CN112626511A - 钢片钝化工艺、钝化钢片以及均温板 - Google Patents

钢片钝化工艺、钝化钢片以及均温板 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种钢片钝化工艺,包括如下步骤:提供钢片;对所述钢片进行预处理,得到预处理钢片;将所述预处理钢片浸泡在钝化液中进行钝化处理,完成后清洗干净并干燥得到钝化钢片。上述钢片钝化工艺的钝化液中包含苯环类有机物和无机物两类物质,通过该钢片钝化工艺制备得到的钝化钢片上形成的钝化膜为包含碳链和无机氧化物的复合膜层。该钝化钢片在用作均热板的盖板时,钝化钢片上形成的钝化膜降低了钝化钢片与水的反应,与表面覆盖铜层的钢片相比,这种钝化钢片不会因为铜和钢材之间形成原电池而加速钢材与水的反应,从而使得这种钝化钢片使用寿命可以延长约2倍-7倍。本发明还提供了钝化钢片以及均温板。

Description

钢片钝化工艺、钝化钢片以及均温板
【技术领域】
本发明涉及散热器件技术领域,尤其涉及一种钢片钝化工艺、该钢片钝化工艺制备得到的钝化钢片以及包括该钝化钢片的均温板。
【背景技术】
均温板是一种二维热传导器件,均温板的真空腔底部的液体在吸收热量后,蒸发扩散至真空腔内,将热量传导至顶部,随后冷凝为液体回到底部。这种类似冰箱空调的蒸发、冷凝过程在真空腔内快速循环,实现了相当高的散热效率。
传统的均温板的上盖板和下盖板多为铜或铜合金,材料强度和支撑效果欠缺,难以超薄化。而钢材作为高强度的支撑材料用于均温板在使用过程中会产生非凝结性气体,无法直接使用,需要在盖板内侧进行化学或物理覆盖。
传统的解决方案是通过在钢材的表面覆盖铜层来改善上述问题,但由于铜和钢材之间会形成原电池而加速钢材与水的反应,从而降低了钢材的使用寿命。
【发明内容】
基于此,有必要提供一种钢片钝化工艺,通过该钢片钝化工艺制备得到的钝化钢片用作均热板的盖板时具有更长的使用寿命。
此外,还有必要提供一种该钢片钝化工艺制备得到的钝化钢片以及包括该钝化钢片的均温板。
一种钢片钝化工艺,包括如下步骤:
提供钢片;
对所述钢片进行预处理,得到预处理钢片;以及
将所述预处理钢片浸泡在上述的钝化液中进行钝化处理,完成后清洗干净并干燥,得到钝化钢片,其中,所述钝化液包括5g/L-10g/L的含氮或含硫的苯环类有机物和0.5g/L-5g/L的无机物,所述无机物为硅酸盐、稀土化合物或过渡金属化合物,所述钝化液的pH为4-6的水溶液。
优选的,所述含氮或含硫的苯环类有机物为苯并三氮唑、二氨基三氮杂茂或萘磺酸。
优选的,所述硅酸盐为硅酸钠或硅酸钾;所述稀土化合物为稀土硝酸盐、稀土盐酸盐或稀土硫酸盐;所述过渡金属化合物为过渡金属硝酸盐、过渡金属盐酸盐或过渡金属硫酸盐。
优选的,所述钝化液还包括5g/L-10g/L的弱酸和0.5g/L-2g/L的表面活性剂。
优选的,所述弱酸为磺基水杨酸、单宁酸或没食子酸。
优选的,所述表面活性剂为聚乙烯醇、聚乙二醇400-1000或脂肪醇聚氧乙烯醚。
优选的,将所述预处理钢片浸泡在钝化液中进行钝化处理的操作中,所述钝化液的温度为40℃-70℃,所述预处理钢片的浸泡时间为5min-30min。
优选的,对所述钢片进行预处理,得到预处理钢片的操作为:
将所述钢片浸泡在温度为70℃-80℃的除油液中20min-30min进行除油处理,完成后清洗干净得到第一预处理钢片,其中,所述除油液包括10g/L-50g/L的氢氧化钠、10g/L-50g/L的碳酸钠以及1mL/L-5mL/L的OP乳化剂;
将所述第一预处理钢片浸泡在温度为20℃-40℃的酸洗液中1min-2min进行酸洗处理,完成后清洗干净得到第二预处理钢片,其中,所述酸洗液包括体积分数为20%-30%的盐酸和3g/L-5g/L的若丁;以及
