CN103981557A - 一种提高纯铝散热片散热效果的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高纯铝散热片散热效果的方法，通过将纯铝散热片在电解液中通过阳极氧化在纯铝散热片的表面形成纳米结构的多孔氧化铝层。通过在纯铝散热片的表面形成一层氧化铝纳米孔，在不增加散热片数量的同时增强散热片的散热能力。
Description
技术领域
本发明涉及散热片表面处理技术领域，具体涉及一种提高纯铝散热片散热效果的方法。
背景技术
随着科技的发展，散热问题变得越发的突出。据统计，在电力、冶金、化工、建材等高能耗行业中热能是能源的主要表现形式之一，估计达到80％的热量需要通过换热器予以转换，以适应不同的要求。特别是微电子技术方面，散热好坏会严重影响到系统稳定性以及硬件寿命。基于风冷，水冷和热管的传统散热技术已经出现乏力的现象，而较为新颖的散热技术，例如微通道，热电制冷和相变等；由于成本，工艺和使用条件等一系列的原因，也无法满足现阶段大规模的应用。所以发展一种成本，工艺可以接受以及在现阶段可以大规模应用的散热技术，可以在很大程度上缓解高功率密度器件大规模应用带来的散热问题，满足目前在散热上的迫切需求。
目前常用的散热器绝大部分采用风冷，水冷，散热片和热管相结合的技术。散热片在散热器的构成中占有重要的角色，一个散热器的好坏，很大程度上取决于散热片本身的吸热能力和热传导能力。现有的提高纯铝散热片的散热效果的方法大多是靠增加散热片的比表面实现，而为了增加其比表面积一般是将散热片加工成复杂的形状；一方面增加了加工工艺的复杂性，同时对铝材质要求高，增加了生产成本；另一方面，通过这种方式来增加散热片的比表面同时也会增加散热片的体积，从而导致散热器的体积增大，不能满足散热器功率越来越大，而体积越来越小的发展趋势。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种提高纯铝散热片散热效果的方法，通过在纯铝散热片的表面形成一层氧化铝纳米孔，在不增加散热片数量的同时增强散热片的散热能力。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种提高纯铝散热片散热效果的方法，通过将纯铝散热片在电解液中通过阳极氧化在纯铝散热片的表面形成纳米结构的多孔氧化铝层。
本发明所述的提高纯铝散热片散热效果的方法具体步骤如下：
步骤A：用去离子水与酸配制成电解液，并将电解液置于冰水浴中使电解液温度控制在5-10℃；
步骤B：用乙醇对纯铝散热片进行清洗，自然风干；
步骤C：以步骤B)处理后的纯铝散热器为阳极，石墨电极为阴极，步骤A)的草酸溶液为电解液，在直流电压下阳极氧化30-50分钟至散热片表面形成纳米结构的多孔氧化铝层。
在本申请中，发明人发现，当电解液的浓度较小时，在散热片的表生成的多孔氧化铝的孔径小，孔分布不均匀；而随着电解液浓度的增大，氧化铝层的孔径也越来越大，但当电解液浓度太高时候，氧化铝层的孔的数量减少，反而使其比表面下降。因此，作为本发明的一种优选的方案，步骤A中所述电解液的酸浓度为0.3-0.5mol/L。
本发明中所用的酸选自草酸、磷酸或硫酸中的一种。其中优选的为草酸，因为草酸在电解过程中产生不会产生有害气体，环保无污染。
在电解过程中为了排除其他离子的干扰，本发明中采用去离子水作为溶剂，离子数越少，干扰就越小，得到的氧化铝层中的孔分布越均匀。因此，作为本发明的一种优选的方案，步骤A中所述去离子水的电阻率为10-20MΩ·cm。
根据热力学原理，只要有温差存在，热量总是自发地从高温物体传向低温物体，由于温差普遍存在，故传热现象也是一种普遍存在的自然现象。热量的传递方式包括热传导、热对流和热辐射三种基本方式，它们可以单独存在，但往往以复合的传热方式出现。在本发明中纯铝散热片主要以热对流和热辐射将热量传递到空间散失掉，而在散热片的散热过程中，空气流体在风机作用下通过散热片表面将热量带走，称为强制对流换热，是热量散失的主要形式。
当单独考虑对流换热时，换热量的计算公式目前仍采用牛顿提出的计算公式：Qd＝αcA△t＝αcA(tw-tf)
式中：tw表示物体的表面温度(℃)；tf表示流体的温度(℃)；A表示物体参与换热的表面积(m2)；Δt表示物体表面温度与流体的温度差(℃)；比例系数αc称为对流换热系数(W/m2·℃)；
影响对流传热强弱的主要因素有：(1)对流运动成因和流动状态；(2)流体的物理性质(随种类、温度和压力而变化)；(3)传热表面的形状、尺寸和相对位置；(4)流体有无相变(如气态与液态之间的转化)；
故当散热片体积一定时若增大与流体的接触面积可增大换热量。
当单独考虑辐射散热时，散热片表面因辐射而放出的热量可用下式表示：
Qr＝εδA(tw 4-tf 4)
式中：Qr为辐射放出的热量(J)；A为传热面积(m2)；ε是物体表面的辐射率，其大小与物体材料温度、表面积及表面状况粗糙度有关；δ是斯特潘-玻尔兹曼常数，其值为5.67032×10-8W/(m-2·k-4)；
故提高热辐射的主要措施为：(1)增大物体表面越粗糙，热辐射能力就越强；(2)加大辐射物体表面积及其与周围环境温差以提高辐射效果。
