CN113857462A - 一种内含复杂变截面孔道散热器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种内含复杂变截面孔道散热器的制备方法，属于电子元器件散热器制造技术领域。该方法以散热器所用合金为原材料，事先制备出管内各部分形状和尺寸与散热器内部的复杂变截面孔道的孔内各部分形状和尺寸相同的复杂变截面管，再将复杂变截面管放入铸型中定位固定，浇入合金液发生凝固后使复杂变截面管与合金实现紧密结合，成为一体化的铸件，获得内含复杂变截面孔道的散热器。与传统的内含复杂变截面孔道散热器制备方法相比，本发明方法的制备工序简单、生产周期短、材料利用率高、生产成本低，制备的散热器的孔道尺寸精度和力学性能高、散热效果好、使用寿命长，适于大批量生产，推广应用价值大。
Description
技术领域
本发明属于电子元器件散热器制造技术领域，特别是涉及一种内含复杂变截面孔道散热器的制备方法。
背景技术
大功率器件在工作时损耗大，会产生较大热量，必须采取冷却散热措施，及时将热量扩散到周围空间，否则会由于器件温度过高而导致器件使用寿命缩短、无法正常工作或损坏失效等。目前一般是采用内含孔道的散热器来达到这一目的，通过在孔道内通循环冷却介质的方式实现较好的散热效果。
近年来，随着大功率器件性能的不断提升，对散热的要求也逐渐增加，使得散热器内所含孔道的结构越来越复杂，甚至常常会采用一些复杂变截面孔道。由于散热器内含变截面孔道的复杂性，导致采用传统的砂芯铸造法、熔模铸造法和丝材型芯法等制备方法已经难以生产所需散热器。现有的内含复杂变截面孔道散热器的主要制备方法是合金板机械加工法、管材型芯法和合金粉末3D打印法，但存在着生产工序繁琐、原材料价格昂贵和利用率低、生产周期长、产品加工成本高，甚至散热效果较差和使用寿命较短等问题。
因此，亟待开发一种内含复杂变截面孔道散热器的短流程、低成本、高效率制备方法，满足大功率器件高效散热的急需。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种内含复杂变截面孔道散热器的制备方法，生产工序简单、原材料价格低和利用率高、生产周期短、产品加工成本低，满足大功率器件高效散热要求，避免在铸造过程中复杂变截面管被熔化或发生热冲击变形的现象，以及复杂变截面管与散热器所用合金的复合界面处结合不紧密导致散热效率较低等问题。
一种内含复杂变截面孔道散热器的制备方法，其具体步骤如下：
步骤1：以散热器所用合金作为原材料，采用圆管液压成形法、3D打印成形法、不同尺寸管焊接成形法、模铸成形法、异型管局部旋压成形法、管材弯曲成形法或管材辊压成形法中的至少一种方法制备复杂变截面管，所述复杂变截面管的管内各部分形状和尺寸与设计的所述散热器内部的复杂变截面孔道的孔内各部分形状和尺寸相同；
步骤2：封堵所述复杂变截面管两端的进口和出口，然后将所述复杂变截面管放入铸型中，并采用定位装置予以定位，所述进口和所述出口外露在所述铸型的外面；
步骤3：开始进行铸造，浇入合金液，使所述合金液充满所述铸型并把所述复杂变截面管包裹在所述合金液中；
步骤4：所述合金液发生凝固，使所述复杂变截面管与凝固成形的所述合金实现紧密结合，成为一体化的铸件，铸造完毕，取出所述铸件，获得内含所述复杂变截面孔道的所述散热器。
进一步的，所述复杂变截面管由圆管、扁管、方管、椭圆管、矩形管、菱形管或异型管中的至少两种组成。
进一步的，在步骤1中，在制备了所述复杂变截面管之后，采用固-液复合铸造法，在所述复杂变截面管表面覆上一层所述散热器所用合金的支撑层，确保所述复杂变截面管与凝固成形的所述合金的复合界面处为高界面结合强度的冶金结合，获得厚壁的所述复杂变截面管。
进一步的，在步骤1中，以非散热器所用金属取代所述散热器所用合金作为原材料，采用圆管液压成形法、3D打印成形法、不同尺寸管焊接成形法、模铸成形法、异型管局部旋压成形法、管材弯曲成形法或管材辊压成形法中的至少一种方法制备所述复杂变截面管，所述复杂变截面管的管内各部分形状和尺寸与所述散热器的所述复杂变截面孔道的孔内各部分形状和尺寸相同；然后采用固-液复合铸造法，在所述复杂变截面管表面覆上一层所述散热器所用合金的所述支撑层，确保所述复杂变截面管与凝固成形的所述合金的复合界面处为高界面结合强度的冶金结合，获得厚壁的所述复杂变截面管。
进一步的，所述金属包括但不限于纯金属或非散热器所用合金，所述纯金属包括但不限于纯铝、纯铜、纯铁或纯钛，所述合金包括但不限于铝合金、铜合金、钛合金或钢铁。