将所述第二预处理钢片浸泡在温度为15℃-30℃的活化液中0.5min-1min进行活化处理,完成后清洗干净得到所述预处理钢片,其中,所述活化液包括体积分数为10%-20%的盐酸和5g/L-10g/L的乙酸。
一种钝化钢片,采用上述的钢片钝化工艺制备得到。
一种均温板,包括依次设置的上盖板、毛细结构和下盖板,所述上盖板和所述下盖板之间形成用于存储冷却介质的封闭腔体,所述毛细结构设置在所述封闭腔体内;
所述上盖板和/或所述下盖板为上述的钝化钢片。
优选的,所述下盖板靠近所述上盖板的内壁上设有向所述上盖板凸出延伸的多个支撑柱。
优选的,所述毛细结构设置在所述上盖板靠近所述下盖板一侧的内壁上,所述支撑柱与所述毛细结构相抵接。
优选的,所述毛细结构通过金属丝编织、金属粉烧结或表面电化学沉积形成于所述封闭腔体内。
上述钢片钝化工艺的钝化液中包含苯环类有机物和无机物两类物质,通过该钢片钝化工艺制备得到的钝化钢片上形成的钝化膜为包含碳链和无机氧化物的复合膜层。该钝化钢片在用作均热板的盖板时,钝化钢片上形成的钝化膜降低了钝化钢片与水的反应,与表面覆盖铜层的钢片相比,这种钝化钢片不会因为铜和钢材之间形成原电池而加速钢材与水的反应,从而使得这种钝化钢片使用寿命可以延长约2倍-7倍。
此外,通过该钢片钝化工艺制备得到的钝化钢片的钝化膜致密、结合力好、耐蚀性强,并且钝化膜的厚度在10nm-100nm之间,从而不会造成钢片厚度的增加。
【附图说明】
图1为一实施方式的钢片钝化工艺的流程图。
图2为如图1所示的钢片钝化工艺的S20的具体流程图。
图3为一实施方式的均温板的立体结构示意图。
图4为如图3所示的均温板的A-A向的剖面结构示意图。
图5为如图3所示的均温板的爆炸结构示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
如图1所示的一实施方式的一种钢片钝化工艺,包括如下步骤:
S10、提供钢片。
优选的,钢片为不锈钢片。
具体来说,钢片的厚度可以为0.05mm-0.4mm。
本实施方式中,钢片可以为普通的钢片,也可以为经过蚀刻处理后得到的具有蚀刻结构的钢片。
S20、对S10得到的钢片进行预处理,得到预处理钢片。
一般来说,预处理通常包括除油处理、酸洗处理、活化处理等操作。
结合图2,具体来说,S20为:
S21、将钢片浸泡在温度为70℃-80℃的除油液中20min-30min进行除油处理,完成后清洗干净得到第一预处理钢片。
优选的,除油液包括10g/L-50g/L的氢氧化钠、10g/L-50g/L的碳酸钠以及1mL/L-5mL/L的OP乳化剂。
除油处理的目的为去除钢片表面油污,使钢片表面完全亲水。
除油液中的氢氧化钠和碳酸钠浓度过低时脱脂力度不够,难以将油污完全去除,影响形成的膜层的均匀性和结合力,导致表面发花、焊接不良等缺陷,浓度过高时润湿性差,且会对钢片造成损伤。
除油液中的OP乳化剂作为表面活性剂,提高其分散性和润湿性,有利于增强脱脂能力,过低时效果不佳,过高时易残留表面难以清洗。
S21中,清洗干净的操作为采用纯水清洗干净。
S22、将S21得到的第一预处理钢片浸泡在温度为20℃-40℃的酸洗液中1min-2min进行酸洗处理,完成后清洗干净得到第二预处理钢片。
优选的,酸洗液包括体积分数为20%-30%的盐酸和3g/L-5g/L的若丁。
酸洗处理的目的为去除钢片表面的氧化皮。
盐酸对不锈钢氧化皮的清除能力较强,浓度过低时所需时间较长,效率低下,浓度过高时会导致表面过腐蚀,温度过高时也会加速腐蚀,因此酸洗处理的温度不宜高于40℃。
为了避免过腐蚀、抑制酸雾,可在其中加入适量的若丁等缓蚀剂,缓蚀剂含量过低过高都会影响酸洗效率。
S22中,清洗干净的操作为采用纯水清洗干净。
S23、将S22得到的第二预处理钢片浸泡在温度为15℃-30℃的活化液中0.5min-1min进行活化处理,完成后清洗干净得到预处理钢片。
