CN116024475A

CN116024475A - 一种铬钼均热板及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN116024475A
Application number: CN202211312946.2A
Authority: CN
Inventors: 沈伟
Original assignee: Beijing Kujie Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Kujie Technology Co ltd
Priority date: 2022-10-25
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2023-04-28
Anticipated expiration: 2042-10-25
Also published as: CN116024475B

Abstract

本申请提供了一种铬钼均热板及其制备方法和应用，制备方法包括：(1)将基材为不锈钢的均热板盖包埋于铬钼材料中，在真空中加热，制备得到铬钼均热板盖；(2)将所述铬钼均热板盖与毛细结构按照盖‑毛细结构‑盖的三明治结构进行激光焊接，得到均热板壳体；(3)对所述均热板壳体进行注液，之后高温整形，得到铬钼均热板。本申请通过在以不锈钢为基材的均热板盖表面渗入铬和钼，在不锈钢表面扩散铬元素的同时也扩散进一定量的钼，则不锈钢表面将不存在游离的铁离子，彻底解决真空条件下水蒸气与不锈钢发生析氢反应的问题，克服了背景技术中提到的不足和缺陷。

Description

一种铬钼均热板及其制备方法和应用

技术领域

本申请涉及均热板技术领域，具体涉及一种铬钼均热板及其制备方法和应用。

背景技术

随着电子设备的高集成化，必然会产生电子产品在小空间内的散热问题，而均热板成为电子产品散热的热门选择。目前，市场上主流的均热板以铜为主要材质，但是铜虽然导热性能好，但经过高温处理后变软，力学性能很差，这种产品很难实现0.3mm甚至0.2mm更薄的厚度；而且成本也相对较高。但随着手机等电子产品向超薄化方向发展，需要有更薄厚度的均热板来满足需求。并且铜或铜合金由于耐腐性较差，使得均热板在使用一段时间后会发生氧化，导致铜或铜合金进一步腐蚀，最终导致均热板液体泄露，电子产品报废等。

不锈钢与铜相比，不仅硬度高、强度好、耐蚀性强，还具有明显的成本优势。但不锈钢材料与均热板内的工质水会产生析氢反应，导致产生不凝气体，从而引起均热板内部的真空度明显降低，导致均热板失效。传统解决不锈钢与水相容性的方法包括电镀铜或铜合金、表面钝化处理等。由于不锈钢的可镀性较差，采用电镀的工艺容易产生镀层脱落等问题；表面钝化形成的钝化膜难以承受后续焊接高温的影响。

发明内容

针对上述存在的问题，本申请提出了一种铬钼均热板及其制备方法和应用；其通过在以不锈钢为基材的均热板盖表面渗入铬和钼，在不锈钢表面扩散铬元素的同时也扩散进一定量的钼，则不锈钢表面将不存在游离的铁离子，彻底解决真空条件下水蒸气与不锈钢发生析氢反应的问题，克服了背景技术中提到的不足和缺陷。

为实现上述目的，本申请采用了以下技术方案：

本申请的发明点是提供一种铬钼均热板的制备方法，包括：(1)将基材为不锈钢的均热板盖包埋于铬钼材料中，在真空中加热，制备得到铬钼均热板盖；(2)将所述铬钼均热板盖与毛细结构按照盖-毛细结构-盖的三明治结构进行激光焊接，得到均热板壳体；(3)对所述均热板壳体进行注液，之后高温整形，得到铬钼均热板。

