加热器加热元件制作方法与流程

本发明涉及一种加热器的加热元件，尤其涉及一种加热器加热元件制作方法。

背景技术：

目前常用的加热器加热元件大多采用ptc热敏元件，其加热元件一般都是通过粘接、焊接到热交换器上，由于粘接焊接材料的热阻较大，导致热传导损失较多，加热效率大大降低。且由于ptc电阻的固有特性，在低温时，ptc电阻的阻值很小，也就是说在ptc加热器启动时，由于ptc电阻值较小，会带来较大的浪涌冲击电流，对控制电路会有较大的影响。在高温时，ptc电阻的阻值较大，在供电电压一定的条件下，ptc加热器的输出功率会降低，不能满足功率的灵活控制。因此一种导热效率高、加热电阻特性恒定、功率调节灵活的加热器亟待出现。

为了克服现有技术中存在的缺陷，研制一种不会因工作温度的变化而导致加热体阻值变化的加热器，以保持加热功率恒定，具有重要实际意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种加热器加热元件制作方法，能够提高导热效率，功率调节灵活，制作方便，用于加热器的加热元件，采用热喷涂的工艺，在加热器热交换表面喷涂加热元件用于加热器的发热源。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种加热器加热元件制作方法，所述加热器加热元件包括加热器壳体1、缓冲层2、第一陶瓷绝缘层3、加热层4、第二陶瓷绝缘层5、加热元件电极6；所述缓冲层2喷涂于加热器壳体1的加热区域，所述第一陶瓷绝缘层3喷涂于缓冲层2上，所述加热层4喷涂于第一陶瓷绝缘层3上，所述加热层4由镍铬合金组成，所述第二陶瓷绝缘层5喷涂于加热层4上，2个加热元件电极6分别连接于加热层4的两端；加热器加热元件制作方法，包括以下步骤：

1)用喷砂工艺对加热器壳体1进行打磨处理；

2)在加热区域放置缓冲层工装7并固定，所述缓冲层工装7的开窗尺寸与加热区域尺寸相同，然后利用热喷涂工艺在加热区域喷涂一层缓冲层2；

3)在缓冲层2上放置第一陶瓷绝缘层遮蔽工装8并固定，所述第一陶瓷绝缘层遮蔽工装8的开窗尺寸小于加热区域尺寸；

4)用热喷涂工艺在缓冲层2上，喷涂氧化铝陶瓷材料形成第一陶瓷绝缘层3；

5)第一陶瓷绝缘层3喷涂完成后，在第一陶瓷绝缘层3上放置加热层遮蔽工装9并固定，所述加热层遮蔽工装9开窗形状与加热层4形状一致，用热喷涂工艺在第一陶瓷绝缘层3上喷涂加热层4；

6)在加热层4上的两端喷涂加热元件电极6，用于加热层4的电气连接；

7)在加热层4喷涂完成后，在加热层4上放置第二陶瓷绝缘层遮蔽工装10并固定，用热喷涂工艺喷涂氧化铝陶瓷材料形成第二陶瓷绝缘层5。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述加热器加热元件制作方法，其中缓冲层2为镍铬或镍铝或镍钼合金。

前述加热器加热元件制作方法，其中第一陶瓷绝缘层3、第二陶瓷绝缘层5为氧化铝涂层。

前述加热器加热元件制作方法，其中热喷涂工艺为等离子喷涂或火焰喷涂或超音速火焰喷涂或电弧喷涂。

前述加热器加热元件制作方法，其中加热层4呈条状蛇形分布于第一陶瓷绝缘层3上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的加热器加热元件制作方法可使加热器结构变得紧凑，适合加热器的安装；加热元件尺寸形状不受限制，针对于异形加热器，此种方法是最有优势的。加热元件采用金属或者金属合金性能稳定，阻值不受温度的影响，便于功率控制，在宽温度工作范围内，加热元件阻值保持不变，不存在功率衰减情况。由于加热电阻性能稳定，不会出现较大的开启浪涌电流，对控制系统的要求较小。由于不采用ptc加热器的粘接方式，减小了加热元件向热交换器之间的热阻，大大提高了导热效率。

附图说明

图1是本发明的缓冲层喷涂结构图；

图2是本发明的第一陶瓷绝缘层喷涂结构图；

图3是本发明的加热层喷涂结构图；

图4是本发明的第二陶瓷绝缘层喷涂结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明的加热器加热元件制作方法，所述加热器加热元件包括加热器壳体1、缓冲层2、第一陶瓷绝缘层3、加热层4、第二陶瓷绝缘层5、加热元件电极6；所述第一陶瓷绝缘层3、第二陶瓷绝缘层5为氧化铝陶瓷绝缘层，所述缓冲层2喷涂于加热器壳体1的加热区域，所述第一陶瓷绝缘层3喷涂于缓冲层2上，所述加热层4喷涂于第一陶瓷绝缘层3上，所述加热层4由镍铬合金组成，所述第二陶瓷绝缘层5喷涂于加热层4上，2个加热元件电极6分别连接于加热层4的两端；加热器加热元件制作方法，包括以下步骤：

