CN103173712A - 一种高红外辐射散热涂层的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高红外辐射散热涂层的制备方法，主要解决了现有的电子器件由于散热不好，而导致产品使用寿命短和因温度升高所带来的安全隐患的技术难题。上述散热涂层主要成分为Mn-Cr-Ti-Cu体系多元氧化物，将该体系氧化物粉料通过等离子体喷涂的方法在基体表面制备高红外发射率涂层。该涂层粉料成分为以下氧化物的一种或多种，MnO25-47％；Cr2O337-70％；CuO 5-12％；TiO211-25％。本发明所制备的高红外辐射散热涂层材料，具有高的红外辐射率和良好的散热性能，与基体结合强度高。可以有效降低电子仪器中的温度，提高电子设备的可靠性，适用于电子测量仪器、计算机机房设备、测控系统、飞机、精密武器等多个领域。该涂层材料结构紧凑、质量轻、粘结性能高，耐冲击和震动能力强，且该工艺实用，适合于工业化生产。

Description

一种高红外辐射散热涂层的制备方法
技术领域
本发明涉及一种散热涂层的制备方法，特别是一种与基体结合性能好的高红外辐射散热涂层的制备方法，属于特种涂层制备及应用技术领域。
背景技术
随着科技的不断发展，电子设备、计算机与家用电器的大量涌现和广泛普及，电子器件的高度集成化、大容量化越来越严重的影响到了电路的安全使用。特别是随着工作时间的延长，由于器件发热而导致温度升高，温度上升容易引起电子器件工作温度升高、精密控制电子器件精度下降或者不稳定，进而也影响着整个仪器的精确控制能力。还由于电子器件的精密要求，大部分期间封闭在密封的壳体环境中，散热空间有限，无法采用外加通风、水冷等辅助散热手段，因此需要研究封闭热源系统的自排热降温方法，以保证产品可靠稳定的工作。壳体内部的热量通常以红外辐射的形式传输到壳体上，为确保吸收的热能有效的排散到周围环境中，壳体外表面可以喷涂具有较高的红外发射率的散热涂层材料，将基体内部热量以红外辐射形式散失到周围环境，有效降低壳体内部的温度。
高红外发射率散热涂层可以有效降低电子仪器中的温度，提高电子设备的可靠性，广泛地应用于电子测量仪器、计算机机房设备、测控系统、飞机、精密武器等多个领域，特别是能够满足精密军事装备的微型化、可靠性对热量排输的要求。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术的不足，而提供一种高红外辐射散热涂层的制备方法。该方法主要解决了现有的电子器件由于散热不好，而导致产品使用寿命短和因温度升高所带来的安全隐患的技术难题。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种高红外辐射散热涂层的制备方法，其散热涂层主要成分为Mn-Cr-Ti-Cu体系多元氧化物，将该体系氧化物粉料通过等离子体喷涂的方法在基体表面制备高红外发射率涂层。该涂层粉料成分为以下氧化物的一种或多种，其所占摩尔比例如下：MnO25-47％；Cr2O3 37-70％；CuO 5-12％；TiO211-25％。将所选原料的纯度要求为分析纯，粒度要求均匀且为亚微米级，这样可以获得质量稳定、性能优良的粉料。所有原料的纯度至少为99％以上。
根据上述的高红外辐射散热涂层，本发明的工艺包括以下步骤：
a.按组分配比称取原料，用乙醇为溶剂，球磨1-4小时，然后烘干，放入氧化铝坩埚中，在1000-1150℃下预烧1-24小时，以减少比表面。再次球磨烘干后，在1200-1350℃下煅烧0.5-6小时，缓慢降至室温制备粉料。
b.将制备好的粉料加入PVA等有机粘结剂、分散剂及适量去离子水后制浆，采用喷雾造粒的方法制成呈球形、流动性好、粒度约40-60μm的粉末。
c.表面处理直接影响膜基结合性能，以及使用性能和可靠性。在喷涂前必须对基材进行表面处理，首先采用机械抛光法将基底表面打磨，再进行喷砂，使表面清洁并有适当的粗糙度，增大膜层与基板之间的实际结合面积，提高膜层与基板之间的结合力。
d.等离子体喷涂中间过渡层，以增加涂层的结合强度，该过渡层采用粒径40-60μm的镍包铝Ni-Al粉体，喷涂在壳体基板上。
e.采用等离子喷涂高红外辐射Mn-Cr-Ti-Cu系氧化物涂层，严格控制喷涂功率、喷涂距离和喷涂角、喷枪与工件的相对运动速度等影响涂层性能的参数。同时喷涂的厚度必须均匀，并且厚度为20-150μm，太厚会影响产品的重量，太薄则会影响辐射效果。
根据上述的高红外辐射散热涂层，本专利的基体材料可以是不锈钢、铁、铜、铝等金属，也可以是陶瓷、玻璃等材料。
本发明所制备的高红外辐射散热涂层材料，具有高的红外辐射率和良好的散热性能，与基体结合强度高且有高的硬度。可以有效降低电子仪器中的温度，提高电子设备的可靠性，适用于电子测量仪器、计算机机房设备、测控系统、飞机、精密武器等多个领域。该涂层材料结构紧凑、质量轻、粘结性能高，耐冲击和震动能力强，且该工艺实用，适合于工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1-5中基体材料为铝合金，在其上面制备100μm厚的高发射率红外辐射散热涂层。其中高红外辐射散热涂层粉料的成分列入表1，所选原料的纯度要求为分析纯，粒度要求均匀且为亚微米级，所有原料的纯度至少为99％以上。
按组分配比称取原料，用乙醇为溶剂，球磨4小时，然后烘干，放入氧化铝坩埚中，在1050℃下预烧24小时。再次球磨烘干后，在1300℃下煅烧6小时，缓慢降至室温。
将制备好的粉料加入PVA等有机粘结剂、分散剂及适量去离子水后制浆，采用喷雾造粒的方法制成呈球形、流动性好、粒度约40-60μm的粉末。
对基材进行表面处理，首先采用机械抛光法将基底表面打磨，再进行喷砂，随后喷涂镍包铝Ni-Al粉体中间过渡层，以增加涂层的结合强度。最后采用等离子喷涂高红外辐射Mn-Cr-Ti-Cu系氧化物涂层，喷涂电流为550A、电压为60V，送粉率为30g·min-1。
最后通过喷涂时间控制涂层的厚度，检测涂层的红外发射率为0.91。
表1高红外辐射散热涂层粉料的成分
  氧化物   成分范围   实施例1   实施例2   实施例3   实施例4   实施例5
  MnO2   5-47   15   33   40   5   47
  Cr2O3   37-70   54   46   42   70   37
  TiO2   5-12   6   8   6   12   5
  CuO   11-25   25   13   12   13   11

