一種led燈具鋁合金散熱體表面導熱與高輻射散熱復合涂層材料的制備方法
【專利摘要】一種LED燈具鋁合金散熱體表面導熱與高輻射散熱復合涂層材料的制備方法，本發(fā)明涉及涂層的制備方法。本發(fā)明要解決現有噴涂涂料形成涂層的發(fā)射率、結合力與耐熱性低，達不到LED鋁合金散熱器使用要求的問題。方法：將高導熱物質粉體的分散液加入到導電電解質溶液中，得到混合溶液；以電解槽的不銹鋼板為陰極，以鋁合金為陽極，以混合溶液為電解液，然后以脈沖電源為電源，氧化反應，得到表面覆有導熱與高輻射散熱復合涂層材料的LED燈具鋁合金散熱體。本發(fā)明用于LED燈具鋁合金散熱體表面導熱與高輻射散熱復合涂層材料的制備。
【專利說明】一種LED燈具鋁合金散熱體表面導熱與高輻射散熱復合涂 層材料的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及涂層的制備方法。
【背景技術】
[0002] 大功率LED是未來照明的重要發(fā)展方向，如何提高其壽命和散熱效率是節(jié)能工程 中的重要問題。LED燈泡使用中電能并沒有全部轉化為光能，而是一部分轉化成為熱能。LED 的光效目前只有l(wèi)〇〇lm/W，其電光轉換效率大約只有20?30%左右。也就是說大約70%的 電能都變成了熱能。一般工作在小電流IF〈10mA，或者10?20mA長時間連續(xù)點亮LED溫 升不明顯。每當結溫升高10度，則波長向長波漂移lnm，且發(fā)光的均勻性、一致性變差。更 為嚴重的是，過高的溫度會降低LED燈泡中電子元件，特別是電容部分的壽命，從而使整個 LED燈泡的壽命降低。鋁合金散熱器能夠將LED芯片工作中產生的熱量快速地導出并散發(fā) 到環(huán)境中，它要求散熱器具有良好的導熱性及一定的散熱面積。散熱器材料需滿足比重小、 價格低、強度高、容易加工等要求。
[0003] 提高鋁合金散熱器的散熱效果需要強化對流與輻射散熱方式，對流主要通過設計 散熱器的結構來實現，是目前散熱的主要方式。而輻射散熱技術在LED散熱中也日益受到 關注，目前通常用涂料工藝來實現，即高發(fā)射率填料與有機粘接劑混合，涂覆于散熱器表 面。但這種技術的局限性已越來越明顯，首先涂料的發(fā)射率僅達到0. 7左右，這是由于涂料 中有有機粘接劑，發(fā)射率很難提高；而且涂層的熱穩(wěn)定性、耐曬性、結合力等都不是很理想。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明要解決現有噴涂涂料形成涂層的發(fā)射率、結合力與耐熱性低，達不到LED 鋁合金散熱器使用要求的問題，而提供一種LED燈具鋁合金散熱體表面導熱與高輻射散熱 復合涂層材料的制備方法。
[0005] -種LED燈具鋁合金散熱體表面導熱與高輻射散熱復合涂層材料的制備方法，具 體是按照以下步驟進行的：
[0006] -、將高導熱物質粉體的分散液加入到導電電解質溶液中，機械攪拌或超聲攪拌 混合均勻，得到混合溶液；所述的高導熱物質粉體的分散液是高導熱物質粉體與非離子表 面活性劑的水溶液；所述的高導熱物質粉體與非離子表面活性劑的質量比為（10?50) : 1 ; 所述的高導熱物質粉體的質量與水的體積比為lg: (10?50)mL ;所述的導電電解質溶液 的濃度為2g/L?50g/L ;所述的高導熱物質粉體的分散液與導電電解質溶液的體積比為 1: (10 ?100);
[0007] 二、以電解槽的不銹鋼板為陰極，以鋁合金為陽極，以步驟一制備的混合溶液為電 解液，然后以脈沖電源為電源在電解槽兩端外加200V?1000V的電壓，并在電壓為200V? 1000V、溫度低于50°C及攪拌的條件下，氧化反應5min?120min，得到表面覆有導熱與高福 射散熱復合涂層材料的LED燈具鋁合金散熱體。
