專利名稱：電鑄合金電熱元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型的涉及電熱領(lǐng)域，特別是一種電鑄合金電熱元件其制造方法。
目前，電熱元件基本上是由兩種結(jié)構(gòu)的類型；一種是金屬管狀電熱元件，此種發(fā)熱元件是由金屬管、填充料、發(fā)熱絲及導(dǎo)引端等材料組成。它的性能因素受材料性能制約影響較大，限制了其功能與作用的要求與發(fā)揮，特別存在著如下的問題(1)、電熱效率低(不超過53％)；(2)、體積龐大；(3)、成本高；(4)、時效性差(隨著成品后時間延長或使用時間延長之后的絕緣及耐壓下降)；(5)、安全性差(泄漏電現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，爆炸、爆裂情況也屢屢出現(xiàn))。鑒于這種結(jié)構(gòu)上的原因，近年來，不斷有涂膜式電熱元件相繼研制出來。如有機型、無機型、本征型及聚合型等，有熱涂式及冷涂式。但是，這些成果在應(yīng)用時又出現(xiàn)了膜層易老化、使用壽命低、電極制作困難、面積負(fù)荷低、使用范圍狹小、生產(chǎn)過程中成品合格率低等等不可克服的因素，至今無法大面積生產(chǎn)而投放市場。
本發(fā)明的目的在于提供一種電鑄合金電熱元件其制造方法，該電熱元件徹底改變了目前金屬管狀電熱元件及噴涂型電熱膜的缺陷，電熱交換率高(大于95％)、成本低、應(yīng)用范圍廣，是現(xiàn)有電熱元件的替代品。
本發(fā)明目的是這樣實現(xiàn)的一種電鑄合金電熱元件其制造方法，其特征在于是由基底、絕緣層、電鑄合金發(fā)熱膜、電極及絕緣覆蓋層這五部分組成；其中、電極與電鑄合金發(fā)熱膜幾何圖形上的任意兩點或兩點以上處需要施加電源的引出接線端連接；絕緣覆蓋層粘貼于電鑄合金發(fā)熱膜上，電鑄合金發(fā)熱膜是通過電鑄的方式直接在絕緣層上制作出來，基底與絕緣層連接。-所述的電極的材料為金屬材料，形狀可以是圓柱形、長方體或各種帶有立體形狀的結(jié)構(gòu)，電極與電鑄合金發(fā)熱膜的連接可以是粘接或燒結(jié)或其他輔助配合連接。-所述的絕緣覆蓋層的材料可為陶瓷搪瓷涂層燒結(jié)的方法實現(xiàn)與電鑄合金發(fā)熱膜的覆蓋粘接；也可以通過采用涂覆玻璃粉燒結(jié)產(chǎn)生或采用玻璃棉、云母片一類的絕緣耐熱材料直接粘接或不粘接而貼合在電鑄合金發(fā)熱膜上；絕緣覆蓋層與電鑄合金發(fā)熱膜的外形相似。其作用有三點(1)保護(hù)電鑄合金發(fā)熱膜不磨損。(2)電鑄合金發(fā)熱膜在經(jīng)過電極引入電源工作時對環(huán)境不產(chǎn)生不安全因素，主要是耐熱且絕緣。(3)對電鑄合金發(fā)熱膜有一定的粘接定位的功能。-所述的電鑄合金發(fā)熱膜是通過電鑄的方式直接在絕緣層上制作出來。它的幾何圖形可以是各種元件要求的模型，可以是規(guī)則型也可以是不規(guī)則型。-所述的絕緣層位于電鑄合金發(fā)熱膜與基底之間。它的作用與絕緣覆蓋層相同。-所述的電鑄合金電熱元件在不使用基底時，絕緣層的材料可為陶瓷管、陶瓷片、玻璃片、玻璃管、云母片及耐熱塑料件。-所述的基底與絕緣層的連接為粘接或燒結(jié)的方式，其材料可以是金屬材料、合金材料和有色金屬。其輔助作用是為提高整個元件的剛性，其主要作用是將電鑄合金發(fā)熱膜產(chǎn)生的熱量通過絕緣層之后在基底上實現(xiàn)與被加熱介質(zhì)的電熱能量的交換。(若不采用基底，電鑄合金發(fā)熱膜所產(chǎn)生的熱量就完全通過絕緣層來實現(xiàn)與被加熱介質(zhì)之間的熱交換過程)。基底的形狀可以是各種要求元件的圖形實體，可以是與絕緣層類似，也可以不一致。它的結(jié)構(gòu)、形狀及尺寸完全與所處配套使用地點場合的不同而不同。
