CN107541763A - 一种高导热铝基板的氧化处理方法 - Google Patents

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何波
田云杰
帅红
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Abstract

本发明提供一种高导热铝基板的氧化处理方法，通过预处理、微弧氧化处理及后处理三个步骤对铝基板进行氧化处理，所述微弧氧化处理具体为配置微弧氧化电解液，是由包括12‑18g/L的硅酸钠，1.2‑1.6g/L的氢氧化钠，2.5‑3.5g/L的EDTA二钠，0.2‑0.3g/L的十二烷基苯磺酸钠组成；将预处理后的铝基板置于微弧氧化电解液中微弧氧化；微弧氧化处理工艺条件为：电流密度3‑5A/dm2、脉冲频率500‑1200Hz、脉冲占空比15％‑70％、时间20‑50min。本发明方法获得满足智能功率模块性能要求的微弧氧化膜层，处理后的铝基板膜层导热系数高达21.3W/m·k，击穿电压为0.34KV，具备高导热特性，具有广泛的适用领域。

Description

一种高导热铝基板的氧化处理方法
技术领域
本发明属于铝基板加工技术领域，涉及一种高导热铝基板的氧化处理方法，具体涉及一种用于变频智能电器的高导热铝基板的微弧氧化处理方法。
背景技术
随着时代进步，在当前能源紧缺的大环境下，变频智能电器由于具有节能、舒适等优点，符合国内外可持续发展战略，具有广泛的引用前景。变频智能电器的核心器件为功率变换模块，目前应用最多的功率变换模块是智能功率模块(IPM)。随着变频智能电器的发展，大量企业也开始对智能功率模块进行研发。基板是智能功率模块的主要组成部分，需要具备良好导热性、结合性及绝缘性。
目前国内多使用阳极氧化铝基板。铝基板的结构通常可以分为三层：金属基板层、绝缘层以及铜箔，其中金属基板的厚度一般只有几个毫米。贴装在铜箔表面的功率器件表面在运行时产生会产生大量的热量，金属基板层由于具有高热导率，可以将从中间的绝缘层传递过来的热量迅速传递出去，从而实现基板的散热功能。但金属基层与绝缘层的界面结合效果是压合过程中需要注意的一个问题，界面之间的接触如果不够紧密会导致大的接触热阻，那么设备在运行过程中产生的热量在这个界面上的传递过程就会受到影响，甚至缩短器件的使用寿命。为了解决界面的贴合问题，在生产过程中对基板进行表面处理，目前最常使用的表面处理技术为阳极氧化。
然而阳极氧化铝基板的综合性能，尤其是绝缘性不佳及表面的阳极氧化膜硬度较低，限制了其在智能功率模块上的应用范围。因此有研究提出采用微弧氧化的处理技术，微弧氧化得到的膜层不仅具有良好的基体结合能力，还具有优良的耐腐蚀、耐高温氧化性、耐磨损性和绝缘性。
但是目前尚未见到微弧氧化处理的智能功率模块相关产品及工业化应用，主要是因为微弧氧化处理过程反应剧烈，伴有火花放点及弧光，因此导致火花放电的能量传递至成膜用溶液，使得溶液温度升高，对成膜产生不利的影响，影响成膜的综合性能，尤其是导热性受到较大的影响，因此不利于在变频智能电器的应用。
发明内容
本发明为了解决上述背景技术的问题，提供一种高导热铝基板的氧化处理方法，获得满足智能功率模块性能要求的微弧氧化膜层，处理后的铝基板膜层导热系数高达21.3W/m·k，击穿电压为0.34KV，具备高导热特性，具有广泛的适用领域。
一种高导热铝基板的氧化处理方法，其具体包括以下步骤：
(1)预处理
对铝基板机械能切割，并进行钻孔，用去离子水洗净，再用超声波清洗15-30min，干燥备用。
(2)微弧氧化处理
配置微弧氧化电解液，所述微弧氧化电解液是由包括12-18g/L的硅酸钠，1.2-1.6g/L的氢氧化钠，2.5-3.5g/L的EDTA二钠，0.2-0.3g/L的十二烷基苯磺酸钠组成；将步骤(1)预处理后的铝基板置于微弧氧化电解液中微弧氧化；
微弧氧化处理工艺条件为：电流密度3-5A/dm2、脉冲频率500-1200Hz、脉冲占空比15％-70％、时间20-50min；
(3)后处理
将步骤(2)微弧氧化处理后的铝基板用去离子水进行清洗，再超声波清洗15-30min，干燥。
其中，所述钻孔的直径为2-4mm。
其中，所述微弧氧化电解液还包括6-8g/L的钨酸钠。添加钨酸钠以增加微弧氧化膜层的厚度，提高膜层的致密度和硬度。
其中，所述微弧氧化电解液还包括0.8-1.2ml/L的植酸。添加植酸以增加微弧氧化膜层的耐腐蚀性。
其中，所述微弧氧化电解液是由包括14-16g/L的硅酸钠，1.4-1.5g/L的氢氧化钠，2.8-3.1g/L的EDTA二钠，0.24-0.26g/L的十二烷基苯磺酸钠组成。
本发明是通过调节微弧氧化的频率与脉冲占空比，以及微弧氧化电解液的成分对最终形成的微弧氧化膜层中各组织的含量与微观结构进行调整，电参数主要影响微弧氧化的能量过程，从而对膜层的相含量进行影响，而微弧氧化电解液成分主要影响微弧氧化的物质传输过程，对膜层的相成分以及结构进行影响。本发明在电解液中加入钨酸钠与十二烷基苯磺酸钠以后，膜层的相组成明显发生了改变，因此对于微弧氧化工艺而言可以根据应用需要调整电参数或者电解液成份来获得所需的微弧氧化膜层。
