CN208538833U - 一种耐液态金属腐蚀的传热元件 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种耐液态金属腐蚀的传热元件，其特征在于，所述传热元件包括散热器或热沉，传热元件的材质为铝合金或铜合金，在传热元件的内表面和外表面上均设置有防护涂层，所述防护涂层的材料为镍、钛、钼、钨、石墨、碳化硅、氮化铝中的一种。所述防腐涂层可采用化学镀、化学气相沉积、电镀、阳极氧化、热喷涂等一种或几种方式实现。所述传热元件可直接与热界面材料接触，利用液态金属高热导率、不挥发、安全无毒等优点，采用液态金属作为热界面材料，界面热阻小，极大地提高传热元件的传热效率。

Description

一种耐液态金属腐蚀的传热元件

技术领域

本实用新型属于传热设备领域，具体涉及一种耐液态金属腐蚀的传热元件。

背景技术

铝材散热器因具有外型美观、重量轻、散热性能好等特点，广泛用于功率放大器、晶体管、电子管、CPU等电子元器件的散热。但电子元器件与散热器之间有缝隙，需要通过热界面材料填补两者接合或接触时产生的微空隙及表面凹凸不平的孔洞，提高器件散热性能。热界面材料是决定散热功率高低的关键材料，传统的热界面材料为导热硅脂、导热胶等，但随着电子元器件的集成程度和组装密度的不断提高，工作功耗和发热量的急剧增大，传统的导热硅脂因热导率低，易变质、散热能力不足等缺点，已无法满足电子元器件的正常运行。

液态金属是一类常温下呈现液态的低熔点合金，具有高热导率、性质稳定、不挥发、安全无毒等优点。利用液态金属高热导率、低粘度、无毒稳定的特性，采用液态金属作为热界面材料，界面热阻小，导热性能远远优于导热硅脂、导热胶等传统热界面材料，具有广阔的应用前景。但液态金属与铝直接接触，常温会迅速腐蚀，这大大限制了液态金属的应用范围，解决液态金属的腐蚀问题刻不容缓。

实用新型内容

针对现有技术的不足之处，本实用新型的目的是提出一种耐液态金属腐蚀的传热元件。

实现本实用新型上述目的的技术方案为：

一种耐液态金属腐蚀的传热元件，所述传热元件包括散热器或热沉，传热元件的材质为铝合金或铜合金，在传热元件的内表面和外表面上均设置有防护涂层，所述防护涂层的材料为镍、钛、钼、钨、石墨、碳化硅、氮化铝中的一种。

优选地，所述防护涂层厚度为0.01mm-2mm。

其中，所述传热元件的内表面设为放置热界面材料的腔体，所述热界面材料为镓基合金、铟基合金、铋基合金中的一种或多种。

进一步地，所述热界面材料为镓铟、镓锡、镓汞、镓钠、镓钾、镓铯、铋铟二元合金中的一种，或为镓铟锡、镓铟汞、镓铟钠、镓铟钾、镓铟铯、镓锡汞、镓锡钠、镓锡钾、镓锡铯、镓汞钠、镓汞钾、镓汞铯、镓钠钾、铋铟锡三元合金中的一种；或为镓铟锡汞、镓铟锡钠、镓铟锡钾、镓铟锡铯、镓铟汞钠、镓铟汞钾、镓铟汞铯、镓锡汞钠、镓锡汞钾、镓锡汞铯、镓铟钠钾、镓锡钠钾、镓汞钠钾、镓铯钠钾、铋铟锡锌四元合金中的一种。

本实用新型的一种优选技术方案为，所述传热元件为激光器热沉，在激光器热沉的内表面和外表面上均设置有镍涂层，所述镍涂层的厚度为5～50μm。

其中，所述激光器热沉上设置有通孔，在所述通孔内放置激光器。

本实用新型的又一种优选技术方案为，所述散热器上设置有翅片，散热器形状没有限制，可以是圆形，也可以是方形；翅片的内表面和外表面上均设置有镍涂层，所述镍涂层的厚度为5～50μm。