實現(xiàn)電鑄合金電熱膜電熱元件的基體流程工藝為基底的制作→絕緣層的制作→電鑄合金發(fā)熱膜的制作→電極的制作→絕緣覆蓋層的制作。(注基底的制作視絕緣層的情況而定，可有可無)。
由于有上述的構(gòu)造使得本發(fā)明具有如下的優(yōu)點1、徹底改變了目前金屬電熱管及噴涂型電熱膜的缺陷。
2、其具有較高的電熱交換率(大于95％)，是一種高效節(jié)能元件。
3、廣泛應(yīng)用于一切電熱電熱器具，適用于一切電熱盤、片、管、鋼煲等電加熱產(chǎn)品上。取代現(xiàn)行產(chǎn)品，將更安全，體積更小。
4、采用該結(jié)構(gòu)元件，成本將顯著降低。
5、采用該結(jié)構(gòu)元件的制作，將改變目前勞動密集型的生產(chǎn)現(xiàn)狀。
6、該結(jié)構(gòu)元件的制作過程，其基本無污染之后患。
7、該結(jié)構(gòu)元件的生產(chǎn)過程控制可以完全實現(xiàn)數(shù)據(jù)化管理，所以其質(zhì)量水平可以得到充分保證。
8、電鑄合金電熱膜元件是新技術(shù)、新材料及新工藝之集合的的新產(chǎn)品。
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1本發(fā)明之實施例的整體結(jié)構(gòu)圖。
圖2本發(fā)明之電鑄原理結(jié)構(gòu)圖。
圖3-圖6是本發(fā)明電鑄合金發(fā)熱膜的部分結(jié)構(gòu)圖。
圖中，1-電極；2-絕緣覆蓋層；3-電鑄合金發(fā)熱膜；4-絕緣層；5-基底。
參見圖2，實施例1鋼板基底的電鑄合金發(fā)熱膜元件工藝簡介。
電鑄工作原理在圖中Ec為可調(diào)電壓電流恒定式直流電源，A為陽極，在電鑄過程中處于氧化過程；B為陰極，此陰極是一個電熱元件的模板，其材料是單獨的絕緣體或金屬材料和絕緣材料的復(fù)合體。當(dāng)電源接通時，由于A、B之間有電解液的存在(電解液的配方另行申報專利)，電流從Ec的正極出發(fā)到陽極，陽極在電解液中發(fā)生氧化而得到電子，耳目陰極發(fā)生還原反應(yīng)而失去電子，從電解液中不斷吸收金屬離子，而金屬離子的種類和比例是按電熱材料的比例和還原絡(luò)合能力來配制的；陰極的還原形狀又是按一定的設(shè)定目標(biāo)進(jìn)行的，例如它可以是一個整平面(任意形狀如圓形、長方形、及不規(guī)則型等)，也可以是部分還原電積成膜。
在依金屬材料為基礎(chǔ)上制作電熱元件的整個工藝流程沖壓或機加工成設(shè)計的元件形狀→表面涂層或浸泡燒結(jié)絕緣層→絕緣層表面涂覆金屬化電極化→電鑄實施→退火→電極制作→后處理→成品由于絕緣材料品種較多，工藝不盡一致，而且絕緣層表面金屬化，電極化方法較多，難以在此一一列舉。僅對以下產(chǎn)品的工序工藝流程作以說明金屬材料→陶瓷搪瓷玻璃涂覆燒結(jié)→表面粗化→敏化→活化→還原化學(xué)鍍銅或鍍鎳→電鑄→擴(kuò)散退火→電極制作→覆蓋→檢測。
這是一條工業(yè)化生產(chǎn)電熱元件用電鑄工藝的詳細(xì)總流程圖，而在非金屬絕緣材料上直接制作電熱元件(例如玻璃、陶瓷、石棉、云母、搪瓷、塑料及橡膠等)的工藝形式完全與上述相仿，而且僅僅是各工藝參數(shù)不一樣而已。所以，上述所列非金屬材料范圍用電鑄工藝內(nèi)容實施的電熱元件制作也屬保護(hù)范圍之內(nèi)。
有關(guān)各工序工藝的具體實施內(nèi)容及操作規(guī)定如下因為電熱元件的工作環(huán)境并非固定不變，有浸入式，有空燒型及間接加熱型等等，所以有關(guān)電熱元件的安全規(guī)則促使其安全指標(biāo)的嚴(yán)酷性，因此在設(shè)計論證此工序工藝流程及參數(shù)時，對此也作了詳細(xì)的研究與定論，現(xiàn)分別解釋其原因及過程。