进一步的，在步骤2中，在封堵所述复杂变截面管两端的所述进口和所述出口之前，在所述复杂变截面管中加入高温油、低熔点合金或石英砂；或在铸造过程中通过所述复杂变截面管两端的所述进口和所述出口不断通入高压循环冷却水或压缩空气。
进一步的，所述复杂变截面管的壁厚为0.2～5mm，所述支撑层的厚度不小于0.5mm。
进一步的，对所述散热器进行热处理。
进一步的，对所述散热器的表面进行局部表面处理或机加工。
本发明具有以下优点：
1、该方法简化了内含复杂变截面孔道散热器的制备工序，缩短了生产周期，提高了材料利用率，大幅度降低了生产成本，可适用于大批量生产。
2、该方法易于制备内含复杂变截面孔道的散热器，孔道尺寸精度高；同时，采用散热器所用合金制备复杂变截面管，确保了铸造得到的铸件的密度与设计的散热器的密度完全相同，也保证了散热器的复杂变截面孔道表面具有高的力学性能和耐磨、耐冲刷等性能。
3、该方法制备的散热器内部的复杂变截面管与散热器所用合金的复合界面处为冶金结合，结合紧密，界面结合强度高，散热效果好，使用寿命长，可靠性高。
4、该方法事先采用固-液复合铸造法将散热器所用合金覆在复杂变截面管的表面作为支撑层，既避免了在后续散热器铸造过程中复杂变截面管局部被熔穿或发生热冲击变形的现象，又解决了传统的管材型芯法制备铝合金散热器中直接采用铜管等作为支撑层存在的铜管与铝合金之间有间隙，结合不紧密，散热效率较低，以及发生电化学腐蚀或散热器不可热处理，或者后续采用腐蚀方法去除铜管导致的环境污染等问题。
5、该方法可推广应用于雷达等国民经济和国防军工中重点装备急需的内含复杂变截面孔道散热器的高效制备，推广应用价值大。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的熟练技术人员可以根据上述本发明的内容做出一些非本质的改进和调整。
实施例1：
以ZL101A铝合金作为原材料，采用3D打印成形法制备由圆管和扁管组成的壁厚为1mm的ZL101A铝合金复杂变截面管，ZL101A铝合金复杂变截面管的管内各部分形状和尺寸与设计的ZL101A铝合金散热器内部的复杂变截面孔道的孔内各部分形状和尺寸相同；
封堵ZL101A铝合金复杂变截面管两端的进口和出口，然后将ZL101A铝合金复杂变截面管放入铸型中，并采用定位装置予以定位，ZL101A铝合金复杂变截面管两端的进口和出口外露在铸型的外面；
开始进行铸造，浇入ZL101A铝合金液，使ZL101A铝合金液充满铸型并把ZL101A铝合金复杂变截面管包裹在ZL101A铝合金液中；
ZL101A铝合金液发生凝固，使ZL101A铝合金复杂变截面管与凝固成形的ZL101A铝合金实现紧密结合，成为一体化的铸件，铸造完毕，取出铸件，获得内含ZL101A铝合金复杂变截面孔道的ZL101A铝合金散热器。
实施例2：
以6061铝合金作为原材料，采用不同尺寸管焊接成形法制备由圆管、椭圆管和菱形管组成的壁厚为2mm的6061铝合金复杂变截面管，6061铝合金复杂变截面管的管内各部分形状和尺寸与设计的ZL305铝合金散热器内部的复杂变截面孔道的孔内各部分形状和尺寸相同；
在6061铝合金复杂变截面管中加入石英砂，接着封堵6061铝合金复杂变截面管两端的进口和出口，然后将6061铝合金复杂变截面管放入铸型中，并采用定位装置予以定位，6061铝合金复杂变截面管两端的进口和出口外露在铸型的外面；
开始进行铸造，浇入ZL305铝合金液，使ZL305铝合金液充满铸型并把6061铝合金复杂变截面管包裹在ZL305铝合金液中；
ZL305铝合金液发生凝固，使6061铝合金复杂变截面管与凝固成形的ZL305铝合金实现紧密结合，成为一体化的铸件，铸造完毕，取出铸件，获得内含6061铝合金复杂变截面孔道的ZL305铝合金散热器，然后对ZL305铝合金散热器进行热处理。
实施例3：
以1060纯铝作为原材料，采用圆管液压成形法制备由圆管、椭圆管和异型管组成的壁厚为0.5mm的1060纯铝复杂变截面管，1060纯铝复杂变截面管的管内各部分形状和尺寸与设计的A357铝合金散热器内部的复杂变截面孔道的孔内各部分形状和尺寸相同；然后采用固-液复合铸造法，在1060纯铝复杂变截面管表面覆上一层厚度为2mm的A357铝合金支撑层，确保1060纯铝复杂变截面管与凝固成形的A357铝合金的复合界面处为高界面结合强度的冶金结合，获得以A357铝合金为支撑层的厚壁的1060纯铝复杂变截面管；
