CN117600459A - 一种散热支架及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种散热支架及其制备方法，涉及粉末冶金领域，包括以下重量份原料制成：铁粉95‑100份；铜粉1‑2份；石墨粉0.5‑1.5份；硬脂酸锌0.5‑1.5份；硫化锰0.2‑0.6份。包括以下步骤：将铁粉、铜粉、石墨粉、硬脂酸锌和硫化锰混合均匀后转移至模具中进行成形，在1100‑1130℃进行烧结后浸油整形清洗，得到所述散热支架。本申请具有提高散热支架的硬度的效果。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金领域，尤其是涉及一种散热支架及其制备方法。
背景技术
粉末冶金是制取金属或用金属粉末或金属粉末与非金属粉末的混合物作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。
现有的，散热支架选择包括铝合金、钢等材料具有良好的导热性和强度，以确保散热支架能够有效的传导和分散热量。
目前通过粉末冶金制成的散热支架由于其疏松多孔的特点，同等条件下与致密的钢件在硬度方面时常处于劣势，在一定程度上限制了散热支架的应用。
发明内容
为了提高散热支架的硬度，本申请提供一种散热支架及其制备方法。
第一方面，本申请提供的一种散热支架采用如下的技术方案：
一种散热支架，包括以下重量份原料制成：铁粉95-100份；改性铜粉1-2份；石墨粉0.5-1.5份；硬脂酸锌0.5-1.5份；硫化锰0.2-0.6份。
通过采用上述技术方案，本申请通过铜粉、铁粉和石墨粉作为原料，采用粉末冶金的方法制成的散热支架，散热支架应用在大型数据库中的服务器主板，散热支架具有良好的硬度和力学性能，可以更好的起到支撑作用和散热效果；其中铁粉作为主要的原料合成高强度的散热支架，在原料中加入铜粉可以提高散热支架的韧性和强度，使散热支架在服务器主板上不易出现断裂，石墨粉的主要成分为碳，可以提高散热支架的强度；加入硫化锰可以有助于散热支架成型后的切削加工，减少散热支架在切削加工的过程中对刀具的磨损，而硬脂酸锌作为润滑剂，在散热支架的成型工序时可以减少材料与成型模具之间的摩擦力，更好的提高散热支架的密度，各种原料相互配合形成硬度较高的散热支架。
优选的，所述铜粉为改性铜粉，所述改性铜粉的制备方法为：将0.6-1.2重量份钛酸酯偶联剂和5-10重量份水混合搅拌后加入5-10重量份铜粉和1-5重量份羧甲基纤维素，加入搅拌均匀，洗涤后干燥，得到所述改性铜粉。
通过采用上述技术方案，本申请通过对铜粉进行改性，羧甲基纤维素可以均匀分散在铜粉中，钛酸酯偶联剂作为表面活化剂，使铜粉具有良好的相容性，能够均匀吸附羧甲基纤维素，使铜粉可以与羧甲基纤维素紧密结合，进而提高散热支架的硬度。
优选的，所述铜粉、钛酸酯偶联剂和羧甲基纤维素的重量配比为(7.2-8.1)：1：(3.6-4.8)。
通过采用上述技术方案，当铜粉、钛酸酯偶联剂和羧甲基纤维素在特定的重量配比时，钛酸酯偶联剂与羧甲基纤维素反应，改变羧甲基纤维素的表面性质，提高羧甲基纤维素的分散性，增强羧甲基纤维素与铜粉的粘附性，进而时改性铜粉可以在铁粉中均匀分散且紧密粘合在铁粉表面，并填充在铁粉之间的空隙，进一步提高散热支架的拉伸强度。
优选的，所述铁粉包括水雾化铁粉和还原铁粉中的一种。
通过采用上述技术方案，还原铁粉的活性较高，水雾化铁粉的活性较低，采用还原铁粉可以更好的与铜粉进行反应，进而制得硬度较大的散热支架。
优选的，所述还原铁粉为改性还原铁粉，所述改性还原铁粉的制备方法为：将还原铁粉加入水中，边搅拌变加入六偏磷酸钠进行分散，再加入二氧化锆水浴加热，再加入硅酸钠继续加热，洗涤后干燥，得到改性还原铁粉。
通过采用上述技术方案，本申请通过六偏磷酸钠为分散剂，将二氧化锆和硅酸钠包覆在还原铁粉表面，二氧化锆分布均匀的附着在还原铁粉表面，进而提高还原铁粉的硬度和耐磨性能，改善还原铁粉的化学性能，有助于提高通过改性后的还原铁粉制备出来的散热支架硬度和耐磨性能。
优选的，所述还原铁粉、二氧化锆和硅酸钠的重量配比为1：(0.3-0.35)：(0.15-0.2)。
通过采用上述技术方案，当还原铁粉、二氧化锆和硅酸钠在特定的重量配比时，二氧化锆和硅酸钠可以更紧密将还原铁粉进行包覆，进一步提高散热支架的耐磨性能。
