一種金屬防護(hù)鍍膜的新工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及金屬防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用大氣壓等離子體鍍膜技術(shù)制備金屬防護(hù)層的新工藝。
【背景技術(shù)】
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[0002]在電力行業(yè)中，變電站的母線多采用銅排或鍍銀銅排，少量使用鋁排，其表面絕緣廣泛使用熱縮套管進(jìn)行防護(hù)，其中熱縮套管已經(jīng)有了 20多年的應(yīng)用歷史。但是隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，電力設(shè)備容量日趨增大，并且長期高負(fù)荷運(yùn)行，加上外界環(huán)境的持續(xù)惡化，原有的熱縮套管金屬外絕緣防護(hù)設(shè)計(jì)已經(jīng)不能滿足長期安全運(yùn)行的需要。所以，研究一種性能穩(wěn)定，使用壽命長的金屬防護(hù)技術(shù)來替代熱縮套管的使用，對于變電站以及整個電力電工系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行都是至關(guān)重要的。
[0003]等離子體化學(xué)氣相沉積(PCVD)是借助于氣體輝光放電產(chǎn)生的低溫等離子體來增強(qiáng)反應(yīng)物質(zhì)的活化性，促使氣體間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而能在較低的溫度條件下沉積出所需的涂層。由于大氣壓等離子體射流技術(shù)作為大氣壓條件下通過放電能夠在開放的空間、而不是在間隙內(nèi)產(chǎn)生了非平衡等離子體，從而避免了復(fù)雜且昂貴的真空系統(tǒng)，使得它的應(yīng)用成本大大降低，這就使得許多應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)成為可能。
[0004]大氣壓等離子體射流(APPJ)在實(shí)現(xiàn)放電區(qū)域和工作區(qū)域分離的同時(shí)，又能保證大部分活性物種和載能帶電粒子能夠輸運(yùn)到所處理的物體表面，具有較強(qiáng)的處理靈活性和效率，無論在材料加工和改性等應(yīng)用領(lǐng)域，還是在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域，大氣壓等離子體射流都具有更廣泛的應(yīng)用前景。
[0005]等離子體鍍膜技術(shù)是當(dāng)今科研領(lǐng)域新起的一種鍍膜工藝。等離子體鍍膜絕大多數(shù)都是在真空環(huán)境下完成，但是面對電力系統(tǒng)中大批量的工業(yè)生產(chǎn)及在線鍍膜的需求，昂貴的抽真空系統(tǒng)就表現(xiàn)出費(fèi)用高、不能現(xiàn)場使用等弊端。而大氣壓等離子體鍍膜技術(shù)恰好彌補(bǔ)了這一缺憾，得到廣泛研究。利用等離子體技術(shù)可以沉積各種具有特殊性能的薄膜，氧化硅薄膜就是其中最常見的一種。氧化硅薄膜硬度高、阻隔性好且具有良好的絕緣和抗腐蝕性能。在金屬材料防護(hù)中，氧化硅薄膜也表現(xiàn)出很大的優(yōu)越性。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0006]本發(fā)明要解決的問題是:進(jìn)一步提升電力系統(tǒng)中金屬材料，尤其是銅、鋁等導(dǎo)體的抗銹蝕性能。為了解決該問題，我們采用大氣壓等離子體射流的方法在導(dǎo)電金屬表面沉積一層厚度和接觸角均可調(diào)的氧化硅薄膜，具體技術(shù)方案如下，一種利用大氣壓等離子體鍍膜技術(shù)制備導(dǎo)電金屬防護(hù)層的新工藝，包括以下步驟:
[0007]a、準(zhǔn)備基片
[0008]首先對導(dǎo)電金屬材料進(jìn)行拋光，采用砂紙依次打磨后，再用金剛石研磨膏進(jìn)行表面拋光，以去除打磨留下的劃痕；然后依次用有機(jī)溶劑和去離子水進(jìn)行超聲清洗各lOmin，以去除表面殘留的顆粒物及雜質(zhì)，直至導(dǎo)電材料表面潔凈，然后用氮?dú)獯蹈伞?br>[0009]b、涂覆薄膜