可选地，铬钼材料包括铬源、钼源、分散剂和还原剂。

可选地，在铬钼材料中，以质量计，铬源为20～60份；钼源为5～20份；分散剂为30～70份；还原剂为0.1～5份。

可选地，铬源为铬金属粉；钼源为氯化钼；分散剂为氧化铝、氧化硅、氧化镁中的至少一种；还原剂为镁粉。

可选地，真空是指真空度不高于13Pa；加热温度为917～1050℃，加热时间为2～10小时。

可选地，步骤(2)中，激光焊接的条件为：功率20～500W，速率20～300m/S。

可选地，步骤(3)中，高温整形的温度为800～1000℃，高温整形的时间10～60分钟。

本申请的另一个发明点是，提供一种如上任一所述的制备方法制备得到的铬钼均热板。

可选地，所述铬钼均热板盖含有铬钼合金层和不锈钢基体。

可选地，在所述铬钼合金层中，铬的含量≥40wt％，钼的质量含量≥5wt％。

可选地，所述铬钼合金层包括：铬40～80wt％，钼5～20wt％，铁5～35wt％，镍4～8wt％，微量金属元素0～3wt％。

可选地，所述铬钼均热板盖含有至少一层铬钼合金层；铬钼均热板盖的至少一层所述铬钼合金层位于不锈钢基体表面和毛细结构之间。

本申请的另一个发明点是，提供一种如上任一所述的铬钼均热板在电子产品中的应用。

与现有技术相对比，本申请具有以下优点：

通过将均热板盖的不锈钢表面进行合金，得到的铬钼均热板盖，铬钼均热板盖含有合金层和不锈钢基体；合金化过程中，在不锈钢表面扩散铬元素的同时也扩散进一定量的钼，铬和钼能够使得铁晶粒细化，并且生成一定的微晶结构，进一步消除游离的铁离子；当不锈钢表面不存在游离的铁离子时，即不会与水反应，从而彻底解决真空条件下水蒸气与不锈钢发生析氢反应的问题。

附图说明

图1为本申请试验例1提供的铬钼均热板盖合金层的光镜形貌图；

图2为本申请试验例1提供的铬钼均热板盖合金层的扫描电镜图；

图3为本申请试验例2提供的铬钼均热板盖合金层的扫描电镜图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本申请进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述仅仅用以解释本申请，并不用于限制本申请的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本申请。本文中所使用的试剂和仪器均商购可得，所涉及的表征手段均可参阅现有技术中的相关描述，本文中不再赘述。

为了进一步了解本申请，下面结合最佳实施例对本申请作进一步的详细说明。

实施例1

本实施例提供了一种铬钼均热板的制备方法，包括：(1)将基材为不锈钢的均热板盖包埋于铬钼材料中，在真空中加热，制备得到铬钼均热板盖；(2)将所述铬钼均热板盖与毛细结构按照盖-毛细结构-盖的三明治结构进行激光焊接，得到均热板壳体；(3)对所述均热板壳体进行高温整形，之后注液，得到铬钼均热板。

本申请通过在不锈钢表面进行铬钼的渗入，生成了铬钼合金层，不仅能够改善不锈钢会在高温下与水反应的问题，同时能够通过激光焊接，不锈钢材料表面的铬钼进行有效融合，避免了传统不锈钢难以焊接的问题，该铬钼和激光焊接能够使得均热板的上下盖结合更加紧密，避免均热板内部真空氛围的破坏；另外在焊接后，不会存在传统钎焊造成的钎料突出造成焊接部位不平整的问题；该合金层中铬是合金层中的主体元素，铬和铬之间能够连接，从而形成足够致密的钝化膜，使得合金层表面致密光滑，且由于铬钼的均匀渗入，会对不锈钢表面进行填平，使得该合金层以及该均热板盖具有较好的平面度，从而为后续其在电子产品等具有更大的应用空间。

铬钼材料包括铬源、钼源、分散剂和还原剂。

其中，铬源用于提供铬元素；钼源不仅可以用于提供钼，还提供活化剂，可以对于铬和钼的渗入有促进作用，促进铬和钼的渗入的速度和含量；分散剂用于分散铬源和钼源，防止粘连，不利于后续的渗入；还原剂用于还原不锈钢表面的氧化膜和铬源、钼源表面的氧化膜，减少了提前清洁这一步，同时该还原剂还可以促进铬和钼的渗入。

