высокотемпературное диэлектрическое покрытие (с управляемой теплопроводностью – задается заказчиком)
Увеличение срока службы и снижение веса
Предпосылка, лежащая в основе нашего уникального металлического покрытия PEO, проста. За этим стоит сложная наука.
Наши покрытия обладают двумя основными преимуществами:
Они продлевают срок службы компонентов из магния, алюминия и титана за счет ряда ключевых характеристик, уникальных для PEO. Доказано, что наши покрытия намного превосходят конкурирующие покрытия, такие как анодирование и термическое напыление.
Эти улучшенные рабочие характеристики способствуют снижению веса компонента и более широкому использованию легких сплавов во многих отраслях промышленности.
3 покрытия с высокой диэлектрической прочностью для легких сплавов
По мере того как мир переходит от ископаемого топлива к электричеству, роль материалов в корне меняется. Чтобы справиться с системами более высокой мощности и потребностью в большей эффективности, материалы должны обеспечивать отличные электрические характеристики при сохранении других необходимых качеств. Работа материаловедов из Keronite показывает, как именно организации справляются с этими новыми требованиями.
Например, новые электромобили запускаются с несколькими высоковольтными двигателями. Они способны обеспечить эффективную работу, но для того, чтобы быть легкими и безопасными, материалы должны быть электрически изолирующими, но при этом легкими. Благодаря усовершенствованным поверхностным покрытиям легкие сплавы алюминия можно преобразовать так, чтобы они соответствовали поставленной задаче.
Что такое диэлектрическое покрытие поверхности?
В системах высокого напряжения защита людей и другого электрического оборудования имеет решающее значение. Для этого диэлектрические покрытия поверхности создают электрический барьер, снижая проводимость и увеличивая диэлектрическую прочность материала.
Несмотря на то, что пробивная прочность диэлектрика является важным фактором, при выборе подходящего покрытия необходимо учитывать и другие факторы. Компоненты с покрытием также могут проявлять различные тепловые свойства, часто снижая теплопроводность компонента, что может быть проблемой, когда компонент также выполняет функцию охлаждения. Диэлектрические покрытия также могут изменять оптические свойства, делая компонент более или менее отражающим или излучающим.
Выбирая правильное диэлектрическое покрытие поверхности, материаловеды и инженеры могут определять легкие сплавы для многих применений в аэрокосмической, автомобильной, промышленной, энергетической и потребительской отраслях. Поверхностные покрытия позволяют использовать легкие сплавы новыми интересными способами в этих отраслях промышленности. Полученные в результате рабочие характеристики обеспечивают преимущества, включая снижение веса, более длительный срок службы и повышенную безопасность.
Что такое диэлектрическая прочность и почему она важна?
Измеряемая в вольтах на единицу толщины, обычно кВ / мм, электрическая прочность изоляции является мерой изоляционных свойств материала. Он также определяет точку, в которой приложенное напряжение достаточно велико, чтобы материал начал разрушаться и проводить ток. Высокая диэлектрическая прочность означает хорошие изоляционные свойства. Низкая диэлектрическая прочность означает, что материал является плохим изолятором, и при приложении достаточно высокого напряжения он начинает проводить.
Чтобы оценить диэлектрическую прочность, следует отметить, что диэлектрическая прочность воздуха составляет 3 кВ / мм. Изоляторы, используемые в таких приложениях, как электрические кабели, такие как полипропилен, имеют диэлектрическую прочность 22 кВ / мм. Оксид алюминия, образующийся на поверхности алюминиевых сплавов в результате большинства технологий нанесения покрытия, имеет диэлектрическую прочность в пределах 14,6–16,7 кВ / мм, в зависимости от его точного состава. Несмотря на то, что он относительно высок, этого явно недостаточно для многих применений, поэтому необходимы специальные меры для формирования покрытий с более высокой диэлектрической прочностью.
Диэлектрические покрытия для легких сплавов
Для многих высокопроизводительных приложений требуются материалы с рабочими характеристиками, подобными легким сплавам и керамике. Им необходимы высокая прочность и низкие весовые характеристики легкого сплава, но при этом они должны обладать изоляционными свойствами, как керамика. Например, магниевые сплавы обладают уникальными свойствами экранирования радиочастот (RF) и широко используются в электронных устройствах. Однако, если компоненты не изолированы электрически, устройства могут выйти из строя или вызвать проблемы с безопасностью. Это возможно благодаря диэлектрическим поверхностным покрытиям.