优选的，所述改性还原铁粉、改性铜粉和硬脂酸锌的重量配比为(96-98)：(1.6-1.8)：1。
通过采用上述技术方案，当改性还原铁粉、改性铜粉和硬脂酸锌在特定的重量配比时，三者共同配比使散热支架具有良好的硬度和力学性能，可以更好的起到支撑作用和散热效果。
优选的，所述铜粉的粒径范围为20-40μm。
通过采用上述技术方案，选择合适的粒径范围的铜粉有助于提高铜粉在还原铁粉中的分散性，提高铜粉与还原铁粉的紧密型，进而提高散热支架的整体硬度。
第二方面，本申请提供一种散热支架的制备方法采用如下的技术方案：
一种散热支架的制备方法，包括以下步骤：将铁粉、铜粉、石墨粉、硬脂酸锌和硫化锰混合均匀后转移至模具中进行成形，在1100-1130℃进行烧结后浸油整形清洗，得到所述散热支架。
通过采用上述技术方案，将各种原料混合后成型烧结，采用粉末冶金的方法制备的散热支架强度高，硬度大，同时制备工序简洁，成本低。
优选的，所述烧结还进行预热处理，其中预热温度为950-1050℃。
通过采用上述技术方案，在各种原料烧结前进行预热处理，可以使各种原料更好的分散均匀，进而制得高强度的散热支架。
综上所述，本申请具有以下有益效果：
1.本申请通过铜粉、铁粉和石墨粉作为原料，采用粉末冶金的方法制成的散热支架，散热支架应用在大型数据库中的服务器主板，散热支架具有良好的硬度和力学性能，可以更好的起到支撑作用和散热效果；其中铁粉作为主要的原料合成高强度的散热支架，在原料中加入铜粉可以提高散热支架的韧性和强度，使散热支架在服务器主板上不易出现断裂，石墨粉的主要成分为碳，可以提高散热支架的强度；加入硫化锰可以有助于散热支架成型后的切削加工，减少散热支架在切削加工的过程中对刀具的磨损，而硬脂酸锌作为润滑剂，在散热支架的成型工序时可以减少材料与成型模具之间的摩擦力，更好的提高散热支架的密度，各种原料相互配合形成硬度较高的散热支架。
2.当铜粉、钛酸酯偶联剂和羧甲基纤维素在特定的重量配比时，钛酸酯偶联剂与羧甲基纤维素反应，改变羧甲基纤维素的表面性质，提高羧甲基纤维素的分散性，增强羧甲基纤维素与铜粉的粘附性，进而时改性铜粉可以在铁粉中均匀分散且紧密粘合在铁粉表面，并填充在铁粉之间的空隙，进一步提高散热支架的拉伸强度。
具体实施方式
以下结合实施例和对比例对本申请作进一步详细说明。
实施例
实施例1
一种散热支架的制备方法：
将9.5kg水雾化铁粉、0.1kg粒径为20μm的铜粉、0.05kg石墨粉、0.05kg硬脂酸锌和0.02kg硫化锰在搅拌机中混合均匀后转移至散热支架的模具中进行成形，再转移至烧结炉中，先将模具在温度为950℃的条件下进行预热20min，再提高温度在1100℃下进行烧结2h后得到烧结件，将烧结件浸没在防锈油1min后采用油压机整形后用碳氢清洗液清洗，得到散热支架。
实施例2
一种散热支架的制备方法，将10kg还原铁粉、0.2kg粒径为40μm的铜粉、0.15kg石墨粉、0.15kg硬脂酸锌和0.06kg硫化锰在搅拌机中混合均匀后转移至散热支架的模具中进行成形，再转移至烧结炉中，先将模具在温度为950℃的条件下进行预热20min，再提高温度在1100℃下进行烧结2h后得到烧结件，将烧结件浸没在防锈油1min后采用油压机整形后用碳氢清洗液清洗，得到散热支架。
实施例3
一种散热支架的制备方法，将9.66kg还原铁粉、0.15kg粒径为30μm的铜粉、0.07kg石墨粉、0.08kg硬脂酸锌和0.04kg硫化锰在搅拌机中混合均匀后转移至散热支架的模具中进行成形，再转移至烧结炉中，先将模具在温度为950℃的条件下进行预热20min，再提高温度在1100℃下进行烧结2h后得到烧结件，将烧结件浸没在防锈油1min后采用油压机整形后用碳氢清洗液清洗，得到散热支架。
实施例4
一种散热支架的制备方法，与实施例3的不同之处在于，将铜粉等量替换成改性铜粉，其中改性铜粉的制备方法为：将0.6kg钛酸酯偶联剂和5kg水混合搅拌后加入5kg铜粉和1kg羧甲基纤维素，加入搅拌均匀，洗涤后干燥，得到改性铜粉。钛酸酯偶联剂选用济南荣正化工有限公司，型号311；羧甲基纤维素选用力昂LA-7X。
实施例5