优选的,活化液包括体积分数为10%-20%的盐酸和5g/L-10g/L的乙酸。
活化处理的目的为提高钢片表面活性,保证钝化层和钢片的结合力。活化液的酸度不宜过高时间不宜过长,因为经过酸洗后氧化层已经没有或很薄,酸度过高或时间过长会导致过腐蚀,影响钢片性能,最好保持在较低浓度(<20%)并辅以一定的乙酸,降低氯离子的侵蚀,但为了保证效果浓度也不宜过低(<10%),尤其当酸洗和钝化之间停留时间较长时。
具体来说,活化处理的温度可以为20℃或25℃。
S23中,清洗干净的操作为采用纯水冲洗干净,冲洗干净后得到的预处理钢片快速浸泡到钝化液中以进行下一步反应。
S30、将S20得到的预处理钢片浸泡在钝化液中进行钝化处理,完成后清洗干净并干燥,得到钝化钢片。
钝化液的pH为4-6的水溶液,钝化液包括5g/L-10g/L的含氮或含硫的苯环类有机物、0.5g/L-5g/L的无机物以及5g/L-10g/L的弱酸。
无机物为硅酸盐、稀土化合物或过渡金属化合物。
钝化处理的目的为在钢片表面形成一层钝化膜,从而得到钝化钢片。
本实施方式中,钝化液包括苯环类有机物和无机物两类物质,从而使得钝化钢片上形成的钝化膜为包含碳链和无机氧化物的复合膜层。无机物不仅作为辅助成膜物质,还作为填孔剂来增强钝化膜的致密性。含氮或含硫的苯环类有机物,可吸附于钢片表面或以螯合的形式在表面形成一层有机膜,浓度过高溶解性差,过低时成膜反应慢,用量在5g/L-10g/L为宜,钢片表面被无机膜占据后难以形成复合膜。
上述钢片钝化工艺制得的钝化钢片在用作均热板的盖板时,钝化钢片上形成的钝化膜降低了钝化钢片与水的反应,与表面覆盖铜层的钢片相比,这种钝化钢片不会因为铜和钢材之间形成原电池而加速钢材与水的反应,从而使得这种钝化钢片使用寿命可以延长约2倍-7倍。
此外,上述钢片钝化工艺制得的钝化钢片的钝化膜致密、结合力好、耐蚀性强,并且钝化膜的厚度在10nm-100nm之间,从而不会造成钢片厚度的增加。
优选的,含氮或含硫的苯环类有机物为苯并三氮唑、二氨基三氮杂茂或萘磺酸。上述有机物分子均具有氮或硫等电负性大的元素,拥有较强的表面活性和吸附能力。可吸附于钢片表面或以螯合的形式在表面形成一层有机膜。
显而易见的,无机物为可以溶解在pH为4-6的钝化液中的物质。
优选的,硅酸盐可以为硅酸钠或硅酸钾;稀土化合物可以为稀土硝酸盐、稀土盐酸盐或稀土硫酸盐;过渡金属化合物可以为过渡金属硝酸盐、过渡金属盐酸盐或过渡金属硫酸盐。
优选的,钝化液还包括5g/L-10g/L的弱酸和0.5g/L-2g/L的表面活性剂。
弱酸和表面活性剂的添加,更有利于钝化膜的形成。
更优选的,弱酸可以为磺基水杨酸、单宁酸或没食子酸,上述弱酸均是带有苯环的羟基羧酸,具有较强的配位能力。表面活性剂可以为聚乙烯醇、聚乙二醇400-1000或脂肪醇聚氧乙烯醚,这些表面活性剂皆为非离子型表面活性剂,具有较强的润湿性和分散性。
脂肪醇聚氧乙烯可以为月桂醇聚氧乙烯醚。
为了使得形成的钝化膜的性质更好,S30中,钝化液的温度为40℃-70℃,预处理钢片的浸泡时间为5min-30min。
S30中,清洗干净并干燥的操作为纯水洗净后放入80℃-100℃的烘箱中干燥10min-20min。
本发明还公开了一种采用上述的钢片钝化工艺制备得到钝化钢片。
上述钝化钢片可以应用于多种领域,钝化层大大提高了钝化钢片的耐腐蚀性和使用寿命。
下面仅以该钝化钢片应用于均温板领域为例进行介绍。
结合图3和图4,本发明还公开了一实施方式的均温板100,包括依次设置的上盖板10、毛细结构20和下盖板30,上盖板10和下盖板30之间形成用于存储冷却介质的封闭腔体40,毛细结构20设置在封闭腔体40内。
上盖板10和/或下盖板30为上述的钝化钢片。
钝化钢片的钝化层可以避免钝化钢片作为均温板100的上盖板10和下盖板30在使用过程中会产生非凝结性气体,此外钝化层还大大提高了钝化钢片的耐腐蚀性和使用寿命。
