一種提高純鋁散熱片散熱效果的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提高純鋁散熱片散熱效果的方法，通過將純鋁散熱片在電解液中通過陽(yáng)極氧化在純鋁散熱片的表面形成納米結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁層。通過在純鋁散熱片的表面形成一層氧化鋁納米孔，在不增加散熱片數(shù)量的同時(shí)增強(qiáng)散熱片的散熱能力。
【專利說明】一種提高純鋁散熱片散熱效果的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及散熱片表面處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種提高純鋁散熱片散熱效果的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科技的發(fā)展，散熱問題變得越發(fā)的突出。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在電力、冶金、化工、建材等高能耗行業(yè)中熱能是能源的主要表現(xiàn)形式之一，估計(jì)達(dá)到80%的熱量需要通過換熱器予以轉(zhuǎn)換，以適應(yīng)不同的要求。特別是微電子技術(shù)方面，散熱好壞會(huì)嚴(yán)重影響到系統(tǒng)穩(wěn)定性以及硬件壽命?；陲L(fēng)冷，水冷和熱管的傳統(tǒng)散熱技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)乏力的現(xiàn)象，而較為新穎的散熱技術(shù)，例如微通道，熱電制冷和相變等；由于成本，工藝和使用條件等一系列的原因，也無法滿足現(xiàn)階段大規(guī)模的應(yīng)用。所以發(fā)展一種成本，工藝可以接受以及在現(xiàn)階段可以大規(guī)模應(yīng)用的散熱技術(shù)，可以在很大程度上緩解高功率密度器件大規(guī)模應(yīng)用帶來的散熱問題，滿足目前在散熱上的迫切需求。
[0003]目前常用的散熱器絕大部分采用風(fēng)冷，水冷，散熱片和熱管相結(jié)合的技術(shù)。散熱片在散熱器的構(gòu)成中占有重要的角色，一個(gè)散熱器的好壞，很大程度上取決于散熱片本身的吸熱能力和熱傳導(dǎo)能力?，F(xiàn)有的提高純鋁散熱片的散熱效果的方法大多是靠增加散熱片的比表面實(shí)現(xiàn)，而為了增加其比表面積一般是將散熱片加工成復(fù)雜的形狀；一方面增加了加工工藝的復(fù)雜性，同時(shí)對(duì)鋁材質(zhì)要求高,增加了生產(chǎn)成本；另一方面,通過這種方式來增加散熱片的比表面同時(shí)也會(huì)增加散熱片的體積，從而導(dǎo)致散熱器的體積增大，不能滿足散熱器功率越來越大，而體積越來越小的發(fā)展趨勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種提高純鋁散熱片散熱效果的方法，通過在純鋁散熱片的表面形成一層氧化鋁納米孔，在不增加散熱片數(shù)量的同時(shí)增強(qiáng)散熱片的散熱能力。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種提高純鋁散熱片散熱效果的方法，通過將純鋁散熱片在電解液中通過陽(yáng)極氧化在純鋁散熱片的表面形成納米結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁層。
[0007]本發(fā)明所述的提高純鋁散熱片散熱效果的方法具體步驟如下:
[0008]步驟A:用去離子水與酸配制成電解液，并將電解液置于冰水浴中使電解液溫度控制在5-10。C；
[0009]步驟B:用乙醇對(duì)純鋁散熱片進(jìn)行清洗，自然風(fēng)干；