其中，所述翅片底部连接有底座，在底座上设置有铝热沉，所述铝热沉与底座相对的一面为固定发光元件或发热元件的区域。

所述防护涂层可采用化学镀、电镀、阳极氧化、气相沉积法、喷涂法等一种或几种方式实现。

本传热元件的使用温度为150℃以下。

本实用新型的优点在于：

通过在铝合金表面做一防护涂层，隔离液态金属和铝合金的直接接触；利用液态金属代替传统硅脂作为热界面材料，提高了散热效率，也解决了液态金属在使用过程中存在的腐蚀问题，扩大了液态金属的应用范围。本传热元件可直接与热界面材料接触，利用液态金属高热导率、不挥发、安全无毒等优点，采用液态金属作为热界面材料，界面热阻小，极大地提高传热元件的传热效率。

所述防护涂层在使用温度下对液态金属具有较强的耐蚀性，并具有良好的抗冷热冲击性能、附着力强、孔隙率低的特点。

附图说明

图1为本实用新型的实施例1的整体结构示意图；

图2为本实用新型的实施例2的整体结构示意图；

图3为本实用新型的实施例3的整体结构示意图；

图中，部件和编号的对应关系为：

镍涂层1，激光器热沉2，灯珠3，铝热沉4，热界面材料6，铝合金翅片散热器5，通孔7，第一测试点101，第二测试点102，第三测试点103，第四测试点104。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例中，如无特殊说明，所用方法和设备均为本领域现有的设备和方法。

实施例1：

参见图1，图1为铝合金材质的激光器热沉的整体结构示意图，主要包括镍涂层1、激光器热沉2。在整个激光器热沉内表面和外表面上设置有镍涂层，镍涂层采用化学镀的方法进行。激光器安装在通孔7中，热界面材料与激光器热沉2接触，对激光器进行散热。热沉的内部有放置热界面材料的空腔。

化学镀镍的具体过程如下：

1.首先将激光器热沉2进行化学除油，

2.在超声清洗器中水洗至少10分钟，

3.酸洗活化，在盐酸中活化材料表面，10～20分钟，去掉材料表面的氧化膜

4.在超声清洗器中水洗10分钟，

5.在超声清洗器中纯水洗至少10分钟，洗掉残留的溶液，

6.热纯水预热，使工件进入镀液前表面温度接近镀液的温度，预热的水槽要定时清洗和换水。

7.将预热过的工件尽快放入镀液槽中。

8.提前配好镀液，调整镀液温度至合适温度，放入预热好的工件开始施镀，施镀期间需要不断的搅拌镀液，循环过滤，并及时补充消耗溶液。其中，化学镀镍的镀液适宜温度为85-90℃，镀液适宜pH值为4.6-4.8。镍涂层的厚度可以根据实际需要厚度调整沉积时间。

9.将达到所需涂层厚度的工件用去离子水洗净，晾晒或热风吹干即可。

本实施例中，施镀时间为3h，涂层厚度20μm。将内外表面有镍涂层1的激光器热沉2浸泡在液态金属Ga_68.5In_21.5Sn₁₀中，放入真空干燥箱中测试，100℃，30天，镍涂层1没有脱落，激光器热沉2也没有被腐蚀。

实施例2：

本实施例的耐液态金属腐蚀的传热元件包括散热器和铝热沉4，所述散热器为铝合金翅片散热器5，翅片的内部为中空腔体，所述中空腔体内填充有热界面材料6；铝合金翅片的内表面和外表面上均设置有镍涂层1，所述镍涂层的厚度为20μm。

所述翅片底部连接有底座，在底座上设置有铝热沉4，所述铝热沉与底座相对的一面上固定灯珠3。本实施例中，在与LED灯基座相连的铝合金翅片散热器表面化学镀镍。化学镀镍方法同实施例1。

以液态金属Ga_68.5In_21.5Sn₁₀作为热界面材料，对铝合金翅片散热器镀上镍涂层后的稳定性展开测试。

稳定性测试了四个测试点，参见图2，分别为：第一测试点101，位于铝热沉4边缘、第二测试点102为在捏涂层1表面，接近铝热沉4边缘、第三测试点103位于灯珠3表面，第四测试点104在铝合金翅片散热器5上。其测试结果如下：