本发明有益之处在于：
1、本发明所制得的微弧氧化膜层，与阳极氧化膜层进行对比，本发明所制得微弧氧化膜层主要由不同结构的氧化铝晶体以及莫来石相组成，膜层表面呈现出多孔的粗糙结构，处理后的铝基板膜层导热系数高达21.3W/m·k，击穿电压为0.34KV，具备高导热特性。
2、本发明所制得的微弧氧化膜层表面粗糙度为0.75-0.80μm，表面孔径分布范围为0-1μm，具有较高的膜层结合性；
3、本发明具备高导热特性，所制备处理的铝基板适用于智能功率模块，具有广泛的应用前景和工业价值。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明。值得指出的是，给出的实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术人员根据本发明的内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍应属于本发明保护范围。
实施例1
一种高导热铝基板的氧化处理方法，其具体包括以下步骤：
(1)预处理
对铝基板机械能切割，并进行钻孔，用去离子水洗净，再用超声波清洗15min，干燥备用。
(2)微弧氧化处理
配置微弧氧化电解液，所述微弧氧化电解液是由包括14g/L的硅酸钠，1.5g/L的氢氧化钠，2.8g/L的EDTA二钠，0.25g/L的十二烷基苯磺酸钠，7.5g/L的钨酸钠，0.8ml/L的植酸组成；将步骤(1)预处理后的铝基板置于微弧氧化电解液中微弧氧化；
微弧氧化处理工艺条件为：电流密度3.5A/dm2、脉冲频率800Hz、脉冲占空比20％-45％、时间25min；
(3)后处理
将步骤(2)微弧氧化处理后的铝基板用去离子水进行清洗，再超声波清洗15min，干燥。
其中，所述钻孔的直径为2mm。
实施例2
一种高导热铝基板的氧化处理方法，其具体包括以下步骤：
(1)预处理
对铝基板机械能切割，并进行钻孔，用去离子水洗净，再用超声波清洗20min，干燥备用。
(2)微弧氧化处理
配置微弧氧化电解液，所述微弧氧化电解液是由包括18g/L的硅酸钠，1.6g/L的氢氧化钠，3.5g/L的EDTA二钠，0.3g/L的十二烷基苯磺酸钠，8g/L的钨酸钠，1.2ml/L的植酸组成；将步骤(1)预处理后的铝基板置于微弧氧化电解液中微弧氧化；
微弧氧化处理工艺条件为：电流密度5A/dm2、脉冲频率1200Hz、脉冲占空比45％-65％、时间50min；
(3)后处理
将步骤(2)微弧氧化处理后的铝基板用去离子水进行清洗，再超声波清洗20min，干燥。
其中，所述钻孔的直径为3mm。
实施例3
一种高导热铝基板的氧化处理方法，其具体包括以下步骤：
(1)预处理
对铝基板机械能切割，并进行钻孔，用去离子水洗净，再用超声波清洗30min，干燥备用。
(2)微弧氧化处理
配置微弧氧化电解液，所述微弧氧化电解液是由包括12g/L的硅酸钠，1.2g/L的氢氧化钠，2.5g/L的EDTA二钠，0.2g/L的十二烷基苯磺酸钠，6g/L的钨酸钠，0.8ml/L的植酸组成；将步骤(1)预处理后的铝基板置于微弧氧化电解液中微弧氧化；
微弧氧化处理工艺条件为：电流密度3A/dm2、脉冲频率500Hz、脉冲占空比15％-25％、时间20min；
(3)后处理
将步骤(2)微弧氧化处理后的铝基板用去离子水进行清洗，再超声波清洗30min，干燥。
其中，所述钻孔的直径为4mm。
实施例4
一种高导热铝基板的氧化处理方法，其具体包括以下步骤：
(1)预处理
对铝基板机械能切割，并进行钻孔，用去离子水洗净，再用超声波清洗20min，干燥备用。
(2)微弧氧化处理
配置微弧氧化电解液，所述微弧氧化电解液是由包括13g/L的硅酸钠，1.4g/L的氢氧化钠，2.8g/L的EDTA二钠，0.24g/L的十二烷基苯磺酸钠，6.5g/L的钨酸钠组成；将步骤(1)预处理后的铝基板置于微弧氧化电解液中微弧氧化；
微弧氧化处理工艺条件为：电流密度3A/dm2、脉冲频率600Hz、脉冲占空比25％-55％、时间30min；
(3)后处理
将步骤(2)微弧氧化处理后的铝基板用去离子水进行清洗，再超声波清洗20min，干燥。
其中，所述钻孔的直径为3mm。
实施例5
一种高导热铝基板的氧化处理方法，其具体包括以下步骤：
(1)预处理
对铝基板机械能切割，并进行钻孔，用去离子水洗净，再用超声波清洗20min，干燥备用。
(2)微弧氧化处理
配置微弧氧化电解液，所述微弧氧化电解液是由包括12-18g/L的硅酸钠，1.5g/L的氢氧化钠，3.2g/L的EDTA二钠，0.27g/L的十二烷基苯磺酸钠，0.95ml/L的植酸组成；将步骤(1)预处理后的铝基板置于微弧氧化电解液中微弧氧化；
微弧氧化处理工艺条件为：电流密度5A/dm2、脉冲频率800Hz、脉冲占空比55％-70％、时间15min；
(3)后处理
将步骤(2)微弧氧化处理后的铝基板用去离子水进行清洗，再超声波清洗20min，干燥。
其中，所述钻孔的直径为3mm。

