一种金属防护镀膜的新工艺的制作方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及金属防护技术领域，具体涉及一种利用大气压等离子体镀膜技术制备金属防护层的新工艺。
【背景技术】
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[0002]在电力行业中，变电站的母线多采用铜排或镀银铜排，少量使用铝排，其表面绝缘广泛使用热缩套管进行防护，其中热缩套管已经有了 20多年的应用历史。但是随着电力工业的迅速发展，电力设备容量日趋增大，并且长期高负荷运行，加上外界环境的持续恶化，原有的热缩套管金属外绝缘防护设计已经不能满足长期安全运行的需要。所以，研究一种性能稳定，使用寿命长的金属防护技术来替代热缩套管的使用，对于变电站以及整个电力电工系统安全稳定运行都是至关重要的。
[0003]等离子体化学气相沉积(PCVD)是借助于气体辉光放电产生的低温等离子体来增强反应物质的活化性，促使气体间发生化学反应，从而能在较低的温度条件下沉积出所需的涂层。由于大气压等离子体射流技术作为大气压条件下通过放电能够在开放的空间、而不是在间隙内产生了非平衡等离子体，从而避免了复杂且昂贵的真空系统，使得它的应用成本大大降低，这就使得许多应用的实现成为可能。
[0004]大气压等离子体射流(APPJ)在实现放电区域和工作区域分离的同时，又能保证大部分活性物种和载能带电粒子能够输运到所处理的物体表面，具有较强的处理灵活性和效率，无论在材料加工和改性等应用领域，还是在生物医学、环境保护等领域，大气压等离子体射流都具有更广泛的应用前景。
[0005]等离子体镀膜技术是当今科研领域新起的一种镀膜工艺。等离子体镀膜绝大多数都是在真空环境下完成，但是面对电力系统中大批量的工业生产及在线镀膜的需求，昂贵的抽真空系统就表现出费用高、不能现场使用等弊端。而大气压等离子体镀膜技术恰好弥补了这一缺憾，得到广泛研究。利用等离子体技术可以沉积各种具有特殊性能的薄膜，氧化硅薄膜就是其中最常见的一种。氧化硅薄膜硬度高、阻隔性好且具有良好的绝缘和抗腐蚀性能。在金属材料防护中，氧化硅薄膜也表现出很大的优越性。
【发明内容】
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[0006]本发明要解决的问题是:进一步提升电力系统中金属材料，尤其是铜、铝等导体的抗锈蚀性能。为了解决该问题，我们采用大气压等离子体射流的方法在导电金属表面沉积一层厚度和接触角均可调的氧化硅薄膜，具体技术方案如下，一种利用大气压等离子体镀膜技术制备导电金属防护层的新工艺，包括以下步骤:
[0007]a、准备基片
[0008]首先对导电金属材料进行抛光，采用砂纸依次打磨后，再用金刚石研磨膏进行表面抛光，以去除打磨留下的划痕；然后依次用有机溶剂和去离子水进行超声清洗各lOmin，以去除表面残留的颗粒物及杂质，直至导电材料表面洁净，然后用氮气吹干。
[0009]b、涂覆薄膜
[0010]选取适当的镀膜机，接通电源预热一段时间后，通入单体和放电气体，镀膜机产生等离子体，根据材料形状的不同调节气体流量，在1个大气压或接近大气压的环境下，向准备好的导电金属材料上涂覆所需厚度的薄膜，涂覆过程中通过调节放电气体流量和镀膜机的运动方式可以得到不同厚度和接触角的薄膜；
[0011]c、薄膜沉积
[0012]在导电材料上涂覆薄膜后，关闭镀膜机及单体和气体，放置15min，到薄膜沉积，完成制模过程。上述涂覆过程所镀的薄膜为氧化硅薄膜。
[0013]上述方法中，步骤a中所述导电金属为铜或铝，包括黄铜和紫铜；所述有机溶剂为:丙酮、无水乙醇、无水甲醇、乙酸乙酯。
[0014]步骤b中所述镀膜机为台式镀膜机或手持式镀膜机，电源功率均不低于1000瓦，镀膜机预热时间为l_20min ;所述单体为硅烷，尤其是四甲基硅烷、六甲基二硅氧烷和八甲基硅烷；所述载气为氩气或氦气，载气的通量控制在0.020?0.070L/min,;所述放电气体为氮气或空气，放电气体的通量控制在7?15L/min，；所述镀膜机的喷涂部位为射流枪，射流枪喷涂时应当距离导电材料8?12mm，射流枪移动速度为200?400mm/min。
[0015]采用大气压等离子体镀膜技术制备金属防护层，不仅工艺简单易用操作。同时通过调节反应气体通入的比例及射流枪运动方式，可以得到厚度和接触角均可调的氧化硅薄膜，镀膜后的导电金属其绝缘性能和防腐蚀性能具有明显的提升。
【附图说明】
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[0016]图1为制备的氧化硅薄膜放大20000倍的SEM图。
[0017]图2为图1样品经5% NaCl盐雾腐蚀120小时后放大2500倍的SEM图。
【具体实施方式】
[0018]本发明通过以下具体实例进一步解释
【发明内容】
，以便于本领域技术人员更好的理解。但是，应当说明，技术人员通过适当改变所用设备、工艺条件等环节来实现相应目的，其改变都没有脱离本发明的内容，所有类似的替换和改动对于本领域技术人员来说是显而易见的，均被视为包括在本发明的权利要求范围之内。