[0010]步驟C:以步驟B)處理后的純鋁散熱器為陽(yáng)極，石墨電極為陰極，步驟A)的草酸溶液為電解液，在直流電壓下陽(yáng)極氧化30-50分鐘至散熱片表面形成納米結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁層。
[0011]在本申請(qǐng)中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電解液的濃度較小時(shí)，在散熱片的表生成的多孔氧化鋁的孔徑小，孔分布不均勻；而隨著電解液濃度的增大，氧化鋁層的孔徑也越來越大，但當(dāng)電解液濃度太高時(shí)候，氧化鋁層的孔的數(shù)量減少，反而使其比表面下降。因此，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案，步驟A中所述電解液的酸濃度為0.3-0.5mol/L。
[0012]本發(fā)明中所用的酸選自草酸、磷酸或硫酸中的一種。其中優(yōu)選的為草酸，因?yàn)椴菟嵩陔娊膺^程中產(chǎn)生不會(huì)產(chǎn)生有害氣體，環(huán)保無污染。
[0013]在電解過程中為了排除其他離子的干擾，本發(fā)明中采用去離子水作為溶劑，離子數(shù)越少，干擾就越小，得到的氧化鋁層中的孔分布越均勻。因此，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選的方案，步驟A中所述去離子水的電阻率為10-20ΜΩ.cm。
[0014]根據(jù)熱力學(xué)原理，只要有溫差存在，熱量總是自發(fā)地從高溫物體傳向低溫物體，由于溫差普遍存在，故傳熱現(xiàn)象也是一種普遍存在的自然現(xiàn)象。熱量的傳遞方式包括熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射三種基本方式，它們可以單獨(dú)存在，但往往以復(fù)合的傳熱方式出現(xiàn)。在本發(fā)明中純鋁散熱片主要以熱對(duì)流和熱輻射將熱量傳遞到空間散失掉，而在散熱片的散熱過程中，空氣流體在風(fēng)機(jī)作用下通過散熱片表面將熱量帶走，稱為強(qiáng)制對(duì)流換熱，是熱量散失的主要形式。 [0015]當(dāng)單獨(dú)考慮對(duì)流換熱時(shí)，換熱量的計(jì)算公式目前仍采用牛頓提出的計(jì)算公式:Qd=QcAAt= a cA (tw-tf)
[0016]式中:tw表示物體的表面溫度(V ) ;tf表示流體的溫度(V )汸表示物體參與換熱的表面積(m2) ; At表示物體表面溫度與流體的溫度差(°C);比例系數(shù)α。稱為對(duì)流換熱系數(shù)(W/m2.°C)；
[0017]影響對(duì)流傳熱強(qiáng)弱的主要因素有:(I)對(duì)流運(yùn)動(dòng)成因和流動(dòng)狀態(tài)；(2)流體的物理性質(zhì)(隨種類、溫度和壓力而變化)；(3)傳熱表面的形狀、尺寸和相對(duì)位置；(4)流體有無相變(如氣態(tài)與液態(tài)之間的轉(zhuǎn)化)；
[0018]故當(dāng)散熱片體積一定時(shí)若增大與流體的接觸面積可增大換熱量。
[0019]當(dāng)單獨(dú)考慮輻射散熱時(shí)，散熱片表面因輻射而放出的熱量可用下式表示:
[0020]Qr= ε δ A(tw4-tf4)
[0021]式中處為輻射放出的熱量(J) ;A為傳熱面積(m2) ； ε是物體表面的輻射率，其大小與物體材料溫度、表面積及表面狀況粗糙度有關(guān)；δ是斯特潘-玻爾茲曼常數(shù)，其值為
5.67032X 10_8W/(m_2.k_4)；
[0022]故提高熱輻射的主要措施為:(I)增大物體表面越粗糙，熱輻射能力就越強(qiáng)；(2)加大輻射物體表面積及其與周圍環(huán)境溫差以提高輻射效果。