Claims (5)

1.一种高导热铝基板的氧化处理方法，其特征在于具体包括以下步骤：
(1)预处理
对铝基板机械能切割，并进行钻孔，用去离子水洗净，再用超声波清洗15-30min，干燥备用。
(2)微弧氧化处理
配置微弧氧化电解液，所述微弧氧化电解液是由包括12-18g/L的硅酸钠，1.2-1.6g/L的氢氧化钠，2.5-3.5g/L的EDTA二钠，0.2-0.3g/L的十二烷基苯磺酸钠组成；将步骤(1)预处理后的铝基板置于微弧氧化电解液中微弧氧化；
微弧氧化处理工艺条件为：电流密度3-5A/dm2、脉冲频率500-1200Hz、脉冲占空比15％-70％、时间20-50min；
(3)后处理
将步骤(2)微弧氧化处理后的铝基板用去离子水进行清洗，再超声波清洗15-30min，干燥。
2.根据权利要求1所述高导热铝基板的氧化处理方法，其特征在于：所述钻孔的直径为2-4mm。
3.根据权利要求1所述高导热铝基板的氧化处理方法，其特征在于：所述微弧氧化电解液还包括6-8g/L的钨酸钠。
4.根据权利要求3所述高导热铝基板的氧化处理方法，其特征在于：所述微弧氧化电解液还包括0.8-1.2ml/L的植酸。
5.根据权利要求4所述高导热铝基板的氧化处理方法，其特征在于：所述微弧氧化电解液是由包括14-16g/L的硅酸钠，1.4-1.5g/L的氢氧化钠，2.8-3.1g/L的EDTA二钠，0.24-0.26g/L的十二烷基苯磺酸钠组成。
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