本发明属于金属材料表面处理技术领域，尤其涉及一种喷涂于金属表面的绝缘陶瓷涂层的制备方法。
背景技术：
随着科学技术的发展，不同功能电器用绝缘材料和绝缘技术日益受到人们的重视。对于某些高端电器设备来说，绝缘材料是一种不可缺少的部件，其质量的好坏，对电器设备的技术指标和运行寿命起着关键的作用。
绝缘材料从材料属性上，可分为有机绝缘材料、有机-无机绝缘材料和无机绝缘材料三大类。其中，有机绝缘涂料一般在260℃下使用，最高不超过300℃。无机陶瓷绝缘材料工作温度较高，一般在500℃以上。使用温度在两者之间的绝缘材料，一般采用有机-无机复合的绝缘材料。
在高端电器行业中，无机绝缘材料越来越受到重视，因为它避免了传统有机绝缘材料、有机-无机绝缘材料不耐热老化等缺点。在无机材料中由于氧化铝材料的耐高温性能、绝缘性能均较优，且价格低廉，更适于制备高温、高压陶瓷绝缘涂层。传统氧化铝绝缘涂层一般采用大气等离子喷涂技术制备，它具有操作简单、成本低等优点，但该方法存在涂层孔隙率大等缺点，在使用过程中容易吸附水气，导致其耐压值低，因此其性能有待于进一步改善。
技术实现要素：
本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种喷涂于金属表面的绝缘陶瓷涂层的制备方法，以降低绝缘陶瓷涂层与金属基体的热不匹配性，提高绝缘陶瓷涂层的热循环寿命。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种喷涂于金属表面的绝缘陶瓷涂层的制备方法，包括以下步骤：
(1)基体材料前处理：将金属材料作为基体依次用汽油、丙酮和酒精进行超声波除污清洗并干燥，然后将干燥后的基体材料安装在样品台上；
(2)合金过渡层喷涂：采用超音速等离子喷涂技术，以镍基合金粉末为原料在基体材料表面制备合金过渡层；
(3)无机材料面层喷涂：采用超音速等离子喷涂技术，以无机粉末为原料在合金过渡层表面制备致密的绝缘陶瓷涂层。
作为本发明所述的喷涂于金属表面的绝缘陶瓷涂层的制备方法的一种改进，在步骤(2)中，所述镍基合金粉末的粒径为5～45μm。
作为本发明所述的喷涂于金属表面的绝缘陶瓷涂层的制备方法的一种改进，在步骤(2)中，喷涂过程中，基体材料表面的温度控制在130～180℃。
作为本发明所述的喷涂于金属表面的绝缘陶瓷涂层的制备方法的一种改进，在步骤(2)中，喷涂过程的各项参数分别为：电流为100-150a，功率为70-90kw，压缩空气为0.15-0.35mpa，送粉载气ar为6-9l/min，送粉率为25-35g/min，丙烷流量为1-3l/min，喷距为200-300mm。
作为本发明所述的喷涂于金属表面的绝缘陶瓷涂层的制备方法的一种改进，在步骤(3)中，所述无机粉末的粒径为5～45μm。
作为本发明所述的喷涂于金属表面的绝缘陶瓷涂层的制备方法的一种改进，在步骤(3)中，所述无机粉末为氧化铝粉末、氧化锆粉末、磷酸盐粉末、硅酸盐粉末以及它们的复合材料粉末中的任意一种。
作为本发明所述的喷涂于金属表面的绝缘陶瓷涂层的制备方法的一种改进，在步骤(3)中，喷涂过程中，基体材料表面的温度控制在150～200℃。
作为本发明所述的喷涂于金属表面的绝缘陶瓷涂层的制备方法的一种改进，在步骤(3)中，喷涂过程的各项参数分别为：电流为230-250a，功率为100-120kw，压缩空气为0.15-0.30mpa，送粉载气ar为9-12l/min，送粉率为20-25g/min，丙烷流量为2-4l/min，喷距为250-300mm。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明采用超音速等离子喷涂技术(也称高功率等离子喷涂或高能等离子喷涂)制备致密的绝缘陶瓷涂层。一般地，使用功率可达180kw的等离子喷枪，喷枪结构为特殊的三电极结构(阴极、中间极和阳极)，喷枪采用压缩空气和少量丙烷气作为等离子工作气体。点枪时，枪内电弧形成于阴极和中间极之间，电弧在压缩空气吹扫下迅速转移至阳极喷嘴，同时形成等离子体射流。待射流稳定后，充入丙烷进喷枪中，此时丙烷在喷枪中发生剧烈的爆炸反应。由于喷枪阴极和阳极间距离增大，枪内电弧电压大为增加，这样即可使喷枪在较低电流下形成功率很高的等离子体，而且在丙烷爆炸反应作用下，等离子射流的能量又获得了进一步的提高。超音速等离子喷涂在大气环境下进行，其射流能量密度非常高，射流的速度可达3-5倍音速，因此可制备致密的绝缘陶瓷涂层。在制备致密的绝缘陶瓷涂层前，在金属材料表面制备合金过渡层，以降低绝缘陶瓷涂层与金属基体的热不匹配性，提高绝缘陶瓷涂层的热循环寿命。通过二值法孔隙率测量，本发明制得的绝缘陶瓷涂层的孔隙率小于1％，且绝缘陶瓷涂层与合金过渡层之间以及合金过渡层与金属基材之间结合紧密。
附图说明
图1是实施例1的面层、过渡层以及金属基材三者的截面电子扫描形貌图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式和说明书附图，对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于此。
实施例1