在铬钼材料中，以质量计，铬源为20～60份；钼源为5～20份；分散剂为30～70份；还原剂为0.1～5份。

铬源为铬金属粉；钼源为氯化钼；氯化钼能在一定温度下进行分解，生成活化氯离子和钼，活化氯离子可进一步活化铬和钼，使得铬和钼同时渗入；分散剂为氧化铝、氧化硅、氧化镁中的至少一种；还原剂为镁粉，在一定温度下，镁可以与不锈钢或铬粉表面的氧化膜进行反应，生成氧化镁，从而破除氧化膜对于不锈钢和铬的包裹，从能够促进铬更快更多的渗入至不锈钢中；生成的氧化镁也会被及时抽走，避免影响镁的还原性能；而这又可进一步促进镁向氧化镁的转化，同时，镁还与钼源的氯化钼发生反应，生成氯化镁和高纯净的钼，钼进一步参与铬钼共渗的过程中。

步骤(1)中的真空是指真空度不高于13Pa；该真空度，能够使得铬钼材料中各原料的气化温度降低，从而便于各原料气化。

加热温度为917～1050℃，加热时间为2～10小时；在真空度为13Pa的条件下，铬的汽化温度为917℃，合金处理的温度大于等于917℃时，铬就会汽化。

在铬和钼渗入不锈钢的过程中，先升温至规定的加热温度，使得镁粉气化，气化后镁粉具有较高的还原性能，可以与其他原料中的氧化物尽心反应，去除不锈钢表面的氧化膜，裸漏出铬、铁等元素，同时镁变成氧化镁，该过程会放出大量的热，进一步升高温度，可使得铬粉进行气化，以及氯化钼气化和分解，生成活化氯离子和钼，活化氯离子活化铬，从而加速铬的在不锈钢表面的渗入，而氯化钼分解时产生的钼也落在不锈钢表面，随着铬的渗入也一同进入不锈钢中。

渗入到不锈钢中的钼，作为亲铁元素，可与铁生成微晶结构，同时铬的渗入会进一步提高铁的合金化，从而形成多种元素的共晶，大大降低了游离铁的含量；且当铬的含量大于40％时，则铬元素之间又会产生致密的铬层，从而将铬铁钼共晶牢牢固定，避免各元素的移动以及阻止水及水蒸汽的渗入，大大提高了不锈钢的耐腐蚀性和耐磨性。

同时，由于均热板盖之间进行密封时，是合金层与合金层进行抵接，盖合金层具有相同的成分，容易产生融合；另外通过激光焊接，对局部产生热量，促使两层合金层进一步加快融合，成为一个整体；且焊接后，焊接处与其他合金层的成分相同，具有较好的均一性和硬度，可应对较为复杂、对于均一性要求较高的制备工艺。

步骤(2)中，激光焊接的条件为：功率20～500W，速率20～300m/S。

步骤(3)中，高温整形的温度为800～1000℃，高温整形的时间10～60分钟。

焊接后，可再对整体进行高温整形，进一步促进不锈钢基体和合金层中各元素的分布，降低界面问题易产生的分层等现象，使得均热板盖和均热板盖成为一个整体，避免了焊接处漏气漏水等问题。

实施例2

本实施例提供了一种铬钼均热板，该铬钼均热板的制备方法与实施例1的制备方法描述相同，在此不做赘述。

该铬钼均热板盖含有铬钼合金层和不锈钢基体。

虽然分为铬钼合金层和不锈钢基体两层，但是合金层中也含有不锈钢的部分成分，即铬钼合金层仍属于不锈钢的一部分，故不存在界面问题。

在所述铬钼合金层中，铬的质量含量≥40wt％，钼的质量含量≥5wt％。

在铬的含量≥40wt％时，铬和铬之间能够连接，从而形成足够致密的铬钝化膜，该铬钝化膜不与水发生反应，能够解决不锈钢中铁镍离子与反应析氢的问题；且该钝化膜在酸性或碱性环境中具有高强度的耐腐性，能够延长均热板的使用寿命；另外，铬的渗入也可以提高均热板的耐高温性能，在后续的焊接或在电子设备的使用中，均能维持原本的形态，不变形。

