CN114941137A - 一种不锈钢多孔膜的制备及其与不锈钢管连接的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种不锈钢多孔膜的制备及其与不锈钢管连接的方法。具体工艺步骤为：将不锈钢管内壁打磨去除氧化层，超声清洗后真空烘干待用；将不锈钢粉末和镍基钎料混粉均匀，再将粘结剂聚乙烯醇缩丁醛酯溶于乙二醇后倒入混合粉末中搅拌均匀，其后加入碳酸氢铵作为造孔剂，混匀形成膏状浆料；将浆料均匀附着在不锈管内壁并置于真空干燥箱烘干后放入真空炉中，钎焊后得到内壁与多孔膜连接紧密的不锈钢管。此种方法运用的工艺简单，成本低廉，主要用于制备换热器等散热装置，在通信领域、航空航天等领域都有应用。

Description

一种不锈钢多孔膜的制备及其与不锈钢管连接的方法
技术领域
本发明涉及多孔材料的制备及其与金属材料的连接方法，具体是以碳酸氢铵为造孔剂制备不锈钢多孔膜及其与不锈钢管连接的方法，属于多孔金属材料领域。
背景技术
热管作为目前最高效的导热元件之一，不管在余热回收还是非能动散热方面，都有着十分重要的作用。相比于常用的热管材料铜和铝，不锈钢的导热系数仅为10～30W/(m·K)，从导热系数来看，不锈钢并不是热管最佳选择材料，但是比起前两种金属，不锈钢具有耐高温、耐腐蚀和高强度的优势，且与水等介质有更好的相容性，故不锈钢热管在一些严苛复杂的特殊环境中具有较大的应用价值。目前不锈钢管的研究主要以重力热管和丝网吸液芯热管为主，而本文提出了一种在不锈钢管内壁制备多孔薄膜以增加不锈钢管散热的性能的方法。
多孔金属膜具有机械强度高、良好的热传导性能、良好的焊接性能等特点，故将其制备在不锈钢管内壁上能够显著增加导热性能且不影响生产。目前多孔金属陶瓷膜的制备方法主要有悬浮粒子烧结法、丝网印刷法、溶胶凝胶法和电泳沉积法等，每种方法都各有其优缺点。但采用金属多孔膜时，由于金属在烧结过程烧结收缩力较大，分离层与基体结合不紧密，易开裂，故提出了一种将焊接与烧结结合的方式使基体与膜层结合更紧密。镍基钎料具有很好的高温性能，钎焊时不易发生应力开裂，故常被应用钎焊不锈钢和高温合金。
本文将不锈钢热管与多孔金属膜的特点综合，通过粉末烧结和焊接相结合的方式将不锈钢多孔薄膜钎焊在不锈钢管内壁，提供了一种提高不锈钢管导热性能的方法：以碳酸氢铵为造孔剂制备不锈钢多孔薄膜，在配粉过程中加入镍基钎料，以钎焊的方式将多孔薄膜与不锈钢管内壁连接起来。
发明内容
本发明公开了一种不锈钢多孔膜的制备及其与不锈钢管连接的方法，其特征在于具体是按以下步骤完成：
a.预处理：将不锈钢管内壁先后用400粒度和800粒度的水砂纸打磨抛光，去除内壁氧化膜后放入丙酮中超声清洗30min，再放入去离子水超声清洗10min，置于真空干燥箱烘干。
b.浆料配比：浆料配比：将不锈钢粉末与BNi-2钎料粉末混合，使用V型混粉机混粉10-12h，形成均匀混合的粉末；将适量聚乙烯醇缩丁醛酯溶于适量乙二醇中并倒入混合均匀后的粉末中；再向其中加入适量碳酸氢铵，水浴加热通过磁力搅拌机搅拌6h，最终得到混合均匀的膏状钎料。
c.涂料：将调制配比好的膏状浆料，均匀覆盖在不锈钢内壁，并置于真空干燥箱烘干6h。
d.钎焊：将不锈钢管放置于真空炉中加热，真空度不低于1×10-3Pa，升温速率为4-7℃/min，以此速率在60-80min内升温至300-500℃，并保温60-80min；之后30-60min内继续升温至600℃-700℃，保温60-80min；再继续30-60min 内升温至800℃-900℃，保温20-30min；最后在30-60min内升温至1000℃左右，保温20-30min。
e.连接：最后随炉冷却到室温后得到最终样件，完成多孔膜和不锈钢管的连接。
2、根据权利要求1所述的一种不锈钢多孔膜的制备及其与不锈钢管连接的方法，步骤b浆料配比中，不锈钢粉末的粒径为3-5μm，质量为总浆料的质量的77％-88％，B-Ni2钎料质量为总浆料质量的2％-5％，聚乙烯醇缩丁醛酯质量为总浆料质量的5％-8％，碳酸氢铵的质量为中浆料质量的5％-10％。