发明人根据上述理论，通过阳极氧化的方法，制造多孔氧化铝的表面结构氧化层的孔径在20-100nm；通过台阶仪测试，得到氧化层厚度在7-12μm。这种结构使得散热片的比表面积增大，使得对流换热增强，同时由于纳米的多孔结构，使得散热片的辐射效果增强从而使得散热器的散热性能得到提高。
一种铝散热片，采用本发明的方法制备而成，其是在纯铝散热片表面形成一层纳米多孔氧化铝层。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
1.本发明采用电化学的阳极氧化法在纯铝散热片表面形成纳米多孔氧化铝结构从而改变了散热片表面的微观形貌，由此增大了散热片的热面积以提高散热片的的辐射能力，从而达到增大散热器散热能力的目的；
2.采用本发明的方法，在不增加散热片数量、不改变散热片形状的情况下增强了散热能力，相比同样散热效果的散热片不仅简化了制作工艺还降低了成本。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明的方法处理后的散热片表面电镜图；
图2为PTC陶瓷加热片和经过阳极氧化处理的纯铝散热器用导热硅脂连接并加风扇稳定工作时的表面温度图；
图3为PTC陶瓷加热片和未经过阳极氧化处理的纯铝散热器用导热硅脂连接并加风扇稳定工作时的表面温度图。
具体实施方式
以下是本发明具体的实施例。
实施例1
一种提高纯铝散热片散热效果的方法，具体步骤如下：
步骤A：用去离子水(电阻率为10MΩ·cm)与草酸配制浓度为0.3mol/L草酸溶液作为电解液，并将电解液置于冰水浴中使电解液温度控制在5℃；
步骤B：用乙醇(分析纯)对纯铝散热片进行清洗，自然风干；
步骤C：以步骤B)处理后的纯铝散热器为阳极，石墨电极为阴极，步骤A)的草酸溶液为电解液，在直流电压下阳极氧化40分钟至散热片表面形成孔径为20-100nm、厚度为7-12μm的多孔氧化铝层。
实施例2
一种提高纯铝散热片散热效果的方法，具体步骤如下：
步骤A：用去离子水(电阻率为15MΩ·cm)与草酸配制浓度为0.4mol/L草酸溶液作为电解液，并将电解液置于冰水浴中使电解液温度控制在8℃；
步骤B：用乙醇(分析纯)对纯铝散热片进行清洗，自然风干；
步骤C：以步骤B)处理后的纯铝散热器为阳极，石墨电极为阴极，步骤A)的草酸溶液为电解液，在直流电压下阳极氧化40分钟至散热片表面形成孔径为20-100nm、厚度为7-12μm的多孔氧化铝层。
实施例3
一种提高纯铝散热片散热效果的方法，具体步骤如下：
步骤A：用去离子水(电阻率为20MΩ·cm)与磷酸配制浓度为0.5mol/L草酸溶液作为电解液，并将电解液置于冰水浴中使电解液温度控制在10℃；
步骤B：用乙醇(分析纯)对纯铝散热片进行清洗，自然风干；
步骤C：以步骤B)处理后的纯铝散热器为阳极，石墨电极为阴极，步骤A)的草酸溶液为电解液，在直流电压下阳极氧化50分钟至散热片表面形成孔径为20-100nm、厚度为7-12μm的多孔氧化铝层。
图1为上述实施例2的方法处理后的散热片的表面电镜图，从图上可以看出：在散热片的表面形成了多孔接结构。
对比例1
对实施例2得到经过阳极氧化处理的散热片与未经处理的纯铝散热片进行散热效果对比测试，其中散热片底板厚度为2.1MM，齿片数量为6片，齿片厚度为1.2MM，齿的间距为2.96MM；具体步骤如下：
步骤A：串联一个万用表(VICTOR VC890C+)测试PTC陶瓷加热片(规格：24X14.7mm，电压220V)干烧时的工作电流，稳定后读数；
步骤B：将PTC陶瓷加热片和未经过阳极氧化处理的纯铝散热器用导热硅脂连接，再外接一个电风扇(ASB0312HA，DC12V，0.15A)强制对流换热，串联一个万用表(VICTOR VC890C+)测量PTC陶瓷加热片的工作电流，稳定后读数，并使用红外摄像仪(SAT S160B)测试陶瓷片表面温度；同时将PTC陶瓷加热片和经过阳极氧化处理的纯铝散热器用导热硅脂连接，再外界相同的电风扇(ASB0312HA，DC12V，0.15A)强制对流换热，串联一个万用表(VICTORVC890C+)测量PTC陶瓷加热片的工作电流(稳定后读数)，并使用红外摄像仪(SAT S160B)测试陶瓷片表面温度。
其中电流测试结果见表1，红外摄像仪(SAT S160B)测试陶瓷片表面温度见图2和图3。
表1：电流测试数据
| PTC陶瓷加热片 | 干烧 | 未经处理的散热 | 经过阳极氧化的 |
| 工作环境 | 器与风扇 | 散热器与风扇 | |
| 电流/mA | 0.07 | 0.48 | 0.53 |
从表1中可以看出，PTC陶瓷加热片在两种情况下的温度并没有太大的区别，但PTC陶瓷加热片再经过阳极氧化的散热器与风扇强制换热的条件下稳定工作时的电流最高，比未经氧化处理的散热器与风扇强制换热的条件下稳定工作时的电流高了大约10％，因为都是使用220V实验室电压，所以得出PTC陶瓷加热片功率提高了大约10％，从而得出这种情况下散热效果更好，从侧面证明了阳极氧化造成的多孔氧化铝表面结构的散热片散热效果是强于未经处理的散热片的。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种提高纯铝散热片散热效果的方法，其特征在于：通过将纯铝散热片在电解液中通过阳极氧化在纯铝散热片的表面形成纳米结构的多孔氧化铝层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其具体步骤如下：