(1)在金屬表面涂覆絕緣材料，作用是金屬材料力學(xué)強度大，安裝方便，熱傳導(dǎo)性能好，一般采用銅基體材料，鋼基體材料使用于電熱元件的基體材料上去，而不采用鋁質(zhì)材料，雖然鋁質(zhì)材料具有良好的導(dǎo)熱性，但它處于熱量較大的環(huán)境中易熔、易變形，且剛性差，而目前涂覆絕緣層的主要材料是陶瓷、搪瓷和玻璃三大類，而搪瓷陶瓷的熱膨脹系數(shù)和耐熱耐冷抗沖擊能力又較強，所以選用陶瓷搪瓷的涂覆燒結(jié)工藝，經(jīng)實踐證明比較可行而且經(jīng)濟(jì)。涂覆燒結(jié)層的厚度基本在0.5mm左右最為合理，而且燒結(jié)溫度在600℃-820℃之間也不會破壞金屬的物理性能，在0.5mm左右的厚度區(qū)間內(nèi)絕緣強度可達(dá)500V/30MΩ以上，完全超過國際IEC3351-1的標(biāo)準(zhǔn)范圍，金屬基體表面陶瓷涂覆工藝流程及參數(shù)為酸洗(98％H2SO4浸泡15分鐘)→清水過濾→風(fēng)干→噴涂陶瓷(80瓷噴涂壓力0.15Mpa、厚度0.15mm)→820℃燒結(jié)5分鐘→200℃涂瓷(噴涂壓力0.10Mpa、厚度0.15mm)→720℃燒結(jié)8分鐘→涂釉水(噴涂壓力O.1Mpa、厚度O.15mm)→800℃燒結(jié)5分鐘。
(2)在金屬表面涂覆絕緣層后，要實現(xiàn)電鑄工藝，首先要使絕緣層表面金屬化。而要絕緣層金屬電極化，其全過程首先采用粗化→敏化→活化→還原，然后進(jìn)行化學(xué)鍍銅。
由于基體絕緣體表面采用釉水燒結(jié)，其硬度大且光滑，要粗化均勻才能實現(xiàn)后工序的進(jìn)行。故粗化工序采用二級粗化方式，采用10％的氫氟酸浸泡3分鐘后，用毛刷清洗干凈后泡入混合液中(鉻酐6％，硫酸30％，蒸餾水64％)浸泡30分鐘后用清水沖洗干凈，粗化清洗完的工件將其置于敏化液浸泡(200ml/L Hcl、50g/L氯化亞錫，適量的錫絲)，浸泡時間為5分鐘，浸泡完后在清水中洗滌，嚴(yán)禁在自來水壓力下沖洗，經(jīng)敏化的工件放入活化液中浸泡5分鐘(0.3-0.5％的硝酸銀，氨水適量)，取出后直接放入還原液中浸泡2-3分鐘(甲醛10％，其余蒸餾水)，此時工件已完成了前處理流程，直接將工件從還原液中取出放入化學(xué)鍍銅容器內(nèi)進(jìn)行鍍銅(硫酸銅7-9％，酒石酸鈉40-50％，甲醛30％的濃度11-13ml/L，氫氧化鈉7-9％)，浸泡的溶液要加0.1Mpa的壓縮空氣進(jìn)行攪拌，浸泡時間為5-8分鐘為宜。
(3)將化學(xué)鍍銅好的工件迅速貼上成型膜片后夾持到電鑄架的陰極位置上，打開電源后泡入電解液中，調(diào)節(jié)電流電壓的參數(shù)開始進(jìn)行電鑄，電鑄的電流電壓參數(shù)及時間和電極間距視每個品種而調(diào)整。在電鑄過程中盡量采用低電壓高電流的參數(shù)進(jìn)行。但不得突破V最大3.5V，I最大25安培/平方分米的范圍。
(4)電鑄完之后的工件由于存在電鑄應(yīng)力，要用低溫(100℃-150℃)退火(3小時左右)，若電鑄層厚度不夠，將表面清洗之后可以再次電鑄，直至符合要求為止。清洗時，首先采用PH值為12-13的堿性液中和2分鐘，后用清水洗凈。PH測試在6.5-7.5之間為合適。
(5)退火完全后的工件在所規(guī)定的圖案兩端分別制作電極，制作電極的材料原則上選用高溫銀漿或硝酸銀；兩種材料制作電極方式不同，高溫銀漿是印刷涂層后固化而成(固化溫度250℃，時間2小時)，但用硝酸銀則應(yīng)用蓖麻油或松節(jié)油調(diào)配節(jié)涂后進(jìn)行燒結(jié)才能制成。硝酸銀與蓖麻油的重量比2.5∶1調(diào)配，硝酸銀和松節(jié)油的重量比為4∶1調(diào)配，燒結(jié)溫度580℃，時間10分鐘，條件在氣氛爐中。