3、根据权利要求1所述的一种不锈钢多孔膜的制备及其与不锈钢管连接的方法，步骤c中粉料的填充方法为提拉法、滚压法、刷涂法中的一种；其中，提拉法是指将配置好的膏状浆料倒入高壁容器中，将不锈钢管在浆料中垂直提拉，使浆料在提拉过程中附着在内壁上；滚压法是将浆料倒入不锈钢管内部，并封住不锈钢管两端，左右摇匀后放置于机器上滚动使浆料均匀；刷涂法是使用细长的滚刷将配制的膏状粉料均匀刷涂在不锈钢管内壁表面。本发明公开了一种一种不锈钢多孔膜的制备及其与不锈钢管连接的方法，其优点在于：
(1)采用不锈钢热管元件以非能动散热方式代替传统的水泵式散热方式，提高能源的利用率，减少能源消耗，提高余热回收率。
(2)采用碳酸氢铵为造孔剂，材料来源广泛，价格低廉，无污染。其在高温下分解产生孔隙，造孔机制简单。
(3)采用BNi-2作为钎料，为镍基钎料的一种，熔点为971-999℃，润湿性较好，钎焊后形成接头具有较好的高温强度、优良的抗氧化性能和耐腐蚀性能。
(4)本发明综合了不锈钢热管和多孔金属膜的优点，将粉末烧结和钎焊两种方式相结合，简化了工艺，同时提供了一种新的工艺角度。
(5)整套方法工艺简单，成本低廉，实用可靠，应用便利。
附图说明
图1为不锈钢管与多孔薄膜的连接示意图。
图2为不锈钢管与多孔膜界面电镜图
图3为多孔膜的电镜图
具体实施方案
下面将结合具体实施例对本发明作进一步的阐述，但本发明不仅限于这些实施例。
例1：
a.预处理：将不锈钢管内壁先后用400粒度和800粒度的水砂纸打磨抛光，去除内壁氧化膜后放入丙酮中超声清洗30min，再放入去离子水超声清洗10min，置于真空干燥箱烘干。
b.浆料配比：将粒径为3-5μm、质量百分比为77％的不锈钢粉末和质量百分比5％的BNi-2钎料粉末混合，通过使用V型混粉机混粉10-12h形成均匀混合的粉末；将质量百分比为8％的聚乙烯醇缩丁醛酯溶于适量乙二醇中；将后者溶解均匀的粘结剂PVB和乙二醇倒入前者混合粉末中；再向其中加入质量百分比为10％的碳酸氢铵，通过磁力搅拌6h左右形成混合均匀的膏状浆料。
c.涂料：将调制配比好的膏状浆料，均匀覆盖在不锈钢内壁，并置于真空干燥箱烘干6h。
d.钎焊：将不锈钢管放置于真空炉中加热，真空度不低于1×10-3Pa，升温速率为4-7℃/min，以此速率在60-80min内升温至300-500℃，并保温60-80min；之后30-60min内继续升温至600℃-700℃，保温60-80min；再继续30-60min 内升温至800℃-900℃，保温20-30min；最后在30-60min内升温至1000℃左右，保温20-30min。
e.连接：最后随炉冷却到室温后得到最终样件，完成多孔膜和不锈钢管的连接。
得到样件连接完整，不锈钢膜厚度为140μm。
例2：
a.预处理：将不锈钢管内壁先后用400粒度和800粒度的水砂纸打磨抛光，去除内壁氧化膜后放入丙酮中超声清洗30min，再放入去离子水超声清洗10min，置于真空干燥箱烘干。
b.浆料配比：将粒径为3-5μm、质量百分比为83％的不锈钢粉末和质量百分比3％的BNi-2钎料粉末混合，通过使用V型混粉机混粉10-12h形成均匀混合的粉末；将质量百分比为6％的聚乙烯醇缩丁醛酯溶于适量乙二醇中；将后者溶解均匀的粘结剂PVB和乙二醇倒入前者混合粉末中；再向其中加入质量百分比为8％的碳酸氢铵，通过磁力搅拌6h左右形成混合均匀的膏状浆料。
c.涂料：将调制配比好的膏状浆料，均匀覆盖在不锈钢内壁，并置于真空干燥箱烘干6h。
d.钎焊：将不锈钢管放置于真空炉中加热，真空度不低于1×10-3Pa，升温速率为4-7℃/min，以此速率在80min内升温至480℃，并保温60min；20min后继续升温至600℃，保温60min；继续20min升温至720℃，保温60min；继续 20min升温至840℃，保温60min；继续20min升温至960℃，保温60min；最后10min升温至1020℃，保温60min。