步骤A：用去离子水与酸配制成电解液，并将电解液置于冰水浴中使电解液温度控制在5-10℃；
步骤B：用乙醇对纯铝散热片进行清洗，自然风干；
步骤C：以步骤B）处理后的纯铝散热器为阳极，石墨电极为阴极，步骤A）的草酸溶液为电解液，在直流电压下阳极氧化30-50分钟至散热片表面形成纳米结构的多孔氧化铝层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多孔氧化铝层的孔径为20-100nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多孔氧化铝层的厚度为7-15μm。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤A中所述电解液中的酸的浓度为0.3-0.5mol/L。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述酸为草酸、磷酸、硫酸中的一种。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：步骤A中所述去离子水的电阻率为10-20MΩ·cm。
8.一种用权利要求1-7任一项所述的方法制备的铝散热片，其特征在于：其是在纯铝散热片表面形成一层纳米多孔氧化铝层。
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|---|---|
| CN (1) | CN103981557A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107164797A (zh) * | 2017-04-11 | 2017-09-15 | 浙江洋铭工贸有限公司 | 一种压铸铝采暖散热片的电泳工艺 |
| CN109411430A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-03-01 | 广东美的制冷设备有限公司 | 智能功率模块及制备方法、电器 |
| CN111101181A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-05-05 | 天津大学 | 一种多孔阳极氧化铝冷却材料、制备方法及其在太阳能电池板冷却中的应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030213586A1 (en) * | 2002-05-16 | 2003-11-20 | Abb Schweiz Ag. | Cooling element |
| CN101266737A (zh) * | 2008-04-29 | 2008-09-17 | 乐金电子（南京）等离子有限公司 | 等离子体显示装置 |
| CN202419590U (zh) * | 2011-12-16 | 2012-09-05 | 葛文香 | 一种灯具散热器组件 |
-
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20030213586A1 (en) * | 2002-05-16 | 2003-11-20 | Abb Schweiz Ag. | Cooling element |
| CN101266737A (zh) * | 2008-04-29 | 2008-09-17 | 乐金电子（南京）等离子有限公司 | 等离子体显示装置 |
| CN202419590U (zh) * | 2011-12-16 | 2012-09-05 | 葛文香 | 一种灯具散热器组件 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 茅艳婷等: ""铝合金表面阳极氧化处理及膜层的散热性能"", 《材料保护》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107164797A (zh) * | 2017-04-11 | 2017-09-15 | 浙江洋铭工贸有限公司 | 一种压铸铝采暖散热片的电泳工艺 |
| CN109411430A (zh) * | 2018-10-31 | 2019-03-01 | 广东美的制冷设备有限公司 | 智能功率模块及制备方法、电器 |
| CN111101181A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-05-05 | 天津大学 | 一种多孔阳极氧化铝冷却材料、制备方法及其在太阳能电池板冷却中的应用 |
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