1)用喷砂工艺对加热器壳体1进行打磨处理，以增大涂层与加热器壳体的结合面积，从而增加涂层与加热器壳体的结合强度；

2)完成打磨处理后，如图1所示，在加热区域放置缓冲层工装7，利用工装定位孔11定位并固定，使缓冲层工装7在喷涂过程中不发生移位，所述缓冲层工装7的开窗尺寸与加热区域尺寸相同，然后利用热喷涂工艺(包括等离子喷涂、火焰喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂等工艺)，在加热区域喷涂一层缓冲层2，(其喷涂材料一般选取镍铬、镍铝、镍钼合金)，此涂层的目的是为了增加涂层与壳体的结合强度，消除加热过程中温度冲击带来的加热器壳体与涂层间的热应力；

3)待缓冲层2喷涂完成后，移除缓冲层工装7，如图2所示，在缓冲层2上放置第一陶瓷绝缘层遮蔽工装8并利用工装定位孔11定位固定，所述第一陶瓷绝缘层遮蔽工装8的开窗尺寸小于加热区域尺寸，目的是为了防止氧化铝陶瓷和加热器壳体的热膨胀冷缩系数不同，消除温度变化时氧化铝陶瓷涂层的翘曲、变形、脆裂；

4)然后利用热喷涂工艺(包括等离子喷涂、火焰喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂等工艺)在缓冲层2上，喷涂氧化铝陶瓷材料形成第一陶瓷绝缘层3，其作用一方面是用于加热元件与加热器壳体的电气绝缘隔离，另一方面是为了使加热元件产生的热量通过氧化铝陶瓷传导至加热器壳体上，再利用导热介质进行热交换，实现加热器的热量输出，因此氧化铝陶瓷涂层厚度在满足电气绝缘要求的条件下，尽量减薄，以增加热传导效率；

5)待第一陶瓷绝缘层3喷涂完成后，移除第一陶瓷绝缘层遮蔽工装8，如图3所示，在第一陶瓷绝缘层3上放置加热层遮蔽工装9并固定，加热层遮蔽工装9开窗形状为所设计的加热层4的形状，例如，加热层4呈条状蛇形分布于第一陶瓷绝缘层3上。再次利用热喷涂工艺(包括等离子喷涂、火焰喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂等工艺)在第一陶瓷绝缘层3上喷涂加热层4，其中加热层4的阻值取决于加热元件涂层的厚度和喷涂形成的金属或者金属合金涂层的电阻率；

6)在加热层4上的两端喷涂加热元件电极6，用于加热元件的电气连接；

7)为了实现电绝缘和隔热，在加热层4喷涂完成后，移除加热层遮蔽工装9，如图4所示，在加热层4上放置第二陶瓷绝缘层遮蔽工装10并固定，用热喷涂工艺喷涂氧化铝陶瓷材料或者氧化铝形成第二陶瓷绝缘层5。

本发明采用的喷涂方法有等离子喷涂、火焰喷涂、超音速火焰喷涂、电弧喷涂等工艺等，首先将镍铬合金研磨成直径为0.005-0.06mm的粉末颗粒；因为这种直径的粉末对喷涂方法来说是很有利的，不会因为材料粒径较大而导致喷枪的堵塞。

实施例一，在等离子喷涂过程中，喷枪的喷嘴和电极分别接电源的正负极。喷嘴和电极之间通入工作气体(如氦、氮等气体)，借助高频火花引燃电弧。电弧将气体加热并使之电离，产生高温等离子气体，送粉气管将预喷粉末材料送入高温等离子气体中，迅速被加热到熔融状态，由氮气或者氩气为载气形成等离子焰流，以一定的速度喷射到经预热处理的基体表面形成致密的涂层，在喷涂金属或者金属合金时，载气中可混合一定量的氢气作为还原气体，以防涂层在形成过程中被氧化。

实施例二，所述加热层4以火焰喷涂法喷涂于第一陶瓷绝缘层3上，所述火焰喷涂法包括以下步骤：

将镍铬合金粉末颗粒通过送粉管注入到火焰中，火焰将镍铬合金粉末颗粒加热至熔融、半熔融状态；

以氩气或氮气作为保护气体，以保护气体气流冲击镍铬合金粉末颗粒使其雾化，并以2000m/s的速度喷射到第一陶瓷绝缘层3上，形成致密的加热层4。由于镍铬材料的熔融、半熔融状态在喷射到达氧化铝陶瓷绝缘层前温度已经开始降低，因此在到达加热器喷涂区域时的温度会大范围的降低，这样加热区域的温度低，残留应力小，既不会损坏加热器本体的平整度，也对加热元件涂层的致密性起到一定的作用。

在上述几种工艺中，喷涂到氧化铝陶瓷上的材料不需要再进行烘烤工艺，因此也就不需要再受到高温烘烤，对温度耐受性就没有明显的要求，非常适合铝制加热器的要求，因为铝制加热器本体在600℃以上的高温烘烤时，会出现部分熔化现象。

现有的加热器常采用ptc元件加热，需要在ptc元件发热元件外面包裹一层钢罩，ptc元件通电产生的热量通过ptc元件与钢罩之间的空气传导至钢罩，再通过钢罩与外面的水流进行热交换，该方案通过空气传导存在热量损失的缺点。本发明加热元件材料直接喷涂到加热器本体上，减少了热量交换损失，提高了热传导效率。本发明的加热元件采用镍铬合金，长时间工作后，不存在功率衰减情况。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。