e.连接：最后随炉冷却到室温后得到最终样件，完成多孔膜和不锈钢管的连接。
得到样件连接完整，不锈钢膜厚度为138μm。
例3：
a.预处理：将不锈钢管内壁先后用400粒度和800粒度的水砂纸打磨抛光，去除内壁氧化膜后放入丙酮中超声清洗30min，再放入去离子水超声清洗10min，置于真空干燥箱烘干。
b.浆料配比：将粒径为3-5μm、质量百分比为88％的不锈钢粉末和质量百分比2％的BNi-2钎料粉末混合，通过使用V型混粉机混粉10-12h形成均匀混合的粉末；将质量百分比为5％的聚乙烯醇缩丁醛酯溶于适量乙二醇中；将后者溶解均匀的粘结剂PVB和乙二醇倒入前者混合粉末中；再向其中加入质量百分比为5％的碳酸氢铵，通过磁力搅拌6h左右形成混合均匀的膏状浆料。
c.涂料：将调制配比好的膏状浆料，均匀覆盖在不锈钢内壁，并置于真空干燥箱烘干6h。
d.钎焊：将不锈钢管放置于真空炉中加热，真空度不低于1×10-3Pa，升温速率为4-7℃/min，以此速率在60-80min内升温至300-500℃，并保温60-80min；之后30-60min内继续升温至600℃-700℃，保温60-80min；再继续30-60min 内升温至800℃-900℃，保温20-30min；最后在30-60min内升温至1000℃左右，保温20-30min。
e.连接：最后随炉冷却到室温后得到最终样件，完成多孔膜和不锈钢管的连接。
得到样件连接完整，不锈钢膜厚度为135μm。

Claims (3)

1.一种不锈钢多孔膜的制备及其与不锈钢管连接的方法，其特征在于具体是按以下步骤完成：
a.预处理：将不锈钢管内壁先后用400粒度和800粒度的水砂纸打磨抛光，去除内壁氧化膜后放入丙酮中超声清洗30min，再放入去离子水超声清洗10min，置于真空干燥箱烘干。
b.浆料配比：将不锈钢粉末与BNi-2钎料粉末混合，使用V型混粉机混粉10-12h，形成均匀混合的粉末；将适量聚乙烯醇缩丁醛酯溶于适量乙二醇中并倒入混合均匀后的粉末中；再向其中加入适量碳酸氢铵，水浴加热通过磁力搅拌机搅拌6h，最终得到混合均匀的膏状钎料。
c.涂料：将调制配比好的膏状浆料，均匀覆盖在不锈钢内壁，并置于真空干燥箱烘干6h。
d.钎焊：将不锈钢管放置于真空炉中加热，真空度不低于1×10-3Pa，升温速率为4-7℃/min，以此速率在60-80min内升温至300-500℃，并保温60-80min；之后30-60min内继续升温至600℃-700℃，保温60-80min；再继续30-60min内升温至800℃-900℃，保温20-30min；最后在30-60min内升温至1000℃左右，保温20-30min。
e.连接：最后随炉冷却到室温后得到最终样件，完成多孔膜和不锈钢管的连接。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢多孔膜的制备及其与不锈钢管连接的方法，步骤b浆料配比中，不锈钢粉末的粒径为3-5μm，质量为总浆料的质量的77％-88％，B-Ni2钎料质量为总浆料质量的2％-5％，聚乙烯醇缩丁醛酯质量为总浆料质量的5％-8％，碳酸氢铵的质量为中浆料质量的5％-10％。
3.根据权利要求1所述的一种不锈钢多孔膜的制备及其与不锈钢管连接的方法，步骤c中粉料的填充方法为提拉法、滚压法、刷涂法中的一种；其中，提拉法是指将配置好的膏状浆料倒入高壁容器中，将不锈钢管在浆料中垂直提拉，使浆料在提拉过程中附着在内壁上；滚压法是将浆料倒入不锈钢管内部，并封住不锈钢管两端，左右摇匀后放置于机器上滚动使浆料均匀；刷涂法是使用细长的滚刷将配制的膏状粉料均匀刷涂在不锈钢管内壁表面。
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