環(huán)氧樹脂澆注件中金屬嵌件表面處理工藝

環(huán)氧樹脂澆注件中金屬嵌件表面處理工藝1引言一個絕緣澆注產(chǎn)品是由環(huán)氧樹脂混合料與熱膨脹系數(shù)及彈性系數(shù)均不一樣的金屬嵌件澆注在一起構成的。金屬嵌件是外部構件與絕緣件相連接的關鍵部件，既要保證和絕緣材料的結合緊密、可靠，乂要確保所處電場合理性和（或）電接觸可靠。金屬嵌件與環(huán)氧混合料的結合是否緊密牢靠的問題，在環(huán)氧澆注件中尤為關鍵，因而金屬嵌件的機械加工質量和表面處理工藝就顯得極為重要。本文針對金屬嵌件的加工方法、表面處理工藝和嵌件安裝于澆注模前的表面清潔要求做一闡述。2金屬嵌件的加工要求環(huán)氧樹脂澆注件中常用的金屬嵌件有純銅件、黃銅件、碳鋼件、鋁合金件、鑄鋼件、鑄鐵件以及不銹鋼件。嵌件材料根據(jù)絕緣件的需要來選擇，但對不同的原材料除了特殊要求外，其加工工藝方法基本上是相同的。（1） 加工金屬嵌件的形狀、材料必須符合圖樣要求，其外形尺寸、粗糙度、螺紋精度等都要達到合理要求。（2） 對帶有螺紋的嵌件，特別是銅嵌件的外形尺寸要有明確規(guī)定，不能為了降低成本將嵌件的外形尺寸縮小、厚度變薄，否則安裝使用時易造成裂紋。例如：加工M12的銅嵌件，按要求需用中18的銅棒加工，若用中16的銅棒,易造成嵌件斷裂，同時在產(chǎn)品后固化時由于嵌件較薄引起收縮變形，使用戶在安裝時螺紋配合較緊，產(chǎn)生脹力，造成環(huán)氧樹脂與嵌件貼合處產(chǎn)生裂紋。改進前嵌件直徑僅有中15.7mm（實際值），加上單邊切槽深1mm,單邊厚度僅剩下0.85mm,該厚度很容易造成嵌件斷裂。改進后嵌件直徑有①17.7mm（實際值），經(jīng)過單邊切槽1mm后，單邊厚度有1.85mm,壁厚增厚，強度也隨之增大，可靠性明顯增強。（3） 金屬嵌件外表面在設計時應全面考慮，盡可能避免尖角、棱角出現(xiàn)。嵌件加工質量的好壞對電性能影響較大，金屬嵌件加工后不允許出現(xiàn)尖角、棱角。由于環(huán)氧固化物的線熱膨脹系數(shù)比金屬材料大得多，因此在澆注過程中帶有金屬材料時，應考慮到溫度變化而產(chǎn)生的熱應力。正是這種熱應力和樹脂固化時產(chǎn)生的收縮應力，共同構成了環(huán)氧固化物的內(nèi)應力，而該內(nèi)應力往往集中在金屬嵌件的尖角處，特別是在固化反應結束后，如果降溫過快，這一應力將引起固化物的龜裂、分層和脫粘。因此，如何提高金屬嵌件表面質量和產(chǎn)品固化工藝條件極為重要。通過實驗證明，嵌件外表面加工切槽時，采用直角切削（未倒圓角）所產(chǎn)生的尖角、棱角與環(huán)氧混合料接觸沿面將產(chǎn)生內(nèi)應力集中，使機械強度受到破壞。同時，對電性能也有較大影響，使之產(chǎn)生電暈、局放量明顯增大，長時間通電運行，尖角處長期放電使環(huán)氧介質損耗明顯，絕緣層老化，造成擊穿。將金屬嵌件切槽由直角切削改為半圓形切削，并將尖角、棱角處倒成R角,消除尖角、棱角后，不但提高了環(huán)氧混合料與金屬嵌件的結合附著力，也防止了因嵌件尖角、棱角而引起的環(huán)氧澆注件應力集中與電暈放電現(xiàn)象。（4）考慮到金屬嵌件與環(huán)氧混合料的結合附著力，對嵌件的滾花問題也進行了驗證。生產(chǎn)中常用的金屬嵌件表面一般采用直紋滾花和網(wǎng)紋滾花。直紋滾花的嵌件材料都是由市場上供應的直紋拉伸材料切削加工而成，加工方便，因此應用較廣。但實驗證明，使用網(wǎng)紋滾花的嵌件與環(huán)氧混合料的附著力要明顯優(yōu)于使用直紋滾花的嵌件。