Claims (9)

1.一种高红外辐射散热涂层的制备方法，其散热涂层主要成分为Mn-Cr-Ti-Cu体系多元氧化物，将该体系氧化物粉料通过等离子体喷涂的方法在基体表面制备高红外发射率涂层，该涂层粉料成分为以下氧化物的一种或多种，其所占摩尔比例如下：MnO25-47％、Cr2O337-70％、CuO 5-12％、TiO211-25％，将所选原料的纯度要求为分析纯，粒度要求均匀且为亚微米级，所有原料的纯度至少为99％以上。
2.如权利要求1所述的一种高红外辐射散热涂层的制备方法，其方法包括以下工艺步骤：
a.按组分配比称取原料，用乙醇为溶剂，球磨1-4小时，然后烘干，放入氧化铝坩埚中，在1000-1150℃下预烧1-24小时，以减少比表面，再次球磨烘干后，在1200-1350℃下煅烧0.5-6小时，缓慢降至室温制备粉料；
b.将制备好的粉料加入PVA、有机粘结剂、分散剂及适量去离子水后制浆，采用喷雾造粒的方法制成呈球形、流动性好、粒度约40-60μm的粉末；
c.，在喷涂前必须对基体进行表面处理，首先采用机械抛光法将基底表面打磨，再进行喷砂，使表面清洁并有适当的粗糙度，增大膜层与基板之间的实际结合面积，提高膜层与基板之间的结合力；
d.等离子体喷涂中间过渡层，以增加涂层的结合强度，该过渡层采用粒径40-60μm的镍包铝Ni-Al粉体，喷涂在壳体基板上；
e.采用等离子喷涂高红外辐射Mn-Cr-Ti-Cu系氧化物涂层，严格控制喷涂功率、喷涂距离和喷涂角、喷枪与工件的相对运动速度等影响涂层性能的参数，同时喷涂的厚度必须均匀，并且厚度为20-150μm。
3.如权利要求2所述的一种高红外辐射散热涂层的制备方法，其中涉及的基体材料采用不锈钢、铁、铜、铝和陶瓷、玻璃材料。
4.如权利要求1或2所述的一种高红外辐射散热涂层的制备方法，其具体步骤：(1)基体材料采用铝合金，在其上面制备100μm厚的高发射率红外辐射散热涂层，其中高红外辐射散热涂层成分所选原料的纯度要求为分析纯，粒度要求均匀且为亚微米级，按组分配比称取原料；(2)用乙醇为溶剂，球磨4小时，然后烘干，放入氧化铝坩埚中，在1050℃下预烧24小时，再次球磨烘干后，在1300℃下煅烧6小时，缓慢降至室温；(3)将制备好的粉料加入PVA、有机粘结剂、分散剂及适量去离子水后制浆，采用喷雾造粒的方法制成呈球形、流动性好、粒度约40-60μm的粉末；(4)对基材进行表面处理，首先采用机械抛光法将基底表面打磨，再进行喷砂，随后喷涂镍包铝Ni-Al粉体中间过渡层，以增加涂层的结合强度，最后采用等离子喷涂高红外辐射Mn-Cr-Ti-Cu系氧化物涂层，喷涂电流为550A、电压为60V，送粉率为30g·min-1；(5)最后通过喷涂时间控制涂层的厚度，检测涂层的红外发射率为0.91。
5.如权利要求4所述的一种高红外辐射散热涂层的制备方法，其所述的高红外辐射散热涂层成分所占摩尔比例，氧化物MnO215、Cr2O354、TiO26、CuO25。
6.如权利要求4所述的一种高红外辐射散热涂层的制备方法，其所述的高红外辐射散热涂层成分所占摩尔比例，氧化物MnO233、Cr2O346、TiO28、CuO13。
7.如权利要求4所述的一种高红外辐射散热涂层的制备方法，其所述的高红外辐射散热涂层成分所占摩尔比例，氧化物MnO240、Cr2O342、TiO26、CuO12。
8.如权利要求4所述的一种高红外辐射散热涂层的制备方法，其所述的高红外辐射散热涂层成分所占摩尔比例，氧化物MnO25、Cr2O370、TiO212、CuO13。
9.如权利要求4所述的一种高红外辐射散热涂层的制备方法，其所述的高红外辐射散热涂层成分所占摩尔比例，氧化物MnO247、Cr2O337、TiO25、CuO11。
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