一种散热支架的制备方法，与实施例3的不同之处在于，将铜粉等量替换成改性铜粉，其中改性铜粉的制备方法为：将0.6kg钛酸酯偶联剂和5kg水混合搅拌后加入5kg铜粉和1kg羧甲基纤维素，加入搅拌均匀，洗涤后干燥，得到改性铜粉。钛酸酯偶联剂选用济南荣正化工有限公司，型号311；羧甲基纤维素选用力昂LA-7X。
实施例6
一种散热支架的制备方法，与实施例5的不同之处在于，在制备改性铜粉的过程中，铜粉的投入量为7.2kg，钛酸酯偶联剂的投入量为1kg，羧甲基纤维素的投入量为3.6kg。
实施例7
一种散热支架的制备方法，与实施例5的不同之处在于，在制备改性铜粉的过程中，铜粉的投入量为8.1kg，钛酸酯偶联剂的投入量为1kg，羧甲基纤维素的投入量为4.8kg。
实施例8
一种散热支架的制备方法，与实施例7的不同之处在于，将还原铁粉等量替换成改性还原铁粉，改性还原铁粉的制备方法为：将30kg还原铁粉加入40kg水中，边搅拌变加入3kg六偏磷酸钠在搅拌速度为250r/min的条件下进行分散10min，再加入10kg二氧化锆在温度为60℃的条件下进行水浴加热60min，再加入5kg硅酸钠继续加热30min，洗涤后转移至烘箱中在140℃的条件下干燥8h，得到改性还原铁粉。
实施例9
一种散热支架的制备方法，与实施例7的不同之处在于，将还原铁粉等量替换成改性还原铁粉，改性还原铁粉的制备方法为：将还原铁粉等量替换成改性还原铁粉，改性还原铁粉的制备方法为：将50kg还原铁粉加入60kg水中，边搅拌变加入5kg六偏磷酸钠在搅拌速度为250r/min的条件下进行分散10min，再加入20kg二氧化锆在温度为60℃的条件下进行水浴加热60min，再加入15kg硅酸钠继续加热30min，洗涤后转移至烘箱中在140℃的条件下干燥8h，得到改性还原铁粉。
实施例10
一种散热支架的制备方法，与实施例9的不同之处在于，还原铁粉的投入量为40kg，二氧化锆的投入量为12kg，硅酸钠的投入量为6kg。
实施例11
一种散热支架的制备方法，与实施例9的不同之处在于，还原铁粉的投入量为40kg，二氧化锆的投入量为14kg，硅酸钠的投入量为8kg。
实施例12
一种散热支架的制备方法，与实施例11的不同之处在于，改性还原铁粉的投入量为96kg，改性铜粉的投入量为1.6kg，硬脂酸锌的投入量为1kg。
实施例13
一种散热支架的制备方法，与实施例11的不同之处在于，改性还原铁粉的投入量为98kg，改性铜粉的投入量为1.8kg，硬脂酸锌的投入量为1kg。
对比例
对比例1
一种散热支架的制备方法，与实施例4的不同之处在于，不加入硬脂酸锌。
对比例2
一种散热支架的制备方法，与实施例4的不同之处在于，不加入铜粉。
对比例3
一种散热支架的制备方法，与实施例4的不同之处在于，在改性铜粉的过程中，将铜粉等量替换成镍粉。
对比例4
一种散热支架的制备方法，与实施例3的不同之处在于，在改性铜粉的过程中，不加入羧甲基纤维。
性能检测试验：
硬度测试：根据ISO 6507测试实施例1-13和对比例1-4制得的散热支架的硬度。
拉伸强度测试：根据ISO 6892测试实施例1-13和对比例1-4制得的散热支架的拉伸强度。
耐磨性能：根据ISO 7148测试实施例1-13和对比例1-4中制得的散热支架的耐磨性能。
| 硬度 | 拉伸强度MPa | 磨损量g | |
| 实施例1 | 436 | 1021 | 0.0531 |
| 实施例2 | 438 | 1023 | 0.0529 |
| 实施例3 | 439 | 1024 | 0.0528 |
| 实施例4 | 462 | 1086 | 0.0489 |
| 实施例5 | 466 | 1088 | 0.0492 |
| 实施例6 | 465 | 1095 | 0.0455 |
| 实施例7 | 468 | 1097 | 0.0453 |
| 实施例8 | 481 | 1126 | 0.0452 |
| 实施例9 | 482 | 1123 | 0.0449 |
| 实施例10 | 482 | 1183 | 0.0425 |
| 实施例11 | 484 | 1181 | 0.0422 |
| 实施例12 | 502 | 1258 | 0.0391 |
| 实施例13 | 504 | 1261 | 0.0388 |
| 对比例1 | 426 | 981 | 0.0568 |
