一种电热涂层及其制备方法与流程

本发明属于功能性涂层技术领域，具体涉及一种电热涂层及其制备方法。

背景技术：
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电热合金是指利用物质的电阻特性发热的电阻合金。电热合金主要分为两大类：一类是铁铬铝合金，一类是镍铬合金。作为电热合金，这两种材料因为组织、成分不同而各有优缺点。与镍铬合金相比，铁铬铝合金具有以下优点：大气中使用温度高、使用寿命长、表面负荷高、抗氧化性能好、比重小、电阻率高、抗硫性能好、价格便宜。

在传统的电热合金产品中，发热体以热辐射形式进行热传递，导致热能利用率并不理想。

技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种电热涂层及其制备方法，本发明提出的电热涂层选用新型的铁铬铝系列合金作为发热合金，通过热喷涂方式和发热材料相结合制造出新型的发热体，使得可以提高发热体的循环氧化寿命，最大限度的减少发热体体积，提高其热能利用效率，并使得发热体能更方便的应用到各方面环境氛围中。

本发明的目的是提供了一种电热涂层，包括依次连接的基体材料、绝缘涂层和发热涂层，所述的发热涂层材料为粉末状FeCrAlY，所述的FeCrAlY中各元素的质量百分比为，Al(铝)7.0％～9.0％、Cr(铬)23％～25％、Y(钇)0.35％～0.65％，其余为Fe。本发明将新的发热材料铁铬合金(FeCrAlY)与基体相结合，生产出具有高电热转换效率和高热能利用率的的涂层结构的电热涂层。

本发明以热喷涂形式把粉末状的FeCrAlY在基体上制备面状发热体，使得发热体，绝缘涂层与基体能有机结合，热能可直接传递，大大提高了热能的利用效率。使用该发热涂层与绝缘涂层和基体材料结合得到的功能性涂层的循环氧化寿命得到很大提高；该功能性涂层为面状结构，面状结构使得功能性涂层体积小、重量轻，可以大面积持续供热；同时热能利用效率比其他形状的发热合金高，安全环保。

优选地，所述的绝缘涂层为氧化铝涂层。基体材料可以为任意材料，在本发明中优选基体材料为金属材料，进一步的，基体材料为不锈钢材料。

优选地，所述的绝缘涂层厚度为0.05～1mm，所述的发热涂层厚度为0.05～1mm。

本发明的另一个目的是提供一种电热涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)将基体材料进行去油和喷砂处理；

(2)通过等离子喷涂或爆炸喷涂工艺在经过步骤(1)处理后的基体材料上制备厚度0.05～1mm的绝缘涂层；

(3)通过超音速喷涂工艺或者等离子喷涂工艺在所述的绝缘涂层上制备厚度0.05～1mm的发热涂层。

步骤(1)中喷砂处理的具体步骤是，用白刚玉于0.2～0.7Mpa喷砂处理，喷砂距离为100～300mm，所述的白刚玉颗粒粒径为16～120目。使用水溶性溶剂对基体材料进行去油处理，水溶性溶剂可以为本领域技术人员通用的均可以，在本发明中优选水溶性溶剂为环保清洗剂，型号为FRB-111/20L。

优选地，步骤(2)中等离子喷涂工艺的参数为：喷涂电压为50～280V，喷涂电流为250～800A，喷涂基体温度为50℃～200℃，等离子气体H2气流量为0～150SCFH，等离子气体N2气流量为0～150SCFH，粉末载气Ar气流量为100～250SCFH，喷涂距离为100～200mm，喷枪移动速度为500～800mm/s，送粉速率为50～80g/min，送粉气流为20～50SCFH。

进一步优选，步骤(2)中等离子喷涂工艺的参数为：喷涂电压为150V，喷涂电流为250A，喷涂基体温度为50℃，等离子气体H2气流量为50SCFH，等离子气体N2气流量为50SCFH，粉末载气Ar气流量为50～100SCFH，喷涂距离为100mm，喷枪移动速度为500mm/s，送粉速率为50g/min，送粉气流为20SCFH。

优选地，步骤(2)中爆炸喷涂工艺参数为：用氮气作送粉气和清扫气；氧气和乙炔为热源气体，燃氧比为1～4，气体填充比率为50％～100％，清吹比率为40％～80％，调节爆炸频率为3～8次/s，喷枪距离为50～300mm，送粉率为0.2～2.5g/s。

