氩气，氩气的气流量为50sccm，待流量稳定后打开离子源，并启动镀膜程序；
调节直流或射频电源到所需功率，功率为100W，开始镀膜，镀膜时间为4h；
镀膜完毕，关闭电源，关闭氩气阀门。
实施例4
铜电极的镀膜方法，具体步骤如下：
对待镀膜的铜电极用稀盐酸进行酸洗处理，酸洗后用超纯水冲洗5-10min；
接着将铜电极放入真空腔，确定基片位置，确定靶位置，关闭真空腔，抽成高真空状态，真空度为8*10-5Pa，打开加热控温电源，温度设置为40℃；
打开气路阀，通入氩气，氩气的气流量为30sccm，待流量稳定后打开离子源，并启动镀膜程序；
调节直流或射频电源到所需功率，功率为130W，开始镀膜，镀膜时间为2.5；
镀膜完毕，关闭电源，关闭氩气阀门。
性能检测
将实施例1-4镀膜前后的电极分别置于填充有矿物绝缘油的变压器内，变压器运行48h后，按照《GB/T 507-2002绝缘油击穿电压测定法》检测变压器内绝缘油的击穿电压，结果如表1所示。
表1性能检测结果
由表1可知，与未镀膜的铜电极组别相比，经实施例1-4的方法镀膜处理的铜电极组别的变压器内的绝缘油的击穿电压得到了显著提高。
由此表明，经本发明的方法处理的铜电极，能够使膜与铜电极更好地结合，能够有效抑制直流或交流电场下铜电极的电化学腐蚀，减少绝缘油中铜离子的浓度，进而减少绝缘纸上硫化亚铜沉积物的生成，并有效解决电气设备内填充的绝缘油的击穿电压明显降低的技术问题。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (5)
1.铜电极的镀膜方法，其特征在于，包括以下步骤：对铜电极酸洗后洗涤，随后将铜电极于真空下采用磁控溅射方式镀膜。
2.根据权利要求1所述的镀膜方法，其特征在于，所述真空度为1*10-4-1*10-5Pa。
3.根据权利要求1或2所述的镀膜方法，其特征在于，所述磁控溅射的温度为40-80℃，功率为100-150W，时间为2-4h，采用的惰性气体的流量为30-50sccm。
4.根据权利要求1-3任一项所述铜电极的镀膜方法，其特征在于，包括以下步骤：对待镀膜的铜电极酸洗后用超纯水洗涤；随后采用磁控溅射方式对铜电极进行镀膜，其中，磁控溅射过程中，真空度为1*10-4-1*10-5Pa，温度为40-80℃，功率为100-150W，时间为2-4h，采用的惰性气体的流量为30-50sccm。
5.根据权利要求4所述的镀膜方法，其特征在于，包括以下步骤：对待镀膜的铜电极酸洗后用超纯水洗涤；随后采用磁控溅射方式对铜电极进行镀膜，其中，磁控溅射过程中，真空度为4*10-5-8*10-5Pa，温度为50-70℃，功率为120-150W，时间为2.5-3.5h，采用的惰性气体的流量为35-45sccm。
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