具体来说,结合图3-图5,上盖板10的内壁为平面,下盖板30靠近上盖板10的内壁上设有向上盖板10凸出延伸的多个支撑柱32。优选的,设置在下盖板30上的支撑柱32可以呈阵列排布。
具体来说,毛细结构20设置在上盖板10的内壁。具体的,毛细结构20设置在上盖板10靠近下盖板30一侧的内壁上,支撑柱32与毛细结构20相抵接。
优选的,毛细结构20的材料为铜或者铜合金。
具体来说,毛细结构20可通过金属丝编织、金属粉烧结、表面电化学沉积等形成于封闭腔体40内。
本实施方式的均温板100,通过将上盖板10和下盖板30焊接在一起后组装得到。
以下为具体实施例。
实施例1
S10、通过对厚度在0.05-0.4mm之间的不锈钢片进行蚀刻,得到不锈钢盖板。
S20、依次对不锈钢盖板进行除油处理、酸洗处理和活化处理。
除油:将不锈钢盖板放入80℃的除油液中浸泡30min,而后立即用纯水清洗干净,除油液的成分为20g/L的氢氧化钠、20g/L的碳酸钠和4mL/L的OP乳化剂;
酸洗:在室温下将除油后的不锈钢盖板放入酸洗液中浸泡1min,而后立即用纯水清洗干净,酸洗液的成分为体积分数为20%的盐酸和3g/L的若丁;
活化:在室温下将酸洗过的不锈钢盖板放入活化液中浸泡30s后取出,快速冲洗干净,立即入槽进行下一步骤,活化液为体积分数为10%的盐酸和5g/L的乙酸;
S30、钝化处理:将活化后的不锈钢盖板放入45℃的钝化液中浸泡10min,纯水洗净后放入80℃烘箱中干燥20min,在不锈钢盖板表面形成一层钝化膜,得到钝化不锈钢盖板,钝化液的成分为5g/L的苯并三氮唑、5g/L的硅酸钠、10g/L的磺基水杨酸和0.5g/L的聚乙烯醇,钝化液的pH值为4。
实施例2
实施例2中,S10和S20与实施例1一致。
S30、钝化处理:将活化后的不锈钢盖板放入70℃的钝化液中浸泡30min,纯水洗净后放入80℃烘箱中干燥20min,在不锈钢盖板表面形成一层钝化膜,得到钝化不锈钢盖板,钝化液的成分为7g/L的苯并三氮唑、0.5g/L的硝酸铈、5g/L的磺基水杨酸和2g/L的聚乙烯醇,钝化液的pH值为6。
实施例3
实施例3中,S10和S20与实施例1一致。
S30、钝化处理:将活化后的不锈钢盖板放入45℃的钝化液中浸泡10min,纯水洗净后放入80℃烘箱中干燥15min,在不锈钢盖板表面形成一层钝化膜,得到钝化不锈钢盖板,钝化液的成分为10g/L的苯并三氮唑、3g/L的硫酸锌、8g/L的磺基水杨酸和1g/L的聚乙烯醇,钝化液的pH值为4.8。
对上述实施例1-3的钝化不锈钢盖板进行钝化膜与钢片的结合力测试以及耐点蚀性能测试
钝化膜与钢片之间的结合力是通过阴极试验和耐蚀性测试联合进行评估的,将实施例1-3制得的钝化不锈钢盖板放在5%的氢氧化钠溶液中作为阴极,不锈钢为阳极,操作温度为90°,使用10A/dm2的电流进行15min的电解处理,结合力差的钝化膜在处理后会与钢片剥离、脱落,导致在后续的耐点蚀测试中迅速出现蓝点(一般在5min以内)。
耐点蚀性能测试采用的是铁氰化钾(10g/L)和氯化钠(20g/L)的混合液,用滴管将溶液滴在待测样品表面,收集颜色完全变透明的时间作为耐点蚀性能的一种表征。
表1实施例1-3制得的钝化不锈钢盖板主要性能比较
实施例 厚度 结合力 耐点蚀性能
1 20-30nm 合格 2.5-3h
2 80-90nm 合格 6-7h
3 60-70nm 合格 5-5.5h
空白(未处理) / / 1h
由表1可以看出,实施例1-3制得的钝化不锈钢盖板中,钝化膜在上述电解处理后并未出现脱落现象,且通过了耐点蚀测试,说明钝化膜与钢片结合紧密。
由表1可以看出,复合钝化膜大幅提升了钢片的耐蚀性,使易受水蒸气侵蚀的铁元素被完全覆盖,有利于抑制铁-水反应以及铁-铜之间所引发的原电池反应,从而提高均温板的使用寿命。与未处理过的不锈钢盖板相比,实施例1-3制得的钝化不锈钢盖板的使用寿命可以延长约2倍-7倍。