| 对比例2 | 412 | 988 | 0.0532 |
| 对比例3 | 440 | 1006 | 0.0522 |
| 对比例4 | 435 | 1024 | 0.0520 |
根据实施例1-3和对比例1-4的数据对比可得，本申请通过铜粉、铁粉和石墨粉作为原料，采用粉末冶金的方法制成的散热支架，散热支架应用在大型数据库中的服务器主板，散热支架具有良好的硬度和力学性能，可以更好的起到支撑作用和散热效果；其中铁粉作为主要的原料合成高强度的散热支架，在原料中加入铜粉可以提高散热支架的韧性和强度，使散热支架在服务器主板上不易出现断裂，石墨粉的主要成分为碳，可以提高散热支架的强度；加入硫化锰可以有助于散热支架成型后的切削加工，减少散热支架在切削加工的过程中对刀具的磨损，而硬脂酸锌作为润滑剂，在散热支架的成型工序时可以减少材料与成型模具之间的摩擦力，更好的提高散热支架的密度，各种原料相互配合形成硬度较高的散热支架。
根据实施例3-7的数据对比可得，本申请通过对铜粉进行改性，羧甲基纤维素可以均匀分散在铜粉中，钛酸酯偶联剂作为表面活化剂，使铜粉具有良好的相容性，能够均匀吸附羧甲基纤维素，使铜粉可以与羧甲基纤维素紧密结合，进而提高散热支架的硬度。
根据实施例7-11的数据对比可得，本申请通过六偏磷酸钠为分散剂，将二氧化锆和硅酸钠包覆在还原铁粉表面，二氧化锆分布均匀的附着在还原铁粉表面，进而提高还原铁粉的硬度和耐磨性能，改善还原铁粉的化学性能，有助于提高通过改性后的还原铁粉制备出来的散热支架硬度和耐磨性能。
根据实施例11-13的数据对比可得，当改性还原铁粉、改性铜粉和硬脂酸锌在特定的重量配比时，三者共同配比使散热支架具有良好的硬度和力学性能，可以更好的起到支撑作用和散热效果。
本具体实施方式仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本具体实施方式做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (10)
1.一种散热支架，其特征在于：包括以下重量份原料制成：铁粉95-100份；改性铜粉1-2份；石墨粉0.5-1.5份；硬脂酸锌0.5-1.5份；硫化锰0.2-0.6份。
2.根据权利要求1所述的一种散热支架，其特征在于：所述铜粉为改性铜粉，所述改性铜粉的制备方法为：将0.6-1.2重量份钛酸酯偶联剂和5-10重量份水混合搅拌后加入5-10重量份铜粉和1-5重量份羧甲基纤维素，加入搅拌均匀，洗涤后干燥，得到所述改性铜粉。
3.根据权利要求2所述的一种散热支架，其特征在于：所述铜粉、钛酸酯偶联剂和羧甲基纤维素的重量配比为（7.2-8.1）：1：（3.6-4.8）。
4.根据权利要求1所述的一种散热支架，其特征在于：所述铁粉包括水雾化铁粉和还原铁粉中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种散热支架，其特征在于：所述还原铁粉为改性还原铁粉，所述改性还原铁粉的制备方法为：将30-50重量份还原铁粉加入40-60重量份水中，边搅拌变加入3-5重量份六偏磷酸钠进行分散，再加入10-20重量份二氧化锆水浴加热，再加入5-15重量份硅酸钠继续加热，洗涤后干燥，得到改性还原铁粉。
6.根据权利要求5所述的一种散热支架，其特征在于：所述还原铁粉、二氧化锆和硅酸钠的重量配比为1：（0.3-0.35）：（0.15-0.2）。
7.根据权利要求6所述的一种散热支架，其特征在于：所述改性还原铁粉、改性铜粉和硬脂酸锌的重量配比为（96-98）：（1.6-1.8）：1。
8.根据权利要求1所述的一种散热支架，其特征在于：所述铜粉的粒径范围为20-40μm。
9.一种散热支架的制备方法，其特征在于：用于制备权利要求1-8任一项所述的散热支架，包括以下步骤：将铁粉、铜粉、石墨粉、硬脂酸锌和硫化锰混合均匀后转移至模具中进行成形，在1100-1130℃进行烧结后浸油整形清洗，得到所述散热支架。
10.根据权利要求9所述的一种散热支架的制备方法，其特征在于：所述烧结还进行预热处理，其中预热温度为950-1050℃。
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