實例：將表面不同滾花方式的015X21/M1O嵌件澆注在同一規(guī)格050X50絕緣子中進行了拉伸試驗，試驗發(fā)現(xiàn)使用網(wǎng)紋滾花嵌件的澆注件拉伸力達到15.75kN,而使用直紋嵌件的澆注件拉伸力僅有10.75kN，兩者足足相差5kN。網(wǎng)紋滾花嵌件的選擇使用按GB/T6403.3-2008標準。3金屬嵌件表面處理工藝要求金屬嵌件與環(huán)氧混合料的結合必須附著力強、結合牢固。為了達到該目的，對金屬嵌件應進行表面處理，其表面處理的方法有：鍍銅、鍍銀、鍍黃銅、鋁金屬表面陽極化，以及表面噴砂處理等。3.1嵌件表面處理前的質量要求（1） 嵌件應清潔，并經(jīng)過防銹處理（如噴砂）。（2） 嵌件表面不允許有氧化皮、銹蝕、黑灰、油污、劃傷、污垢、毛刺、裂紋、碰傷等機械損傷。（3）經(jīng)焊接過的零件，焊縫應平整，不應有氣孔或夾雜氧化皮或熔渣等缺陷。（4） 須鍍層的零件，其鍍前的尺寸、粗糙度等應嚴格控制，確保鍍后零件質量。（5） 帶有烙印加工的零件，應檢查烙印是否正確、完整，表面處理前規(guī)定烙印的零件應細致的做好烙印工作。（6） 經(jīng)噴砂處理的零件，需表面處理的，應盡量縮短間隔時間，以免影響表面處理質量及產(chǎn)生銹蝕，若拖延過久（零件表面變暗黑色或產(chǎn)生銹蝕），必須重新噴砂。（7） 未經(jīng)防銹處理的零件，不允許長期放置在潮濕的空氣中，應采取防污防塵處理。3.2嵌件表面處理3.2.1鍍鋅對于鋼件，鍍鋅為陽極性鍍層，可起電化學保護作用。在干燥的空氣中，鍍鋅層較穩(wěn)定，在水中和潮濕空氣中表面生成微密的氧化膜，有保護性，在承受彎曲、擴展及擰合時不會脫落，但不能承壓和摩擦。在溫度低于-70°C時，鍍層的保護性能明顯降低。為了提高鍍鋅層的防護性能，，鍍鋅后應進行鈍化處理，通常在倍酸鹽溶液中進行，鈍化后生成保護膜。（1） 鍍鋅層的厚度：使用環(huán)境良好的條件下為5?一般條件下為8?12Hmo（2） 外觀質量要求：鍍層應細致均勻，未鈍化的鍍鋅層應為淺灰色或亮灰色，鈍化后的鍍鋅層為白色或金黃色。（3） 允許缺陷：局部鍍的零件，其鍍與不鍍的交界處允許有輕微的黑印。不允許缺陷：表面粗糙、燒焦、斑點、黑點、膨脹、氣泡及脫落；樹枝狀及條紋狀的鍍層；可擦去或呈棕色、褐色的鈍化膜；未洗凈的鹽類痕跡。3.2.2鍍銅鍍銅層緊密細致，與基體金屬結合牢固，有良好的拋光性，但當鍍銅層不完整時不能起很好的防腐蝕作用。銅材可用于中間鍍層，從而提高零件的導電性，可作為鋼鐵零件防止?jié)B碳部分的保護層。（1） 鍍銅層的厚度一般為3?5Um。（2） 銅層顏色為紫色或玫瑰色，鍍銅層應細致均勻。（3） 允許缺陷：稍有不均勻的顏色、形狀復雜的零件棱邊有輕微粗糙。不允許缺陷：有樹枝狀、海綿狀、條紋狀的鍍層；黑點、斑點、脫落、氣泡等缺陷；未洗凈的鹽類痕跡。3.2.3鍍銀鍍銀層白亮，易于拋光，具有極強的反光能力和高導電率，銀對堿及某些有機酸具有較好的化學穩(wěn)定性。氯、硫化物都能對銀起反應，使其變黑，失去美麗的外觀。鍍銀層主要用于防護裝飾，提高零件的導電性，避免電接觸點的氧化和減少接觸電阻。（1） 鍍銀層的厚度一般在鍍銅3-5Um基礎上再鍍銀5-8Um；對有特殊要求的零件（如接觸點溫度較高，導電性能要求高的產(chǎn)品），在鍍銅5?8um基礎上再鍍銀8-12Hnio（2） 鍍銀層應為銀白色，經(jīng)拋光的鍍銀層應為光亮如鏡面的銀白色；經(jīng)鈍化的鍍銀層為稍帶淺黃的銀白色。（3） 鍍銀時，建議只鍍金屬嵌件表面外露部位，而與環(huán)氧樹脂混合料接觸部位，應盡可能不要鍍銀，采用噴砂。因為在148°C以上溫度條件時，銅基體-銀鍍層或銅-銀鍍層界面上，能生成具有脆性的銀和銅低共熔擴散產(chǎn)物，影響銀鍍層與基體的結合力。