采用安捷伦数据采集仪、T型热电偶(标定)，对每个测试点进行温度实时监控，实验进行24h。

各测试点温度显示：测试点101温度55±1℃、测试点102温度46±1℃、测试点103温度158±1℃、测试点104温度70±1℃。

本实施例实验结果说明，铝合金表面涂层(镍层)稳定性较好，涂层对铝合金的散热性能基本没有影响，涂层隔离了液态金属和铝合金的直接接触，起到防腐蚀的目的。本实施例的有益之处还在于用液态金属代替导热硅脂，散热性能得到大幅度提高，延长了LED灯的使用寿命。

实施例3：

一种传热元件(图3)，包括镍涂层1、铝合金材质的激光器热沉2。在整个铝激光器热沉的内表面和外表面上设置有镍涂层，镍涂层采用化学镀的方法进行。镍涂层的厚度为30μm。激光器安装在通孔3中，热界面材料与激光器热沉2内表面接触，对激光器进行散热。本实施例中，化学镀镍方法同实施例1。

本实施例中，施镀时间为4h，涂层厚度30μm。将内外表面有镍涂层1的激光器热沉2浸泡在液态金属Ga₆₁In₂₅Sn₁₃Zn₁中，放入真空干燥箱中测试，100℃，30天，镍涂层1没有脱落，激光器热沉8也没有被腐蚀。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。对本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术的替代，以及特征的等效变化或修饰，或者特征间的相互不同组合，都能实现本专利描述的功能和效果，不再一一举例说明，均属本专利保护范围。

Claims (8)

1.一种耐液态金属腐蚀的传热元件，其特征在于，所述传热元件包括散热器或热沉，传热元件的材质为铝合金或铜合金，在传热元件的内表面和外表面上均设置有防护涂层，所述防护涂层的材料为镍、钛、钼、钨、石墨、碳化硅、氮化铝中的一种。

2.根据权利要求1所述的耐液态金属腐蚀的传热元件，其特征在于，所述防护涂层厚度为0.01mm-2mm。

3.根据权利要求1所述的耐液态金属腐蚀的传热元件，其特征在于，所述传热元件的内表面设为放置热界面材料的腔体，所述热界面材料为镓基合金、铟基合金、铋基合金中的一种或多种。

4.根据权利要求3所述的耐液态金属腐蚀的传热元件，其特征在于，所述热界面材料为镓铟、镓锡、镓汞、镓钠、镓钾、镓铯、铋铟二元合金中的一种，或为镓铟锡、镓铟汞、镓铟钠、镓铟钾、镓铟铯、镓锡汞、镓锡钠、镓锡钾、镓锡铯、镓汞钠、镓汞钾、镓汞铯、镓钠钾、铋铟锡三元合金中的一种；或为镓铟锡汞、镓铟锡钠、镓铟锡钾、镓铟锡铯、镓铟汞钠、镓铟汞钾、镓铟汞铯、镓锡汞钠、镓锡汞钾、镓锡汞铯、镓铟钠钾、镓锡钠钾、镓汞钠钾、镓铯钠钾、铋铟锡锌四元合金中的一种。

5.根据权利要求1～4任一项所述的耐液态金属腐蚀的传热元件，其特征在于，所述传热元件为激光器热沉，在激光器热沉的内表面和外表面上均设置有镍涂层，所述镍涂层的厚度为5～50μm。

6.根据权利要求5所述的耐液态金属腐蚀的传热元件，其特征在于，所述激光器热沉上设置有通孔，在所述通孔内放置激光器。

7.根据权利要求1～4任一项所述的耐液态金属腐蚀的传热元件，其特征在于，所述散热器上设置有翅片；翅片的内表面和外表面上均设置有镍涂层，所述镍涂层的厚度为5～50μm。

8.根据权利要求7所述的耐液态金属腐蚀的传热元件，其特征在于，所述翅片底部连接有底座，在底座上设置有铝热沉，所述铝热沉与底座相对的一面为固定发光元件或发热元件的区域。