(6)完成電極制作后，工件要再次噴涂釉水燒結(jié)才能算完成整個工藝流程，此時的釉水燒結(jié)的作用在于保護(hù)電鑄合金發(fā)熱膜不受損傷、絕緣和保護(hù)膜層在使用過程中不受高溫氧化而導(dǎo)致功率下降。
在依非金屬材料為基礎(chǔ)上制作電熱元件的整個工藝流程非金屬材料元件模型化、(a)表面粗化、(b)敏化、(c)活化、(d)還原、(e)化學(xué)鍍銅、(f)電鑄、(g)擴(kuò)散退火、(h)電極制作、(i)覆蓋、(j)檢測。
權(quán)利要求
1.一種電鑄合金電熱元件及其制造方法，其特征在于是由基底、絕緣層、電鑄合金發(fā)熱膜、電極及絕緣覆蓋層這五部分組成；其中、電極與電鑄合金發(fā)熱膜幾何圖形上的任意兩點或兩點以上處需要施加電源的引出接線端連接；絕緣覆蓋層粘貼于電鑄合金發(fā)熱膜上，電鑄合金發(fā)熱膜是通過電鑄的方式直接在絕緣層上制作出來，基底與絕緣層連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鑄合金電熱元件及其制造方法，，其特征在于電極的材料為金屬材料，形狀可以是圓柱形、長方體或各種帶有立體形狀的結(jié)構(gòu)，電極與電鑄合金發(fā)熱膜的連接可以是粘接或燒結(jié)或其他輔助配合連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鑄合金電熱元件及其制造方法，，其特征在于絕緣覆蓋層的材料可為陶瓷搪瓷涂層燒結(jié)的方法實現(xiàn)；也可以通過采用涂覆玻璃粉燒結(jié)產(chǎn)生或采用玻璃棉、云母片一類的絕緣耐熱材料直接粘接或不粘接而貼合在電鑄合金發(fā)熱膜上；絕緣覆蓋層與電鑄合金發(fā)熱膜的外形相似。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鑄合金電熱元件及其制造方法，，其特征在于電鑄合金發(fā)熱膜是通過電鑄的方式直接在絕緣層上制作出來。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鑄合金電熱元件及其制造方法，，其特征在于絕緣層位于電鑄合金發(fā)熱膜與基底之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的電鑄合金電熱元件及其制造方法，，其特征在于電鑄合金電熱元件在不使用基底時，絕緣層的材料可為陶瓷管、陶瓷片、玻璃片、玻璃管、云母片及耐熱塑料件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鑄合金電熱元件及其制造方法，，其特征在于基底與絕緣層的連接為粘接或燒結(jié)的方式，其材料可以是金屬材料、合金材料和有色金屬材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電鑄合金電熱元件及其制造方法，其特征在于實現(xiàn)電鑄合金電熱膜電熱元件的基體流程工藝為基底的制作→絕緣層的制作→絕緣層化學(xué)處理電極化→電鑄合金發(fā)熱膜的制作→電極的制作→絕緣覆蓋層的制作；a在金屬材料為基礎(chǔ)上制作電熱元件的整個工藝流程沖壓或機加工成設(shè)計的元件形狀→表面涂層或浸泡燒結(jié)絕緣層→絕緣層表面化學(xué)處理涂覆金屬使之電極化→電鑄實施→退火→電極制作→后處理→成品；b金屬基體表面絕緣層陶瓷涂覆工藝流程及參數(shù)為酸洗(98％H2SO4浸泡15分鐘)→清水過濾→風(fēng)干→噴涂陶瓷(80瓷、噴涂壓力0.15Mpa、厚度0.15mm)→820℃燒結(jié)5分鐘→200℃涂瓷(噴涂壓力0.1Mpa、厚度0.15mm)→720℃燒結(jié)8分鐘→涂釉水(噴涂壓力0.1Mpa、厚度0.15mm)→800℃燒結(jié)5分鐘；c絕緣層表面金屬化的全過程首先采用粗化→敏化→活化→還原，然后進(jìn)行化學(xué)鍍銅；d粗化工序采用二級粗化方式，采用10％的氫氟酸浸泡3分鐘后，用毛刷清洗干凈后泡入混合液中(鉻酐6％，硫酸30％，蒸餾水64％)浸泡30分鐘后用清水沖洗干凈，粗化清洗完的工件將其置于敏化液浸泡(200ml/L