钼的质量含量≥5wt％，可与游离的铁离子结合，生成微晶结构，使不锈钢具有均匀的细晶组织，从而提高不锈钢的强度、弹性限度、抗磨性及冲击强度等性能。

铬钼合金层包括：铬40～80wt％，钼5～20wt％，铁5～35wt％，镍4～8wt％，微量金属元素0～3wt％。

微量金属元素包括锰、钒、钛、铝、钴、钡中的任意一种。

铬合金层的厚度为0.1μm～20μm，例如可以为0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm、10μm、11μm、12μm、13μm、14μm、15μm、16μm、17μm、18μm、19μm、20μm或任意两个数值之间的任意数值。

厚度小于0.1微米，则很难形成完全连续的合金层，一旦合金层不连续，合金层会出现缝隙，使得酸性物质进入不锈钢内部，造成基材的腐蚀，导致均热板无法正常使用；厚度大于20微米，一方面表面脆性会快速增加，导致整体材料韧性下降；另一方面，合金层过厚会影响的传热性能。

本申请中不锈钢的主要成分为铁，可包括304不锈钢、304L不锈钢、310不锈钢、310L不锈钢、316不锈钢、316L不锈钢、347不锈钢等。

铬钼均热板盖含有至少一层铬钼合金层；铬钼均热板盖的至少一层所述铬钼合金层位于不锈钢基体表面和毛细结构之间。

铬钼均热板盖含有两个较大的面A和B，该合金处理可在盖的单面或多面同时进行，优选在A面或B面继续合金化处理。A面和B面成分相同，尺寸相似，只是内部结构不同，用于在组装成均热板时进行区分。

当仅一面进行合金处理时，即铬钼均热板盖的结构为：不锈钢基体－铬钼合金层，铬钼均热板的结构为：不锈钢基体－铬钼合金层－毛细结构－铬钼合金层－不锈钢基体；铬钼合金层位于不锈钢基体表面和毛细结构之间。

当A面和B面均继续合金化处理是，铬钼均热板盖的结构为：铬钼合金层－不锈钢基体－铬钼合金层，铬钼均热板的结构为：铬钼合金层－不锈钢基体－铬钼合金层－毛细结构－铬钼合金层－不锈钢基体－铬钼合金层。

优选铬钼均热板盖均进行合金化处理，对盖进行全方位的防护，避免出现短板、引起腐蚀，降低均热板的使用寿命。

本实施例还提供了一种如上任一所述的铬钼均热板在电子产品中的应用。

电子产品包括手机、平板电脑、汽车等。

该铬钼均热板优选应用在中央处理器CPU、集成电路IC、NP等大功耗器件的散热上。

实施例3

根据本申请的内容，对实施例1的铬钼均热板的制备方法和实施例2的铬钼均热板进行了具体说明，具体描述如下所示：

试验例1

(1)在炉罐中，将铬钼材料对304不锈钢均热板盖进行全部包埋，之后抽真空，当真空度至13Pa时(全程维持真空度在1Pa～13Pa之间)，开始升温，升温至920℃时，停止升温，维持该温度为4h，即可制备得到铬钼均热板盖；其中铬钼材料的成分为：铬粉40份，氯化钼5份，氧化硅40份，镁粉1份。

(2)将上述得到的铬钼均热板盖与毛细结构按照盖-毛细结构-盖的三明治结构进行激光焊接，得到均热板壳体；激光焊接的条件为：功率60W，速率175m/S。

(3)将均热板壳体进行高温整形，整形温度在850℃，整形时间为50分钟，整形后的不锈钢均热板其平面度小于0.2；之后进行注液，得到铬钼均热板。

该实施例的铬钼均热板中铬钼合金层的组成为：铬48.37％、钼13.27％、铁31.87％、镍6.08％和微量金属元素(锰等)0.41％。图1是铬钼均热板的截面的光镜形貌图，如图1所示，可以看出形成的合金层较为致密；该铬钼均热板中，合金层的平均厚度为4μm。