将不锈钢金属材料作为基体依次用汽油、丙酮和酒精进行超声波除污清洗并干燥，将干燥后的基体材料安装在样品台上；采用超音速等离子喷涂技术，以粒径5～45μm的nicr合金粉末为原料在基体材料表面制备合金过渡层，喷涂过程中，基体材料表面的温度控制在130℃，喷涂参数如下：电流为100a，功率为70kw，压缩空气为0.15mpa，送粉载气ar为6l/min，送粉率为25g/min，丙烷流量为1l/min，喷距为200mm；采用超音速等离子喷涂技术，以粒径15μm的氧化铝粉末为原料在nicr过渡层表面制备致密的绝缘陶瓷涂层，喷涂过程中，基体材料表面的温度控制在150℃，喷涂参数如下：电流为230a，功率为100kw，压缩空气为0.15mpa，送粉载气ar为9l/min，送粉率为20g/min，丙烷流量为2l/min，喷距为250mm。
实施例2
将铸铝金属材料作为基体依次用汽油、丙酮和酒精进行超声波除污清洗并干燥，将干燥后的基体材料安装在样品台上；采用超音速等离子喷涂技术，以粒径5～45μm的nicr合金粉末为原料在基体材料表面制备合金过渡层，喷涂过程中，基体材料表面的温度控制在140℃，喷涂参数如下：电流为110a，功率为80kw，压缩空气为0.20mpa，送粉载气ar为7l/min，送粉率为30g/min，丙烷流量为2l/min，喷距为250mm；采用超音速等离子喷涂技术，以粒径15～45μm的氧化铝粉末为原料在nicr过渡层表面制备致密的绝缘陶瓷涂层，喷涂过程中，基体材料表面的温度控制在160℃，喷涂参数如下：电流为240a，功率为115kw，压缩空气为0.20mpa，送粉载气ar为10l/min，送粉率为22g/min，丙烷流量为2l/min，喷距为260mm。
实施例3
将不锈钢金属材料作为基体依次用汽油、丙酮和酒精进行超声波除污清洗并干燥，将干燥后的基体材料安装在样品台上；采用超音速等离子喷涂技术，以粒径5～45μm的nicocral合金粉末为原料在基体材料表面制备合金过渡层，喷涂过程中，基体材料表面的温度控制在150℃，喷涂参数如下：电流为120a，功率为90kw，压缩空气为0.25mpa，送粉载气ar为8l/min，送粉率为30g/min，丙烷流量为3l/min，喷距为270mm；采用超音速等离子喷涂技术，以粒径15～45μm的氧化铝粉末为原料在nicr过渡层表面制备致密的绝缘陶瓷涂层，喷涂过程中，基体材料表面的温度控制在170℃，喷涂参数如下：电流为240a，功率为80kw，压缩空气为0.25mpa，送粉载气ar为11l/min，送粉率为23g/min，丙烷流量为3l/min，喷距为280mm。
实施例4
将铸铝金属材料作为基体依次用汽油、丙酮和酒精进行超声波除污清洗并干燥，将干燥后的基体材料安装在样品台上；采用超音速等离子喷涂技术，以粒径5～45μm的nicocr合金粉末为原料在基体材料表面制备合金过渡层，喷涂过程中，基体材料表面的温度控制在160℃，喷涂参数如下：电流为140a，功率为80kw，压缩空气为0.30mpa，送粉载气ar为9l/min，送粉率为30g/min，丙烷流量为2l/min，喷距为280mm；采用超音速等离子喷涂技术，以粒径15～45μm的氧化铝粉末为原料在nicr过渡层表面制备致密的绝缘陶瓷涂层，喷涂过程中，基体材料表面的温度控制在180℃，喷涂参数如下：电流为245a，功率为115kw，压缩空气为0.30mpa，送粉载气ar为11l/min，送粉率为24g/min，丙烷流量为4l/min，喷距为290mm。
实施例5
将不锈钢金属材料作为基体依次用汽油、丙酮和酒精进行超声波除污清洗并干燥，将干燥后的基体材料安装在样品台上；采用超音速等离子喷涂技术，以粒径5～45μm的nicocr合金粉末为原料在基体材料表面制备合金过渡层，喷涂过程中，基体材料表面的温度控制在170℃，喷涂参数如下：电流为150a，功率为90kw，压缩空气为0.35mpa，送粉载气ar为9l/min，送粉率为35g/min，丙烷流量为3l/min，喷距为300mm；采用超音速等离子喷涂技术，以粒径15～45μm的氧化铝粉末为原料在nicr过渡层表面制备致密的绝缘陶瓷涂层，喷涂过程中，基体材料表面的温度控制在190℃，喷涂参数如下：电流为250a，功率为120kw，压缩空气为0.30mpa，送粉载气ar为12l/min，送粉率为25g/min，丙烷流量为4l/min，喷距为300mm。
实施例6
将铸铝金属材料作为基体依次用汽油、丙酮和酒精进行超声波除污清洗并干燥，将干燥后的基体材料安装在样品台上；采用超音速等离子喷涂技术，以粒径5～45μm的nicocral合金粉末为原料在基体材料表面制备合金过渡层，喷涂过程中，基体材料表面的温度控制在180℃，喷涂参数如下：电流为120a，功率为80kw，压缩空气为0.30mpa，送粉载气ar为6l/min，送粉率为35g/min，丙烷流量为2l/min，喷距为300mm；采用超音速等离子喷涂技术，以粒径15～45μm的氧化铝粉末为原料在nicr过渡层表面制备致密的绝缘陶瓷涂层，喷涂过程中，基体材料表面的温度控制在200℃，喷涂参数如下：电流为240a，功率为110kw，压缩空气为0.25mpa，送粉载气ar为11l/min，送粉率为25g/min，丙烷流量为3l/min，喷距为280mm。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还能够对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式，凡是本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。