以上所述的仅是本发明的实施方式,在此应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出改进,但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种钢片钝化工艺,其特征在于,包括如下步骤:
提供钢片;
对所述钢片进行预处理,得到预处理钢片;以及
将所述预处理钢片浸泡在钝化液中进行钝化处理,完成后清洗干净并干燥,得到钝化钢片,其中,所述钝化液包括5g/L-10g/L的含氮或含硫的苯环类有机物和0.5g/L-5g/L的无机物,所述无机物为硅酸盐、稀土化合物或过渡金属化合物,所述钝化液是pH为4-6的水溶液。
2.根据权利要求1所述的钢片钝化工艺,其特征在于,所述含氮或含硫的苯环类有机物为苯并三氮唑、二氨基三氮杂茂或萘磺酸。
3.根据权利要求1所述的钢片钝化工艺,其特征在于,所述硅酸盐为硅酸钠或硅酸钾;
所述稀土化合物为稀土硝酸盐、稀土盐酸盐或稀土硫酸盐;
所述过渡金属化合物为过渡金属硝酸盐、过渡金属盐酸盐或过渡金属硫酸盐。
4.根据权利要求1所述的钢片钝化工艺,其特征在于,所述钝化液还包括5g/L-10g/L的弱酸和0.5g/L-2g/L的表面活性剂。
5.根据权利要求4所述的钢片钝化工艺,其特征在于,所述弱酸为磺基水杨酸、单宁酸或没食子酸。
6.根据权利要求4所述的钢片钝化工艺,其特征在于,所述表面活性剂为聚乙烯醇、聚乙二醇400-1000或脂肪醇聚氧乙烯醚。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的钢片钝化工艺,其特征在于,将所述预处理钢片浸泡在钝化液中进行钝化处理的操作中,所述钝化液的温度为40℃-70℃,所述预处理钢片的浸泡时间为5min-30min。
8.根据权利要求1-6中任意一项所述的钢片钝化工艺,其特征在于,对所述钢片进行预处理,得到预处理钢片的操作为:
将所述钢片浸泡在温度为70℃-80℃的除油液中20min-30min进行除油处理,完成后清洗干净得到第一预处理钢片,其中,所述除油液包括10g/L-50g/L的氢氧化钠、10g/L-50g/L的碳酸钠以及1mL/L-5mL/L的OP乳化剂;
将所述第一预处理钢片浸泡在温度为20℃-40℃的酸洗液中1min-2min进行酸洗处理,完成后清洗干净得到第二预处理钢片,其中,所述酸洗液包括体积分数为20%-30%的盐酸和3g/L-5g/L的若丁;以及
将所述第二预处理钢片浸泡在温度为15℃-30℃的活化液中0.5min-1min进行活化处理,完成后清洗干净得到所述预处理钢片,其中,所述活化液包括体积分数为10%-20%的盐酸和5g/L-10g/L的乙酸。
9.一种钝化钢片,其特征在于,所述钝化钢片采用如权利要求1-8中任意一项所述的钢片钝化工艺制备得到。
10.一种均温板,其特征在于,包括依次设置的上盖板、毛细结构和下盖板,所述上盖板和所述下盖板之间形成用于存储冷却介质的封闭腔体,所述毛细结构设置在所述封闭腔体内;
所述上盖板和/或所述下盖板为如权利要求9所述的钝化钢片。
11.根据权利要求10所述的均温板,其特征在于,所述下盖板靠近所述上盖板的内壁上设有向所述上盖板凸出延伸的多个支撑柱。
12.根据权利要求11所述的均温板,其特征在于,所述毛细结构设置在所述上盖板靠近所述下盖板一侧的内壁上,所述支撑柱与所述毛细结构相抵接。
13.根据权利要求11或12所述的均温板,其特征在于,所述毛细结构通过金属丝编织、金属粉烧结或表面电化学沉积形成于所述封闭腔体内。
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