一种耐液态金属腐蚀的高导热涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐液态金属腐蚀的高导热涂层及其制备方法，所述高导热涂层由金属粉末与非金属粉末复合制备而得，采用激光熔覆技术将混合粉末熔融沉积在基材的表面，所述基材与高导热涂层的结合处为冶金结合。本发明专利技术通过激光熔覆技术，将耐液态金属腐蚀的混合粉末均匀的熔覆在基体上，形成均匀、连续且致密的防护涂层。护涂层。护涂层。

【技术实现步骤摘要】
一种耐液态金属腐蚀的高导热涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于导热材料
，具体涉及一种耐液态金属腐蚀的高导热涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]热界面材料作为重要的热管理组件，广泛应用于新兴的柔性电子、软机器人、能源存储设备和微电子封装中。它们的主要作用是代替界面处空气，促进在不均匀的粗糙固体表面上的进行有效传热。然而广泛使用的热界面材料一般是由柔软且低导热系数的聚合物复合材料组成，例如硅脂、树脂等。但是，随着科学技术的不断发展，现有材料的导热率已无法满足日益增长的散热需求。Ga基液态金属材料其自身便具有较高导热率，在其他材料的复合下，可拥有高于一般界面材料10倍左右导热率，同时液态金属的常温流动性还能填充界面空隙，使其逐渐被应用于热管理领域。但是Ga基液态金属对金属具有腐蚀性，特别是热管理领域中常用的Al合金与Cu合金，直接接触会快速或缓慢形成金属间化合物，对其他部件造成不可逆的损害。
[0003]表面工程技术通过在部件表面形成防护涂层，能够有效隔离Ga基液态金属，从而保护重要部件。通过工艺设计与材料挑选，还能在不影响散热性能的前提下，提供持久保护。