[0019]—种利用大气压等离子体镀膜技术制备导电金属防护层的新工艺，步骤如下:
[0020]1准备基片:
[0021]选取铜基材料为基底，进行抛光，用砂纸打磨后，再用金刚石研磨膏进行表面抛光，然后依次用丙酮、无水乙醇、去离子水进行超声清洗各lOmin，去除表面残留的颗粒物及杂质，直至铜基底表面洁净，然后用氮气吹干。
[0022]2涂覆薄膜:
[0023]采用研飞AP PECVD 一 1000P (电源功率为1000W)台式镀膜机进行涂膜，提前设置好镀膜机程序；打开电源预热15min，通入单体六甲基二硅氧烷和放电气体空气，空气通量控制为15L/min，接通电源产生等离子体；载气为氩气，通量控制在0.070L/min，射流枪镀膜时距离导电材料12mm，射流枪移动速度为400mm/min。在大气压条件下对铜基材料进行薄膜涂覆，涂覆均匀厚度达到900nm，停止涂膜。
[0024]3薄膜沉积
[0025]镀膜结束后，关闭电源以及单体、放电空气和载气，大气压下沉积薄膜，15min后完成薄膜制作。
[0026]如图1所示，为制备的氧化硅薄膜放大20000倍的SEM图。其制备条件为氩气通量0.070L/min，氮气通量15L/min，氧化娃薄膜的厚度为900nm。可看出此方法制备的氧化硅薄膜颗粒均匀，致密性较好。
[0027]图2为图1样品经5% NaCl盐雾腐蚀120小时后放大2500倍的SEM图。腐蚀后氧化硅薄膜未开裂，铜样品未出现锈蚀，除表面有少量NaCl颗粒外，基本没有发生变化。可见氧化硅薄膜具有良好的防腐蚀性能。
[0028]通过调节反应气体通入的比例及射流枪运动程序，可以得到厚度和接触角均可调的氧化硅薄膜，且镀膜后的金属经5% NaCl盐雾腐蚀120小时后无开裂，无锈蚀，电化学腐蚀的腐蚀电流较未镀膜的腐蚀电流降低2个数量级。电阻值超过100ΜΩ。具有良好的绝缘防腐蚀效果，可作为金属及其他金属的防护材料。
【主权项】
1.一种利用大气压等离子体镀膜技术制备导电金属防护层的新工艺，包括以下步骤: a、准备基片 首先对导电金属材料进行抛光，采用砂纸依次打磨后，再用金刚石研磨膏进行表面抛光，以去除打磨留下的划痕；然后依次用有机溶剂和去离子水进行超声清洗各lOmin，以去除表面残留的颗粒物及杂质，直至导电材料表面洁净，然后用氮气吹干； b、涂覆薄膜 根据导电材料的形状，选取适当的镀膜机，接通电源预热一段时间后，通入单体和放电气体，镀膜机产生等离子体，调节气体流量，在1个大气压或接近大气压的环境下，向准备好的导电金属材料上涂覆所需厚度的薄膜，涂覆过程中通过调节放电气体流量和镀膜机的运动方式可以得到不同厚度和接触角的薄膜； c、薄膜沉积 在导电材料上涂覆薄膜后，关闭镀膜机及单体和气体，放置15min，到薄膜沉积，完成制模过程。2.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于a步骤中所述的导电金属为铜或铝，包括黄铜和紫铜。3.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于a步骤中所述有机溶剂为丙酮、无水乙醇、无水甲醇、乙酸乙酯。4.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于b步骤中所述镀膜机的电源功率不低于1000瓦，镀膜机预热时间为l-20min。5.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于b步骤中所述单体为硅烷，包括四甲基硅烧、八甲基一■娃氧烧和八甲基娃烧。6.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于b步骤中所述载气为氩气或氦气，载气的通量控制在 0.020 ?0.070L/min。7.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于b步骤中所述放电气体为氮气或空气，放电气体的通量控制在7?15L/min。8.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于b步骤中所述镀膜机的喷涂部位为射流枪，射流枪距离导电材料8?12mm，射流枪移动速度为200?400mm/min。9.根据权利要求1所述的工艺，其特征在于所镀的薄膜为氧化硅薄膜。
【专利摘要】本发明涉及一种利用大气压等离子体镀膜技术制备导电金属防护层的新方法，
【发明内容】
为：在高频交变电源激发下，工作气体产生等离子体，在射流枪末端以等离子体炬的形式在铜板表面沉积氧化硅薄膜。所得的氧化硅薄膜具有良好的绝缘防腐蚀性能，可作为母排及其他金属的防护材料。
【IPC分类】C23C16/40, C23C16/50
【公开号】CN105316659
【申请号】CN201510744920
【发明人】亓延峰, 王霞, 苏将涛, 刘锦泉, 段伦峰, 张泽卉, 王晓军
【申请人】国家电网公司, 国网山东省电力公司莱芜供电公司, 北京国网互联电气技术有限公司
【公开日】2016年2月10日
【申请日】2015年11月5日