进一步优选，步骤(2)中爆炸喷涂工艺参数为：用氮气作送粉气和清扫气；氧气和乙炔为热源气体，燃氧比为2.5，气体填充比率为50％，清吹比率为40％，调节爆炸频率为3次/s，喷涂距离为50mm，送粉率为0.2g/s。

优选地，步骤(3)中发热涂层材料为粉末状FeCrAlY，所述的FeCrAlY中各元素的质量百分比为，Al 7.0％～9.0％、Cr 23％～25％、Y 0.35％～0.65％，其余为Fe。

优选地，步骤(3)中超音速火焰喷涂工艺的参数为：喷涂基体温度为50℃～150℃，喷涂距离为200～500mm，喷枪移动速度为300～700mm/s，送粉速率为40～150g/min，送粉气流为15～30SCFH，氧气气流为1500～2300SCFH，煤油流量为3～7GPH。

优选地，步骤(3)中等离子喷涂工艺的参数为：喷涂电压为50～280V，喷涂电流为250～800A，喷涂基体温度为50℃～200℃，等离子气体H2气流量为0～150SCFH，等离子体N2气流量为0～150SCFH，粉末载气Ar气流速为30～250SCFH，喷涂距离为100～200mm，喷枪移动速度为500～800mm/s，送粉速率为40～80g/min，送粉气流为20～50SCFH。

进一步优选，步骤(3)中等离子喷涂工艺的参数为：喷涂电压为150～280V，喷涂电流为250～500A，喷涂基体温度为50℃～200℃，等离子气体H2气流量为50～150SCFH，等离子体N2气流量为50～150SCFH，粉末载气Ar气流速为50～250SCFH，喷涂距离为100～200mm，喷枪移动速度为500～800mm/s，送粉速率为50～80g/min，送粉气流为20～50SCFH。

在本发明中，SCFH的单位为标准立方英尺/小时，psi的单位为磅/平方英寸，GPH的单位为加仑/小时。

与现有的技术相比，本发明具有以下优点：首先，本发明将新的电热材料铁铬合金(FeCrAlY)与基体材料有机的结合在一起组成一个整体，生产出具有高电热转换效率和高利用率的的涂层结构的发热体即功能性涂层；其次，本发明通过热喷涂方式和电热材料相结合制造出新型的发热体，可以提高发热体的循环氧化寿命，最大限度的减少发热体体积，提高其热能利用效率并使得发热体能更方便的应用到各方面环境氛围中，并能根据被加热对象特征组合成不同形状的加热器；最后，以热喷涂形式把发热体与基体结合使得发热涂层与基体具有一定的结合强度不易脱落失效，可延长使用寿命。

附图说明：

图1为本发明一种电热涂层的结构示意图；

图2为图1中A-A剖视放大图；

图中附图标记含义：1、发热涂层；2、绝缘涂层；3、基体材料。

具体实施方式：

以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。

实施例1：

如图1～2所示，一种电热涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)使用型号为FRB-111/20L的环保清洗剂对基体材料3进行去油处理，将去油处理后的基体材料进行喷砂处理，喷砂处理的条件为，压力0.2Mpa，喷砂距离100mm，喷砂颗粒成分为白刚玉，白刚玉颗粒粒径为16目；

(2)通过等离子喷涂工艺在经过步骤(1)处理后的基体材料上制备厚度1mm的绝缘涂层2，其中等离子喷涂工艺的参数为：喷涂电压为150V，喷涂电流为250A，喷涂基体温度为50℃，等离子气体H2气流量为50SCFH，等离子气体N2气流量为50SCFH，粉末载气Ar气流量为100SCFH，喷涂距离为100mm，喷枪移动速度为500mm/s，送粉速率为50g/min，送粉气流为20SCFH；

(3)通过超音速火焰喷涂工艺在绝缘涂层上制备厚度1mm的发热涂层1，其中超音速火焰喷涂工艺的参数为：喷涂基体温度为50℃，喷涂距离为500mm，喷枪移动速度为300mm/s，送粉速率为40g/min，送粉气流为15SCFH，氧气气流为1500SCFH，煤油流量为3GPH。

在本实施例中，基体材料为不锈钢，绝缘涂层材料为氧化铝，发热涂层材料为粉末状FeCrAlY，FeCrAlY中各元素的质量百分比为，Al为7.0％、Cr为23％、Y为0.35％，其余为Fe。

实施例2：

如图1～2所示，一种电热涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)使用型号为FRB-111/20L的环保清洗剂对基体材料3进行去油处理，将去油处理后的基体材料进行喷砂处理，喷砂处理的条件为，压力0.7Mpa，喷砂距离300mm，喷砂颗粒成分为白刚玉，白刚玉颗粒粒径为120目；