技术实现思路

[0004]本专利技术主要解决的技术问题是提供一种耐液态金属腐蚀的高导热涂层及其制备方法，通过激光熔覆技术，将耐液态金属腐蚀的混合粉末均匀的熔覆在基体上，形成均匀、连续且致密的防护涂层。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：本专利技术提供了一种耐液态金属腐蚀的高导热涂层，所述高导热涂层由金属粉末与非金属粉末复合制备而得，采用激光熔覆技术将混合粉末熔融沉积在基材的表面，所述基材与高导热涂层的结合处为冶金结合。
[0006]激光熔覆技术能够利用激光的高热源将粉末完全熔融，在基体表面形成均匀的防护涂层，同时还能与基体材料形成冶金结合。通过激光熔覆技术制备的涂层组织均匀致密，晶粒细小，适用于各种零部件的表面处理。
[0007]进一步地说，所述金属粉末为镍、钼、钛、铬、钨、铂和锌中的一种或多种。
[0008]进一步地说，述非金属粉末为石墨、石墨烯、碳化硅、氮化硼、氮化铝和氮化硅中的一种或多种。
[0009]进一步地说，所述金属粉末与非金属粉末的体积比范围为5：5到8：2。
[0010]进一步地说，所述金属材料导热率大于80W/mk，所述非金属材料的导热率大于300W/mk；
[0011]所述高导热涂层的导热率大于100W/mk。
[0012]进一步地说，所述金属粉末与所述非金属粉末的颗粒的粒径皆为10
‑
1000μm之间。
[0013]进一步地说，所述高导热涂层的厚度在0.1
‑
1.0mm之间；
[0014]所述高导热涂层的表面粗糙度达到Ra 0.05
‑
0.2μm。该厚度以降低涂层的热阻。
[0015]本专利技术还提供了一种所述的耐液态金属腐蚀的高导热涂层的制备方法，包括如下步骤:
[0016]S1：基体材料通过酒精超声清洗去除表面存在的油污与杂质；
[0017]S2：金属粉末与非金属粉末按比例在滚筒混粉机中均匀混合，充分混合后将其置入超声机中，使用酒精超声清洗表面油污与杂质；
[0018]S3：采用激光熔覆技术将混合粉末均匀的涂敷在基材的表面上；
[0019]其中，激光熔覆参数为离焦量10
‑
100mm，激光功率100
‑
5000W，扫描速度10
‑
3000mm/s，保护气体送气量1
‑
100L/min；
[0020]S4：将涂层进行抛光处理，使其表面粗糙度达到Ra 0.05
‑
0.2μm。
[0021]步骤S3中，混合粉末直接平铺于基体表面，铺粉厚度在5
‑
10mm；
[0022]或者通过管路输送至激光移动方向的前端，送粉速度为2.7
‑
10kg/h，载气为保护气体。
[0023]进一步地说，在涂层的表面增加热界面材料，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。
[0024]进一步地说，所述基体的材料为铝、铝合金、铜、铜合金、铁和铁合金中的一种。
[0025]进一步地说，所述激光熔覆工艺为预置法和同步法中的一种。
[0026]进一步地说，步骤S3中，保护气体为氮气、氩气和氦气中的一种。
[0027]本专利技术的有益效果是：
[0028]本专利技术中的涂层的材料包含金属粉末与非金属粉末，金属材料本身具有较高的导热系数，自身适中的热膨胀系数还能起到热缓冲的作用，确保低膨胀系数的非金属填料添加后，涂层依然能承受多次热循环，非金属材料作为填料具有高于金属材料的导热系数，通过两者混合连接形成导热通路使涂层具有高导热性能。
[0029]本专利技术通过激光熔覆技术在基材表面形成致密、均匀且连续的保护涂层，涂层与基材能形成冶金结合，这种结合不同于热喷涂和电镀的涂层对基体的机械结合，冶金结合能使涂层承受上万次的热循环而不发生剥落，并保持充分连接使涂层与基材界面处无间隙，以保证整体的导热率和结合强度。
[0030]同时涂层材料不与液态金属(指后续覆盖在涂层表面的热界面材料，该热界面材料为液态金属)发生反应，使得液态金属不会对基体材料进行腐蚀，确保基体材料的机械强度。
[0031]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例详细说明如后。
附图说明
[0032]图1是本专利技术的高导热涂层与基材结合后的示意图。
[0033]附图标记说明：1、基体；2、冶金结合处；3、高导热涂层。
具体实施方式
[0034]以下通过特定的具体实施例说明本专利技术的具体实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本专利技术的优点及功效。本专利技术也可以其它不同的方式予以实施，即，在不背离本专利技术所揭示的范畴下，能予不同的修饰与改变。
[0035]实施例：本专利技术提供了一种耐液态金属腐蚀的高导热涂层，如图1所示，所述高导热涂层由金属粉末与非金属粉末复合制备而得，采用激光熔覆技术将混合粉末熔融沉积在基材1的表面，所述基材与高导热涂层3的结合处为冶金结合，定义该冶金结合的位置为冶金结合处2。
[0036]所述金属粉末为镍、钼、钛、铬、钨、铂和锌中的一种或多种。
[0037]述非金属粉末为石墨、石墨烯、碳化硅、氮化硼、氮化铝和氮化硅中的一种或多种。
[0038]所述金属粉末与非金属粉末的体积比范围为5：5到8：2。
[0039]较佳的是，所述金属材料导热率大于80W/mk，所述非金属材料的导热率大于300W/mk；
[0040]较佳的是，所述高导热涂层的导热率大于100W/mk。
[0041]所述金属粉末与所述非金属粉末的颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐液态金属腐蚀的高导热涂层，其特征在于：所述高导热涂层由金属粉末与非金属粉末复合制备而得，采用激光熔覆技术将混合粉末熔融沉积在基材的表面，所述基材与高导热涂层的结合处为冶金结合。2.根据权利要求1所述的耐液态金属腐蚀的高导热涂层，其特征在于：所述金属粉末为镍、钼、钛、铬、钨、铂和锌中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的耐液态金属腐蚀的高导热涂层，其特征在于：述非金属粉末为石墨、石墨烯、碳化硅、氮化硼、氮化铝和氮化硅中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的耐液态金属腐蚀的高导热涂层，其特征在于：所述金属粉末与非金属粉末的体积比范围为5：5到8：2。5.根据权利要求1所述的耐液态金属腐蚀的高导热涂层，其特征在于：所述金属材料导热率大于80W/mk，所述非金属材料的导热率大于300W/mk；所述高导热涂层的导热率大于100W/mk。6.根据权利要求1所述的耐液态金属腐蚀的高导热涂层，其特征在于：所述金属粉末与所述非金属粉末的颗粒的粒径皆为10
‑
1000μm之间。7.根据权利要求1所述的耐液态金属腐蚀的高导热涂层，其特征在于：所述高导热涂层的厚度在0.1
‑
1.0mm之间；所述高导热涂层的表面粗糙度达到Ra 0.05
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁子毅，王超正，艾立邦，陈文杰，魏浩，
申请(专利权)人：空间液态金属科技发展江苏有限公司，
类型：发明
国别省市：