[发明专利]一种铁氧体导电陶瓷涂层及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁氧体导电陶瓷涂层及制备方法，属于表面工程领域。

背景技术

接地网是发电厂、变电站、通信站中确保工作接地、防雷接地、保护接地的必要设施。由于土壤具有一定的腐蚀作用，接地极材料往往因保护不当而受到腐蚀。随着特高电压直流输电技术的快速发展，常规接地极材料如碳钢、高铬铸铁等存在一定的缺陷，碳钢腐蚀过快，高铬铸铁在高溢流密度下腐蚀速率急剧增大等不足将更加突出，直接威胁直流输电工程的运行安全与可靠性。直流接地极开挖检修维护困难，费用高，这对接地极材料的导电性能与防腐蚀性能提出了更高的要求。

铁氧体材料具有尖晶石结构，其耐腐蚀性优于高铬铸铁类电极，部分铁氧体材料具有较高的电导率，并且主要成分为Fe₂O₃，制备与使用过程中不会产生二次污染危害环境，是新一代的环保抗腐蚀电极材料。目前制备铁氧体接地极产品的方法主要为烧结法和铸造法。烧结法工艺简单，但生产周期长，易存在反应不完全等问题，在制备大尺寸产品时，干燥及烧结过程中易产生坯体开裂或变形，故难以实现大尺寸产品的制备；铸造法具有生产成本低、周期短的优点，适于制备形状简单、体积较大的电极产品，但是由于金属氧化物和单纯的金属粉末在性质上有很大的差异，同时铁氧体材料的可铸造性差，需采用特别的铸造技术和严格的气氛控制工艺，降低了此制备方法的实用性和可操作性。热喷涂技术为铁氧体的制备提供了新的思路。在常规碳钢接地极表面涂覆铁氧体涂层，借助涂层防护技术在保证良好导电性能的前提下，提高接地极本体的耐腐蚀性能，具有良好的发展前景。伊泰等人申请的美国专利US3850701指出用化学法沉积的铁氧体涂层的最大厚度仅有0.02mm，不能满足接地极本体对使用寿命的要求，并未制备出切实可用的铁氧体导电陶瓷涂层。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种铁氧体导电陶瓷涂层，所述铁氧体导电陶瓷涂层材料具有良好的耐腐蚀性能与导电性能。目的之二在于提供一种铁氧体导电陶瓷涂层的制备方法，它是一种大气等离子喷涂方法，将粉末喷涂在金属基体上，形成一种具有低孔隙率、较高结合强度、良好的耐腐蚀性能与导电性能的铁氧体导电陶瓷涂层。

本发明的目的由以下技术方案实现：

一种铁氧体导电陶瓷涂层，所述的铁氧体导电陶瓷涂层为复合涂层，由涂覆在金属基体之上的粘结层与涂覆在粘结层之上的陶瓷层组成，所述粘结层是金属材料或合金材料，所述陶瓷层是分子式为MeFe₂O₄的铁氧体陶瓷材料；

其中，本发明所述粘结层材料优选Al，Zn，Co和Cu中的一种或Al基合金，Zn基合金，Co基合金，Cu基合金和Ni基合金中的一种；所述MeFe₂O₄中Me优选Mn²⁺，Zn²⁺，Cu²⁺，Ni²⁺，Mg²⁺，Co²⁺或Li⁺_0.5Fe³⁺_0.5；

一种铁氧体导电陶瓷涂层的制备方法，所述方法步骤如下：

(1)对待喷涂金属基体表面进行清洗、喷砂处理；

(2)分别将粘结层粉末和铁氧体陶瓷粉末进行烘干处理，并将烘干后的两种粉末分别装入送粉器中，其中，烘干处理温度为80～200℃；

(3)将待喷涂金属基体固定在等离子喷涂设备的工作台上，并采用压缩空气进一步清理待喷涂金属基体表面；

(4)对待喷涂金属基体表面进行预热后，用等离子喷枪先将粘结层粉末均匀喷涂至待喷涂金属基体表面，形成粘结层，粘结层的厚度为0.1～0.2mm；再将铁氧体陶瓷粉末均匀喷涂至粘结层表面，形成陶瓷层，陶瓷层厚度为0.1～0.3mm；

其中，喷涂过程中采用内送粉方式进行送粉，等离子喷涂工艺参数见表1，等离子喷涂过程中采用压缩空气冷却待喷涂金属基体；

表1

粘结层和陶瓷层共同构成了本发明所述的铁氧体导电陶瓷涂层；

其中，步骤(1)优选采用分析纯的丙酮对待喷涂金属基体表面进行清洗，以去除待喷涂金属基体表面附着的灰尘和油污等杂质；采用30～80目的白刚玉砂进行喷砂；

步骤(2)所述粘结层粉末和铁氧体陶瓷粉末优选粒径范围为20～100μm、颗粒球形度好、流动性好的粉末材料；送粉器优选刮板式送粉器；