[0023]發(fā)明人根據(jù)上述理論，通過陽(yáng)極氧化的方法，制造多孔氧化鋁的表面結(jié)構(gòu)氧化層的孔徑在20-100nm ;通過臺(tái)階儀測(cè)試，得到氧化層厚度在7_12 μ m。這種結(jié)構(gòu)使得散熱片的比表面積增大，使得對(duì)流換熱增強(qiáng)，同時(shí)由于納米的多孔結(jié)構(gòu)，使得散熱片的輻射效果增強(qiáng)從而使得散熱器的散熱性能得到提高。
[0024]一種鋁散熱片，采用本發(fā)明的方法制備而成，其是在純鋁散熱片表面形成一層納米多孔氧化鋁層。
[0025]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果在于:
[0026]1.本發(fā)明采用電化學(xué)的陽(yáng)極氧化法在純鋁散熱片表面形成納米多孔氧化鋁結(jié)構(gòu)從而改變了散熱片表面的微觀形貌，由此增大了散熱片的熱面積以提高散熱片的的輻射能力，從而達(dá)到增大散熱器散熱能力的目的；
[0027]2.采用本發(fā)明的方法，在不增加散熱片數(shù)量、不改變散熱片形狀的情況下增強(qiáng)了散熱能力，相比同樣散熱效果的散熱片不僅簡(jiǎn)化了制作工藝還降低了成本。
[0028]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]圖1為本發(fā)明的方法處理后的散熱片表面電鏡圖；
[0030]圖2為PTC陶瓷加熱片和經(jīng)過陽(yáng)極氧化處理的純鋁散熱器用導(dǎo)熱硅脂連接并加風(fēng)扇穩(wěn)定工作時(shí)的表面溫度圖；
[0031]圖3為PTC陶瓷加熱片和未經(jīng)過陽(yáng)極氧化處理的純鋁散熱器用導(dǎo)熱硅脂連接并加風(fēng)扇穩(wěn)定工作時(shí)的表面溫度圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下是本發(fā)明具體的實(shí)施例。
[0033]實(shí)施例1
[0034]一種提高純 鋁散熱片散熱效果的方法，具體步驟如下:
[0035]步驟A:用去離子水(電阻率為IOM Ω.cm)與草酸配制濃度為0.3mol/L草酸溶液作為電解液，并將電解液置于冰水浴中使電解液溫度控制在5°C ；
[0036]步驟B:用乙醇(分析純)對(duì)純鋁散熱片進(jìn)行清洗，自然風(fēng)干；
[0037]步驟C:以步驟B)處理后的純鋁散熱器為陽(yáng)極，石墨電極為陰極，步驟A)的草酸溶液為電解液，在直流電壓下陽(yáng)極氧化40分鐘至散熱片表面形成孔徑為20-100nm、厚度為7-12 μ m的多孔氧化鋁層。
[0038]實(shí)施例2
[0039]一種提高純鋁散熱片散熱效果的方法，具體步驟如下:
[0040]步驟A:用去離子水(電阻率為15ΜΩ.cm)與草酸配制濃度為0.4mol/L草酸溶液作為電解液，并將電解液置于冰水浴中使電解液溫度控制在8°C ；
[0041]步驟B:用乙醇(分析純)對(duì)純鋁散熱片進(jìn)行清洗，自然風(fēng)干；
[0042]步驟C:以步驟B)處理后的純鋁散熱器為陽(yáng)極，石墨電極為陰極，步驟A)的草酸溶液為電解液，在直流電壓下陽(yáng)極氧化40分鐘至散熱片表面形成孔徑為20-100nm、厚度為7-12 μ m的多孔氧化鋁層。
[0043]實(shí)施例3
[0044]一種提高純鋁散熱片散熱效果的方法，具體步驟如下:
[0045]步驟A:用去離子水(電阻率為20ΜΩ.cm)與磷酸配制濃度為0.5mol/L草酸溶液作為電解液，并將電解液置于冰水浴中使電解液溫度控制在10°C ；
[0046]步驟B:用乙醇(分析純)對(duì)純鋁散熱片進(jìn)行清洗，自然風(fēng)干；
[0047]步驟C:以步驟B)處理后的純鋁散熱器為陽(yáng)極，石墨電極為陰極，步驟A)的草酸溶液為電解液，在直流電壓下陽(yáng)極氧化50分鐘至散熱片表面形成孔徑為20-100nm、厚度為7-12 μ m的多孔氧化鋁層。
[0048]圖1為上述實(shí)施例2的方法處理后的散熱片的表面電鏡圖，從圖上可以看出:在散熱片的表面形成了多孔接結(jié)構(gòu)。