另外，銀離子容易擴散到環(huán)氧樹脂混合料內(nèi)部，造成環(huán)氧樹脂混合料老化，產(chǎn)生放電現(xiàn)象。（4） 允許缺陷：在同一零件上稍有輕微不均勻的顏色和黃色光澤，形狀復雜的零件棱邊有輕微粗糙。不允許缺陷：有樹枝狀、海綿狀、條紋狀的鍍層；表面粗糙，有黑點、斑點、燒焦、氣泡、起皮和脫落等缺陷；零件腐蝕和未洗凈的鹽類痕跡。3.2.4鍍黃銅對于鋼零件，鍍黃銅為陽極性鍍層，起電化學保護作用，與金屬基體結合牢固，能起防腐蝕作用和裝飾作用。（1）鍍層厚度要求為5?8um,為防止300?500°C條件下的高溫氧化，需要鍍層8~12Pmo（2） 鍍層的顏色為淺黃色，鍍層應細致均勻。（3） 允許缺陷：在同一零件上稍有不均勻的顏色。不允許缺陷：出現(xiàn)條紋狀、海綿狀的鍍層；表面粗糙、燒焦、氣泡或脫落;未洗凈的鹽類痕跡；出現(xiàn)紅色、白色或灰棕色的鍍層。3.2.5鈍化防護膜很薄，主要用于銅和銅合金零件。銅零件經(jīng)機械加工后應進行鈍化處理，表面應呈金屬本色，防止長期在空氣中產(chǎn)生氧化、表面發(fā)黑。用重倍酸鈉鈍化的膜層為金黃色，膜層應是連續(xù)的。（1） 允許缺陷：在同一零件上有不均勻的顏色以及無光澤（呈暗色）。（2） 不允許缺陷：可擦去的鈍化膜和局部無鈍化膜；未除盡的黑點、銹蝕、斑點和殘留的氧化物；未洗凈的鹽類痕跡。3.2.6噴砂噴砂在金屬表面處理中的應用是非常普遍的，目的是用來克服和掩蓋金屬零件在機加工中產(chǎn)生的缺陷以及滿足環(huán)氧澆注件性能要求而進行的預處理工序。用于增大金屬嵌件的粗糙度，提高金屬嵌件和環(huán)氧混合料的附著力。噴砂處理是通過壓力將金剛砂砂粒與金屬嵌件表面進行撞擊，從而達到除銹、去毛刺、去氧化層等目的，并改變金屬表面光潔度和應力狀態(tài)。對表面經(jīng)噴砂處理和未經(jīng)噴砂處理的金屬嵌件進行拉伸試驗對比，結果表明：經(jīng)表面噴砂處理后的金屬嵌件與環(huán)氧混合料結合附著力明顯優(yōu)于未經(jīng)表面噴砂處理的嵌件。實例：將金屬嵌件表面經(jīng)過噴砂處理和未經(jīng)過噴砂處理的O16X22/M10嵌件，澆注在同一規(guī)格050X50絕緣子中進行拉伸試驗，試驗表明：金屬嵌件表面經(jīng)噴砂處理的澆注件拉伸力為22.72kN,而未經(jīng)噴砂處理的澆注件拉伸力僅有14.32kN,兩者相差8.38kNo4金屬嵌件的清潔要求金屬嵌件經(jīng)過表面處理，直接安裝于模具與環(huán)氧混合料中澆注成一體，在檢測中仍然發(fā)現(xiàn)有不合格產(chǎn)品出現(xiàn)。具體表現(xiàn)為金屬嵌件與環(huán)氧混合料結合附著力差、電性能未達到要求。該現(xiàn)象的產(chǎn)生原因主要在于金屬嵌件的清理、清洗和拿取時的工藝衛(wèi)生未達到要求。必須做到以下兒點：（1）金屬喉件經(jīng)表面處理后，特別是銅成件，要用零件盒及塑料袋包扎封口，嚴防染上灰塵及表面變色。嵌件在使用時應用酒精清洗后晾干方能使用。（2） 操作工在使用嵌件時，必須戴干凈手套進行安裝，嚴防臟物、硅脂粘在嵌件外表面上。（3） 對表面噴過砂的金屬嵌件，應用壓縮空氣將嵌件表面遺留細砂末吹干凈，用紙包裝好后再入庫。在安裝使用時嚴禁用臟手套或赤手直接接觸金屈表面,避免臟物和油脂粘在嵌件表面。經(jīng)噴砂的金屬喉件一般控制在一周內(nèi)用完，對濕度在86%以上的潮濕天氣必須當天用完。（4） 操作工對模具噴灑脫模劑時，金屬喉件必須遠離，防止脫模劑噴灑在金屬嵌件上造成金屬嵌件與環(huán)氧混合料結合力下降。（5） 金屬嵌件均應進行預