又对该铬钼合金层进行了元素分析，对合金层两个区域进行元素含量的分析，结果见图2和表1。

表1

	Cr(wt％)	Fe(wt％)	Ni(wt％)	Mo(wt％)	Mn等(wt％)
						区域1	48.11	32.24	6.09	13.06	0.5
区域2	48.60	31.56	6.05	13.49	0.3

如图2和表1所示，随机选取的两个区域中，各元素的含量相差不大，即能够表明本申请的合金层中各元素均匀分布，处于含量均一的状态。

试验例2

(1)在炉罐中，将铬钼材料对304不锈钢均热板盖进行全部包埋，之后抽真空，当真空度至1Pa时(全程维持真空度在0.1Pa～1Pa之间)，开始升温，升温至930℃时，停止升温，维持该温度为6h，即可制备得到铬钼均热板盖；其中铬钼材料的成分为：铬粉50份，氯化钼10份，氧化铝50份，镁粉4份。

(2)将上述得到的铬钼均热板盖与毛细结构按照盖-毛细结构-盖的三明治结构进行激光焊接，，得到均热板壳体；激光焊接的条件为：功率80W，速率100m/S。

(3)将均热板壳体进行高温整形，整形温度在900℃，整形时间为30分钟，整形后的不锈钢均热板其平面度小于0.2；之后进行注液，得到铬钼均热板。

该实施例的铬钼均热板中铬钼合金层的组成为：铬50.03％、钼11.02％、铁31.25％、镍6.73％和微量金属元素(锰等)0.97％。盖合金层的厚度为5μm。

如图3所示，为合金层表面的扫描电镜图，也是选择了其中两个区域进行了元素分析，结果如表2所示。

表2

如表2所示，各元素含量差别较小，也显示了本申请的合金层中各元素均匀分布。

试验例3

(1)在炉罐中，将铬钼材料对316不锈钢均热板盖进行全部包埋，之后抽真空，当真空度至13Pa时(全程维持真空度在1Pa～13Pa之间)，开始升温，升温至1000℃时，停止升温，维持该温度为5h，即可制备得到铬钼均热板盖；其中铬钼材料的成分为：铬粉55份，氯化钼15份，氧化硅30份，镁粉3份。

(2)将上述得到的铬钼均热板盖与毛细结构按照盖-毛细结构-盖的三明治结构进行激光焊接，得到均热板壳体；激光焊接的条件为：功率110W，速率50m/S。

(3)将均热板壳体进行高温整形，整形温度在950℃，整形时间为40分钟，整形后的不锈钢均热板其平面度小于0.2；之后进行注液，得到铬钼均热板。

该实施例的铬钼均热板中铬钼合金层的组成为：铬65.23％、钼5.02％、铁23.98％、镍4.77％和微量金属元素(锰等)1％。盖合金层的厚度为7μm。

对比例1

该对比例仅含有试验例1的步骤(2)和步骤(3)，即没有进行合金处理。

该对比例得到仅仅为304不锈钢均热板，不含有合金层；另外，由于304中不含有钼，制备成均热板中也没有加入钼，故该对比例得到的304不锈钢均热板也不含有钼元素。

性能测试

(1)检测上述制备得到的不锈钢均热板高温老化后测试最远两点之间的温差，将不锈钢均热板置于150℃的环境中保温200小时进行老化测试，测量该均热板两点之间的温差。具体的测试方法为：5W测试功率，老化测试前，两点的测试温度为T1和T2(热源在均温板下面，测试热电偶在均温板上面)，150℃保温200小时老化后，两点的测试温度为T1’和T2’，若T1和T1’、T2和T2’以及T1和T2的差值与T1’和T2’之间的差值没有较大差别，则认为该均热板性能基本没有变化，即内部没有发生反应。结果见表3。

高温老化的目的是判断是否发生了水蒸气与内腔材料之间发生了反应，如果发生了反应，老化后的性能发生明显衰减，造成均热板温度前后变化较大，温度降低，使其传导热的性能明显降低。