(2)通过爆炸喷涂工艺在经过步骤(1)处理后的基体材料上制备厚度0.05mm的绝缘涂层2，其中爆炸喷涂工艺的参数为：用氮气作送粉气和清扫气；氧气和乙炔为热源气体，燃氧比为2.5，气体填充比率为50％，清吹比率为40％，调节爆炸频率为3次/s，喷涂距离为50mm，送粉率为0.2g/s；

(3)通过超音速火焰喷涂工艺在绝缘涂层上制备厚度0.05mm的发热涂层1，其中超音速火焰喷涂工艺的参数为：喷涂基体温度为150℃，喷涂距离为200mm，喷枪移动速度为700mm/s，送粉速率为150g/min，送粉气流为30SCFH，氧气气流为2300SCFH，煤油流量为7GPH。

在本实施例中，基体材料为不锈钢，绝缘涂层材料为氧化铝，发热涂层材料为FeCrAlY，FeCrAlY中各元素的质量百分比为，Al为9.0％、Cr为25％、Y为0.35％，其余为Fe。

实施例3：

如图1～2所示，一种电热涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)使用型号为FRB-111/20L的环保清洗剂对基体材料3进行去油处理，将去油处理后的基体材料进行喷砂处理，喷砂处理的条件为，压力0.2Mpa，喷砂距离100mm，喷砂颗粒成分为白刚玉，白刚玉颗粒粒径为16目；

(2)通过等离子喷涂工艺在经过步骤(1)处理后的基体材料上制备厚度0.5mm的绝缘涂层2，其中等离子喷涂工艺的参数为：喷涂电压为150V，喷涂电流为250A，喷涂基体温度为50℃，等离子气体H2气流量为50SCFH，等离子气体N2气流量为50SCFH，粉末载气Ar气流量为50SCFH，喷涂距离为100mm，喷枪移动速度为500mm/s，送粉速率为50g/min，送粉气流为20SCFH；

(3)通过等离子喷涂工艺在绝缘涂层上制备厚度0.5mm的发热涂层1，其中等离子喷涂工艺的参数为：喷涂电压为150V，喷涂电流为250A，喷涂基体温度为50℃，等离子气体H2气流量为50SCFH，等离子体N2气流量为50SCFH，粉末载气Ar气流速为50SCFH，喷涂距离为100mm，喷枪移动速度为500mm/s，送粉速率为50g/min，送粉气流为20SCFH。

在本实施例中，基体材料为不锈钢，绝缘涂层材料为氧化铝，发热涂层材料为FeCrAlY，FeCrAlY中各元素的质量百分比为，Al为7.0％、Cr为23％、Y为0.35％，其余为Fe。

实施例4：

如图1～2所示，一种电热涂层的制备方法，包括如下步骤：

(1)使用型号为FRB-111/20L的环保清洗剂对基体材料3进行去油处理，将去油处理后的基体材料进行喷砂处理，喷砂处理的条件为，压力0.7Mpa，喷砂距离300mm，喷砂颗粒成分为白刚玉，白刚玉颗粒粒径为120目；

(2)通过爆炸喷涂工艺在经过步骤(1)处理后的基体材料上制备厚度0.05mm的绝缘涂层2，其中爆炸喷涂工艺的参数为：用氮气作送粉气和清扫气；氧气和乙炔为热源气体，燃氧比为2.5，气体填充比率为50％，清吹比率为40％，调节爆炸频率为3次/s，喷涂距离为50mm，送粉率为0.2g/s；

(3)通过等离子喷涂工艺在绝缘涂层上制备厚度0.05mm的发热涂层1，其中等离子喷涂工艺的参数为：喷涂电压为280V，喷涂电流为500A，喷涂基体温度为200℃，等离子气体H2气流量为150SCFH，等离子体N2气流量为150SCFH，粉末载气Ar气流速为250SCFH，喷涂距离为200mm，喷枪移动速度为800mm/s，送粉速率为80g/min，送粉气流为50SCFH。

在本实施例中，基体材料为不锈钢，绝缘涂层材料为氧化铝，发热涂层材料为FeCrAlY，FeCrAlY中各元素的质量百分比为，Al为9.0％、Cr为25％、Y为0.65％，其余为Fe。

实施例1～4制备得到的电热涂层的电热转换效率均大于90％。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化等均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。