[0010]選取適當(dāng)?shù)腻兡C(jī)，接通電源預(yù)熱一段時(shí)間后，通入單體和放電氣體，鍍膜機(jī)產(chǎn)生等離子體，根據(jù)材料形狀的不同調(diào)節(jié)氣體流量，在1個大氣壓或接近大氣壓的環(huán)境下，向準(zhǔn)備好的導(dǎo)電金屬材料上涂覆所需厚度的薄膜，涂覆過程中通過調(diào)節(jié)放電氣體流量和鍍膜機(jī)的運(yùn)動方式可以得到不同厚度和接觸角的薄膜；
[0011]c、薄膜沉積
[0012]在導(dǎo)電材料上涂覆薄膜后，關(guān)閉鍍膜機(jī)及單體和氣體，放置15min，到薄膜沉積，完成制模過程。上述涂覆過程所鍍的薄膜為氧化硅薄膜。
[0013]上述方法中，步驟a中所述導(dǎo)電金屬為銅或鋁，包括黃銅和紫銅；所述有機(jī)溶劑為:丙酮、無水乙醇、無水甲醇、乙酸乙酯。
[0014]步驟b中所述鍍膜機(jī)為臺式鍍膜機(jī)或手持式鍍膜機(jī)，電源功率均不低于1000瓦，鍍膜機(jī)預(yù)熱時(shí)間為l_20min ;所述單體為硅烷，尤其是四甲基硅烷、六甲基二硅氧烷和八甲基硅烷；所述載氣為氬氣或氦氣，載氣的通量控制在0.020?0.070L/min,;所述放電氣體為氮?dú)饣蚩諝?，放電氣體的通量控制在7?15L/min，；所述鍍膜機(jī)的噴涂部位為射流槍，射流槍噴涂時(shí)應(yīng)當(dāng)距離導(dǎo)電材料8?12mm，射流槍移動速度為200?400mm/min。
[0015]采用大氣壓等離子體鍍膜技術(shù)制備金屬防護(hù)層，不僅工藝簡單易用操作。同時(shí)通過調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體通入的比例及射流槍運(yùn)動方式，可以得到厚度和接觸角均可調(diào)的氧化硅薄膜，鍍膜后的導(dǎo)電金屬其絕緣性能和防腐蝕性能具有明顯的提升。
【附圖說明】
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[0016]圖1為制備的氧化硅薄膜放大20000倍的SEM圖。
[0017]圖2為圖1樣品經(jīng)5% NaCl鹽霧腐蝕120小時(shí)后放大2500倍的SEM圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明通過以下具體實(shí)例進(jìn)一步解釋
【發(fā)明內(nèi)容】
，以便于本領(lǐng)域技術(shù)人員更好的理解。但是，應(yīng)當(dāng)說明，技術(shù)人員通過適當(dāng)改變所用設(shè)備、工藝條件等環(huán)節(jié)來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)目的，其改變都沒有脫離本發(fā)明的內(nèi)容，所有類似的替換和改動對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的，均被視為包括在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
[0019]—種利用大氣壓等離子體鍍膜技術(shù)制備導(dǎo)電金屬防護(hù)層的新工藝，步驟如下:
[0020]1準(zhǔn)備基片:
[0021]選取銅基材料為基底，進(jìn)行拋光，用砂紙打磨后，再用金剛石研磨膏進(jìn)行表面拋光，然后依次用丙酮、無水乙醇、去離子水進(jìn)行超聲清洗各lOmin，去除表面殘留的顆粒物及雜質(zhì)，直至銅基底表面潔凈，然后用氮?dú)獯蹈伞?br>[0022]2涂覆薄膜:
[0023]采用研飛AP PECVD 一 1000P (電源功率為1000W)臺式鍍膜機(jī)進(jìn)行涂膜，提前設(shè)置好鍍膜機(jī)程序；打開電源預(yù)熱15min，通入單體六甲基二硅氧烷和放電氣體空氣，空氣通量控制為15L/min，接通電源產(chǎn)生等離子體；載氣為氬氣，通量控制在0.070L/min，射流槍鍍膜時(shí)距離導(dǎo)電材料12mm，射流槍移動速度為400mm/min。在大氣壓條件下對銅基材料進(jìn)行薄膜涂覆，涂覆均勻厚度達(dá)到900nm，停止涂膜。
[0024]3薄膜沉積
[0025]鍍膜結(jié)束后，關(guān)閉電源以及單體、放電空氣和載氣，大氣壓下沉積薄膜，15min后完成薄膜制作。
[0026]如圖1所示，為制備的氧化硅薄膜放大20000倍的SEM圖。其制備條件為氬氣通量0.070L/min，氮?dú)馔?5L/min，氧化娃薄膜的厚度為900nm?？煽闯龃朔椒ㄖ苽涞难趸璞∧ゎw粒均勻，致密性較好。
[0027]圖2為圖1樣品經(jīng)5% NaCl鹽霧腐蝕120小時(shí)后放大2500倍的SEM圖。腐蝕后氧化硅薄膜未開裂，銅樣品未出現(xiàn)銹蝕，除表面有少量NaCl顆粒外，基本沒有發(fā)生變化?？梢娧趸璞∧ぞ哂辛己玫姆栏g性能。