在以A357铝合金为支撑层的1060纯铝复杂变截面管中加入高温油，接着封堵以A357铝合金为支撑层的1060纯铝复杂变截面管两端的进口和出口，然后将以A357铝合金为支撑层的1060纯铝复杂变截面管放入铸型中，并采用定位装置予以定位，以A357铝合金为支撑层的1060纯铝复杂变截面管两端的进口和出口外露在铸型的外面；
开始进行铸造，浇入A357铝合金液，使A357铝合金液充满铸型并把以A357铝合金为支撑层的1060纯铝复杂变截面管包裹在A357铝合金液中；
A357铝合金液发生凝固，使以A357铝合金为支撑层的1060纯铝复杂变截面管与凝固成形的A357铝合金实现紧密结合，成为一体化的铸件，铸造完毕，取出铸件，获得内含1060纯铝复杂变截面孔道的A357铝合金散热器，然后对A357铝合金散热器的表面进行去毛刺等处理，并进行局部CNC机加工。
上面对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种内含复杂变截面孔道散热器的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：以散热器所用合金作为原材料制备复杂变截面管，所述复杂变截面管的管内各部分形状和尺寸与设计的所述散热器内部的复杂变截面孔道的孔内各部分形状和尺寸相同；
步骤2：封堵所述复杂变截面管两端的进口和出口，然后将所述复杂变截面管放入铸型中，并采用定位装置予以定位，所述进口和所述出口外露在所述铸型的外面；
步骤3：开始进行铸造，浇入合金液，使所述合金液充满所述铸型并把所述复杂变截面管包裹在所述合金液中；
步骤4：所述合金液发生凝固，使所述复杂变截面管与凝固成形的所述合金实现紧密结合，成为一体化的铸件，铸造完毕，取出所述铸件，获得内含所述复杂变截面孔道的所述散热器。
2.如权利要求1所述的一种内含复杂变截面孔道散热器的制备方法，其特征在于，所述复杂变截面管由圆管、扁管、方管、椭圆管、矩形管、菱形管或异型管中的至少两种组成。
3.如权利要求1所述的一种内含复杂变截面孔道散热器的制备方法，其特征在于，在步骤1中，以所述散热器所用合金作为原材料，采用圆管液压成形法、3D打印成形法、不同尺寸管焊接成形法、模铸成形法、异型管局部旋压成形法、管材弯曲成形法或管材辊压成形法中的至少一种方法制备所述复杂变截面管。
4.如权利要求1所述的一种内含复杂变截面孔道散热器的制备方法，其特征在于，在步骤1中，在制备了所述复杂变截面管之后，采用固-液复合铸造法，在所述复杂变截面管表面覆上一层所述散热器所用合金的支撑层，确保所述复杂变截面管与凝固成形的所述合金的复合界面处为高界面结合强度的冶金结合，获得厚壁的所述复杂变截面管。
5.如权利要求1所述的一种内含复杂变截面孔道散热器的制备方法，其特征在于，在步骤1中，以非散热器所用金属取代所述散热器所用合金作为原材料，采用圆管液压成形法、3D打印成形法、不同尺寸管焊接成形法、模铸成形法、异型管局部旋压成形法、管材弯曲成形法或管材辊压成形法中的至少一种方法制备所述复杂变截面管，所述复杂变截面管的管内各部分形状和尺寸与所述散热器内部的所述复杂变截面孔道的孔内各部分形状和尺寸相同；然后采用固-液复合铸造法，在所述复杂变截面管表面覆上一层所述散热器所用合金的所述支撑层，确保所述复杂变截面管与凝固成形的所述合金的复合界面处为高界面结合强度的冶金结合，获得厚壁的所述复杂变截面管。
6.如权利要求5所述的一种内含复杂变截面孔道散热器的制备方法，其特征在于，所述非散热器所用金属包括但不限于纯金属或非散热器所用合金；所述纯金属包括但不限于纯铝、纯铜、纯铁或纯钛，所述合金包括但不限于铝合金、铜合金、钛合金或钢铁。
7.如权利要求1所述的一种内含复杂变截面孔道散热器的制备方法，其特征在于，在步骤2中，在封堵所述复杂变截面管两端的所述进口和所述出口之前，在所述复杂变截面管中加入高温油、低熔点合金或石英砂；或在铸造过程中通过所述复杂变截面管两端的所述进口和所述出口不断通入高压循环冷却水或压缩空气。
8.如权利要求1所述的一种内含复杂变截面孔道散热器的制备方法，其特征在于，所述复杂变截面管的壁厚为0.2～5mm，所述支撑层的厚度不小于0.5mm。
9.如权利要求1所述的一种内含复杂变截面孔道散热器的制备方法，其特征在于，对所述散热器进行热处理。
10.如权利要求1所述的一种内含复杂变截面孔道散热器的制备方法，其特征在于，对所述散热器的表面进行局部表面处理或机加工。
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