[0049]對(duì)比例I
[0050]對(duì)實(shí)施例2得到經(jīng)過陽(yáng)極氧化處理的散熱片與未經(jīng)處理的純鋁散熱片進(jìn)行散熱效果對(duì)比測(cè)試，其中散熱片底板厚度為2.1MM，齒片數(shù)量為6片，齒片厚度為1.2MM，齒的間距為2.96MM ;具體步驟如下:
[0051 ] 步驟A:串聯(lián)一個(gè)萬(wàn)用表(VICTOR VC890C+)測(cè)試PTC陶瓷加熱片(規(guī)格:24X14.7mm,電壓220V)干燒時(shí)的工作電流，穩(wěn)定后讀數(shù)；
[0052]步驟B:將PTC陶瓷加熱片和未經(jīng)過陽(yáng)極氧化處理的純鋁散熱器用導(dǎo)熱硅脂連接，再外接一個(gè)電風(fēng)扇(ASB0312HA，DC12V，0.15A)強(qiáng)制對(duì)流換熱，串聯(lián)一個(gè)萬(wàn)用表(VICTORVC890C+)測(cè)量PTC陶瓷加熱片的工作電流，穩(wěn)定后讀數(shù)，并使用紅外攝像儀(SAT S160B)測(cè)試陶瓷片表面溫度；同時(shí)將PTC陶瓷加熱片和經(jīng)過陽(yáng)極氧化處理的純鋁散熱器用導(dǎo)熱硅脂連接，再外界相同的電風(fēng)扇(ASB0312HA，DC12V，0.15A)強(qiáng)制對(duì)流換熱，串聯(lián)一個(gè)萬(wàn)用表(VICTOR VC890C+)測(cè)量PTC陶瓷加熱片的工作電流(穩(wěn)定后讀數(shù))，并使用紅外攝像儀(SATS160B)測(cè)試陶瓷片表面溫度。
[0053]其中電流測(cè)試結(jié)果見表1，紅外攝像儀(SAT S160B)測(cè)試陶瓷片表面溫度見圖2和圖3。
[0054]表1:電流測(cè)試數(shù)據(jù)
[0055]
【權(quán)利要求】
1.一種提高純鋁散熱片散熱效果的方法，其特征在于:通過將純鋁散熱片在電解液中通過陽(yáng)極氧化在純鋁散熱片的表面形成納米結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，其具體步驟如下: 步驟A:用去離子水與酸配制成電解液,并將電解液置于冰水浴中使電解液溫度控制在 5-10。。； 步驟B:用乙醇對(duì)純鋁散熱片進(jìn)行清洗，自然風(fēng)干； 步驟C:以步驟B)處理后的純鋁散熱器為陽(yáng)極，石墨電極為陰極，步驟A)的草酸溶液為電解液，在直流電壓下陽(yáng)極氧化30-50分鐘至散熱片表面形成納米結(jié)構(gòu)的多孔氧化鋁層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述多孔氧化鋁層的孔徑為20-100nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于:所述多孔氧化鋁層的厚度為7-15μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:步驟A中所述電解液中的酸的濃度為0.3-0.5mol/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述酸為草酸、磷酸、硫酸中的一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于:步驟A中所述去離子水的電阻率為10-20ΜΩ ^cm0
8.一種用權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的方法制備的鋁散熱片，其特征在于:其是在純鋁散熱片表面形成一層納米多孔氧化鋁層。
【文檔編號(hào)】C25D11/10GK103981557SQ201410225950
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】楚盛, 張峻鳴 申請(qǐng)人:中山大學(xué)