[0028]通過調(diào)節(jié)反應(yīng)氣體通入的比例及射流槍運(yùn)動程序，可以得到厚度和接觸角均可調(diào)的氧化硅薄膜，且鍍膜后的金屬經(jīng)5% NaCl鹽霧腐蝕120小時(shí)后無開裂，無銹蝕，電化學(xué)腐蝕的腐蝕電流較未鍍膜的腐蝕電流降低2個數(shù)量級。電阻值超過100ΜΩ。具有良好的絕緣防腐蝕效果，可作為金屬及其他金屬的防護(hù)材料。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種利用大氣壓等離子體鍍膜技術(shù)制備導(dǎo)電金屬防護(hù)層的新工藝，包括以下步驟: a、準(zhǔn)備基片 首先對導(dǎo)電金屬材料進(jìn)行拋光，采用砂紙依次打磨后，再用金剛石研磨膏進(jìn)行表面拋光，以去除打磨留下的劃痕；然后依次用有機(jī)溶劑和去離子水進(jìn)行超聲清洗各lOmin，以去除表面殘留的顆粒物及雜質(zhì)，直至導(dǎo)電材料表面潔凈，然后用氮?dú)獯蹈桑? b、涂覆薄膜 根據(jù)導(dǎo)電材料的形狀，選取適當(dāng)?shù)腻兡C(jī)，接通電源預(yù)熱一段時(shí)間后，通入單體和放電氣體，鍍膜機(jī)產(chǎn)生等離子體，調(diào)節(jié)氣體流量，在1個大氣壓或接近大氣壓的環(huán)境下，向準(zhǔn)備好的導(dǎo)電金屬材料上涂覆所需厚度的薄膜，涂覆過程中通過調(diào)節(jié)放電氣體流量和鍍膜機(jī)的運(yùn)動方式可以得到不同厚度和接觸角的薄膜； c、薄膜沉積 在導(dǎo)電材料上涂覆薄膜后，關(guān)閉鍍膜機(jī)及單體和氣體，放置15min，到薄膜沉積，完成制模過程。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于a步驟中所述的導(dǎo)電金屬為銅或鋁，包括黃銅和紫銅。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于a步驟中所述有機(jī)溶劑為丙酮、無水乙醇、無水甲醇、乙酸乙酯。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于b步驟中所述鍍膜機(jī)的電源功率不低于1000瓦，鍍膜機(jī)預(yù)熱時(shí)間為l-20min。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于b步驟中所述單體為硅烷，包括四甲基硅燒、八甲基一■娃氧燒和八甲基娃燒。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于b步驟中所述載氣為氬氣或氦氣，載氣的通量控制在 0.020 ?0.070L/min。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于b步驟中所述放電氣體為氮?dú)饣蚩諝?，放電氣體的通量控制在7?15L/min。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于b步驟中所述鍍膜機(jī)的噴涂部位為射流槍，射流槍距離導(dǎo)電材料8?12mm，射流槍移動速度為200?400mm/min。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于所鍍的薄膜為氧化硅薄膜。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種利用大氣壓等離子體鍍膜技術(shù)制備導(dǎo)電金屬防護(hù)層的新方法，
【發(fā)明內(nèi)容】
為：在高頻交變電源激發(fā)下，工作氣體產(chǎn)生等離子體，在射流槍末端以等離子體炬的形式在銅板表面沉積氧化硅薄膜。所得的氧化硅薄膜具有良好的絕緣防腐蝕性能，可作為母排及其他金屬的防護(hù)材料。
【IPC分類】C23C16/40, C23C16/50
【公開號】CN105316659
【申請?zhí)枴緾N201510744920
【發(fā)明人】亓延峰, 王霞, 蘇將濤, 劉錦泉, 段倫峰, 張澤卉, 王曉軍
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)山東省電力公司萊蕪供電公司, 北京國網(wǎng)互聯(lián)電氣技術(shù)有限公司
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年11月5日