Существует несколько подходов к формированию диэлектрических покрытий:
1. Покрытия, наносимые методом термического напыления
Подход термического напыления перегревает частицы, обычно в форме порошка или проволоки, в капли и разбрызгивает их на подложку. Капли прилипают к подложке из металлического сплава, образуя изолирующий слой. Керамические покрытия с высокой диэлектрической прочностью, наносимые в виде термического напыления, включают оксид алюминия и алюминат магния.
Этот метод эффективен для поддержания диэлектрической прочности в жестких условиях с высокими температурами. Однако у него есть несколько ограничений. Капли приводят к образованию рисунка покрытия, что делает его непригодным для применения в чувствительной микроэлектронике. Из-за распыления он обеспечивает непостоянные результаты для компонентов со сложной геометрией.
2. Жесткое анодирование
При твердом анодировании используется кислотная ванна, через которую проходит электрический ток, чтобы ускорить рост оксида на поверхности легкого сплава. Отличительной особенностью является то, что толщину оксидного слоя можно жестко контролировать. Результатом является некоторый контроль рабочих характеристик, таких как коррозионная стойкость, теплопроводность и диэлектрическая прочность. Более толстые оксидные слои обеспечивают большую диэлектрическую прочность, и они могут работать при высоких температурах, до 5000 градусов по Цельсию.
Если на подложке есть загрязнения, это отрицательно скажется на твердом анодировании. Это приводит к локальному снижению электрической прочности диэлектрика, что, в свою очередь, может привести к проникновению тока через оксидный слой. Ванна с серной кислотой, необходимая для процесса анодирования, требует специальной обработки перед утилизацией. Высокая плотность дефектов и столбчатые поры, которые обычно наблюдаются в твердом анодированном покрытии, особенно для сложных геометрических форм, также не влияют на электрическую прочность.
3. Плазменное электролитическое окисление (ПЭО)
PEO использует ванну с электролитом и плазменный процесс для формирования диэлектрического покрытия. Деталь из легкого сплава находится в ванне с электролитом при комнатной температуре, и на нее подается высокое напряжение. Эти стимулированные плазменные разряды на поверхности детали вызывают преобразование поверхности в слой керамического оксида.
Толщину оксидного слоя можно точно контролировать, что позволяет инженерам адаптировать полученные характеристики к применению. Утолщение оксидного слоя увеличивает электрическую прочность. Оксид алюминия, основной компонент поверхностного слоя ПЭО на алюминиевом сплаве, имеет диэлектрическую прочность в пределах 14,6–16,7 кВ / мм. Недавние исследования показали, что алюминий с поверхностным покрытием PEO, содержащим добавки диоксида кремния, имеет диэлектрическую прочность 59-79 кВ / мм.
Края вокруг сложной формы не имеют трещин, что предотвращает локальное разрушение диэлектрика в результате проникновения. И нет никаких проблем с окружающей средой, поскольку ванна с электролитом безвредна. Кроме того, поскольку покрытия из ПЭО образуются, по крайней мере, частично, путем преобразования субстрата (в отличие от большинства других процессов, которые наносят только дополнительный слой), адгезия к субстрату исключительно сильная.
Вывод
Большинство технологий нанесения покрытий, таких как термическое напыление, добавляют слой материала вместо того, чтобы напрямую преобразовывать субстрат. Многие применяют покрытие из диоксида кремния или покрытия на основе полимера для обеспечения изоляционного слоя. Напротив, ПЭО формирует покрытие, по крайней мере, частично из преобразования субстрата, образуя покрытие с очень высокой диэлектрической прочностью, которое хорошо сцепляется с субстратом за один этап. Еще одно преимущество покрытий, таких как PEO, заключается в том, как можно контролировать несколько критериев эффективности, таких как тепловые и оптические свойства, а также электрическая прочность.
В зависимости от конечного применения инженеры-конструкторы и материаловеды могут выбирать из широкого спектра решений для диэлектрических покрытий. В свою очередь, это означает, что легкие сплавы могут использоваться в гораздо более широком диапазоне конечных применений, чем это было возможно ранее.
5 главных преимуществ управления цепочками поставок
высокотемпературное диэлектрическое покрытие (с управляемой теплопроводностью – задается заказчиком)