表3试验例和对比例的均热板的性能测试结果

	T1(℃)	T2(℃)	T1-T2(℃)	T1’(℃)	T2’(℃)	T1’-T2’(℃)
							试验例1	56.9	54.3	2.6	56.7	54.2	2.5
试验例2	58.2	56.4	1.8	57.8	56.1	1.7
							对比例1	57.5	55.5	2.0	78.8	42.3	36.5

如表3所示，在150℃的环境中200小时老化前后，其温差几乎没有变化，说明内部没有产生析氢反应。证明了本专利所述的均温板具有较高的使用寿命。而对比例表面没有处理的样品，老化后温差超过了30℃，早已失效。

(2)同时对于合金层中铁元素的状态进行了测试，当存在游离铁时，该游离铁就容易与水发生反应，测试方法为蓝点法检验，具体为：用5克铁氰化钾K₃[Fe[CN]6]加1毫升98％硫酸和5毫升36％的盐酸加入适量蒸馏水配制成总体积为100毫升的溶液(现用现配)；直接将溶液涂、滴于试验例和对比例的上盖中，观察显现蓝点情况，即蓝点是否出现以及蓝点出现的时间。需要注意的是该试验需待酸洗钝化表面基本干燥后进行。试验后应该将试验液体冲洗干净。

蓝点试验的基本原理为；若表面钝化膜不完善或有亚铁离子污染，就会有亚铁离子存在，那么即可发生如下反应；

3Fe₂ ⁺+2[Fe[CN₆]]^-＝Fe₃[Fe[CN]6]2深蓝色沉淀，可以检验是否进行钝化处理以及检验钝化效果。

结果：其中，对比例1中不含有铬钼合金层的上盖出现蓝点的时间为6分钟，表明其存在一定数量的游离铁，而本申请含有铬钼合金层的上下盖在48小时内都没有出现蓝点，说明其表面几乎没有游离的铁离子。

(3)根据传统热管老化加速测试的寿命预测经验，150℃的环境中200小时老化后仍具有较好的性能，表明本申请试验例其使用寿命大于10年，可以满足手机等消费电子的芯片散热寿命要求。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种铬钼均热板的制备方法，其特征在于，包括：

(1)将基材为不锈钢的均热板盖包埋于铬钼材料中，在真空中加热，制备得到铬钼均热板盖；

(2)将所述铬钼均热板盖与毛细结构按照盖-毛细结构-盖的三明治结构进行激光焊接，得到均热板壳体；

(3)对所述均热板壳体进行高温整形，之后注液，得到铬钼均热板。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，铬钼材料包括铬源、钼源、分散剂和还原剂。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在铬钼材料中，以质量计，铬源为20～60份；钼源为5～20份；分散剂为30～70份；还原剂为0.1～5份。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，铬源为铬金属粉；钼源为氯化钼；分散剂为氧化铝、氧化硅、氧化镁中的至少一种；还原剂为镁粉；

真空是指真空度不高于13Pa；加热温度为917～1050℃，加热时间为2～10小时。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，激光焊接的条件为：功率20～500W，速率20～300m/S；

6.一种根据权利要求1～5任一所述的制备方法制备得到的铬钼均热板。

7.根据权利要求6所述的铬钼均热板，其特征在于，所述铬钼均热板盖含有铬钼合金层和不锈钢基体；

8.根据权利要求7所述的铬钼均热板，其特征在于，所述铬钼合金层包括：铬40～80wt％，钼5～20wt％，铁5～35wt％，镍4～8wt％，微量金属元素0～3wt％。

9.根据权利要求7所述的铬钼均热板，其特征在于，所述铬钼均热板盖含有至少一层铬钼合金层；铬钼均热板盖的至少一层所述铬钼合金层位于不锈钢基体表面和毛细结构之间。

10.权利要求6～9任一所述的铬钼均热板在电子产品中的应用。