Hcl、50g/L氯化亞錫，適量的錫絲)，浸泡時間為5分鐘，浸泡完后在清水中洗滌，嚴(yán)禁在自來水壓力下沖洗，經(jīng)敏化的工件放入活化液中浸泡5分鐘(0.3-0.5％的硝酸銀，氨水適量)，取出后直接放入還原液中浸泡2-3分鐘(甲醛10％，其余蒸餾水)，此時工件已完成了前處理流程，直接將工件從還原液中取出放入化學(xué)鍍銅容器內(nèi)進(jìn)行鍍銅(硫酸銅7-9％，酒石酸鈉40-50％，甲醛30％的濃度11-13ml/L，氫氧化鈉7-9％)，浸泡的溶液要加0.1Mpa的壓縮空氣進(jìn)行攪拌，浸泡時間為5-8分鐘為宜；e將化學(xué)鍍銅好的工件迅速貼上成型膜片后夾持到電鑄架的陰極架位置上，打開電源后泡入電解液中，調(diào)節(jié)電流電壓的參數(shù)開始進(jìn)行電鑄，電鑄的電流電壓參數(shù)及時間和電極間距視每個品種而調(diào)整，在電鑄過程中盡量采用低電壓高電流的參數(shù)進(jìn)行。但不得突破V最大3.5V，I最大25安培/平方分米的范圍。f電鑄完之后的工件由于存在電鑄應(yīng)力，要用低溫(100℃-150℃)退火(3小時左右)，若電鑄層厚度不夠，將表面清洗之后可以再次電鑄，直至符合要求為止；g退火完全后的工件在所規(guī)定的圖案兩端分別制作電極，制作電極的材料原則上選用高溫銀漿或硝酸銀；兩種材料制作電極方式不同，高溫銀漿是印刷涂層后固化而成，但用硝酸銀則應(yīng)用蓖麻油或松節(jié)油調(diào)配節(jié)涂后進(jìn)行燒結(jié)才能制成；h完成電極制作后，工件要再次噴涂釉水燒結(jié)才能算完成整個工藝流程，此時的釉水燒結(jié)的作用在于保護(hù)電鑄合金發(fā)熱膜不受損傷、絕緣和保護(hù)膜層在使用過程中不受高溫氧化而導(dǎo)致功率下降。
9根據(jù)權(quán)利要求8所述的電鑄合金電熱元件及其制造方法，其特征在于在依非金屬材料為基礎(chǔ)上制作電熱元件的整個工藝流程非金屬材料元件模型化、(a)表面粗化、(b)敏化、(c)活化、(d)還原、(e)化學(xué)鍍銅、(f)電鑄、(g)擴(kuò)散退火、(h)電極制作、(i)覆蓋、(j)檢測。
10根據(jù)權(quán)利要求8、9所述的電鑄合金電熱元件及其制造方法，其特征在于所述的非金屬材料可為玻璃、陶瓷、石棉、云母、搪瓷、塑料及橡膠。
全文摘要
一種電鑄合金電熱元件及其制造方法,其特征在于:是由基底、絕緣層、電鑄合金發(fā)熱膜、電極及絕緣覆蓋層這五部分組成;其中、電極與電鑄合金發(fā)熱膜幾何圖形上的任意兩點或兩點以上處需要施加電源的引出接線端連接;絕緣覆蓋層粘貼于電鑄合金發(fā)熱膜上,電鑄合金發(fā)熱膜是通過電鑄的方式直接在絕緣層上制作出來,基底與絕緣層連接。該電熱元件徹底改變了目前金屬管狀電熱元件及噴涂型電熱膜的缺陷,電熱交換率高(大于95%)、成本低、應(yīng)用范圍廣,該電鑄合金電熱元件適用于一切電熱盤、片、管、鋼煲等電加熱產(chǎn)品上。是現(xiàn)有電熱元件的替代品。
文檔編號H05B3/02GK1349371SQ0012977
公開日2002年5月15日 申請日期2000年10月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月12日
發(fā)明者麥慶忠, 黎有銀, 盛建寅 申請人:麥慶忠, 黎有銀