[0008] 本發(fā)明的有益效果是：1、本發(fā)明的鋁合金表面導熱與高輻射散熱涂層是由石墨、 氮化鋁摻雜改性的氧化鋁基復合涂層，厚度在2?50微米之間。2、本發(fā)明的鋁合金表面導 熱與高輻射散熱涂層，發(fā)射率大于〇. 80,導熱率20?100W/mK。3、本發(fā)明的鋁合金表面導 熱與高輻射散熱涂層，添加少量微米或納米石墨的輻射散熱涂層還具有導電（抗靜電）、導 熱與輻射冷卻效果，可應用于自然散熱、靜電消散、電磁屏蔽等。4、采用本發(fā)明的鋁合金表 面導熱與高輻射散熱涂層還具有結合強度高（基體與涂層以冶金結合），抗腐蝕性能好，高 溫穩(wěn)定性好，硬度高（大于800HV)、外表美觀等優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)有機涂料涂層方法所制備 的涂層所存在的發(fā)射率低、涂層的穩(wěn)定性、耐曬性、結合力等缺點。同時工藝簡單適合批量 生產，可實施性強，降低了成本，提高了性能?？捎糜贚ED燈具散熱體表面，也可拓展應用于 其它電子產品散熱體的強化散熱涂層。
[0009] 本發(fā)明用于LED燈具鋁合金散熱體表面導熱與高輻射散熱復合涂層材料的制備。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010] 圖1為實施例一鋁合金表面獲得的導熱與高輻射散熱涂層的表面形貌圖。
【具體實施方式】
【具體實施方式】 [0011] 一：本實施方式所述的一種LED燈具鋁合金散熱體表面導熱與高輻 射散熱復合涂層材料的制備方法，具體是按照以下步驟進行的：
[0012] 一、將高導熱物質粉體的分散液加入到導電電解質溶液中，機械攪拌或超聲攪拌 混合均勻，得到混合溶液；所述的高導熱物質粉體的分散液是高導熱物質粉體與非離子表 面活性劑的水溶液；所述的高導熱物質粉體與非離子表面活性劑的質量比為（10?50) : 1 ; 所述的高導熱物質粉體的質量與水的體積比為lg: (10?50)mL ;所述的導電電解質溶液 的濃度為2g/L?50g/L ;所述的高導熱物質粉體的分散液與導電電解質溶液的體積比為 1: (10 ?100);
[0013] 二、以電解槽的不銹鋼板為陰極，以鋁合金為陽極，以步驟一制備的混合溶液為電 解液，然后以脈沖電源為電源在電解槽兩端外加200V?1000V的電壓，并在電壓為200V? 1000V、溫度低于50°C及攪拌的條件下，氧化反應5min?120min，得到表面覆有導熱與高福 射散熱復合涂層材料的LED燈具鋁合金散熱體。
[0014] 本【具體實施方式】將鋁合金散熱器置于非導電的塑料電解槽中并連接電源作為陽 極，電解槽的不銹鋼板內襯作為陰極，通過冷卻循環(huán)水控制電解液的溫度不超過50°c。
[0015] 微弧放電原位生長陶瓷涂層技術是在液相導電的電解液中，通過電弧擊穿產生的 微弧放電作用將鋁表面轉化為氧化物涂層的過程。導電電解液組分參與微弧放電微區(qū)的化 學反應并形成相應的陶瓷產物，同時電解液中分散的高導熱強化相粒子微米石墨粉、納米 石墨粉、微米氮化鋁、納米氮化鋁或它們的混合粉體在微弧放電反應過程中將進入到涂層 中，形成導熱性能強化的高輻射散熱涂層材料。
[0016] 本實施方式的有益效果是：1、本實施方式的鋁合金表面導熱與高輻射散熱涂層是 由石墨、氮化鋁摻雜改性的氧化鋁基復合涂層，厚度在2微米?50微米之間；2、本實施方式 的鋁合金表面導熱與高輻射散熱涂層，發(fā)射率大于〇. 80,導熱率20W/mK?100W/mK ;3、本實 施方式的鋁合金表面導熱與高輻射散熱涂層，添加少量微米或納米石墨的輻射散熱涂層還 具有導電（抗靜電）、導熱與輻射冷卻效果，可應用于自然散熱、靜電消散、電磁屏蔽等；4、 采用本實施方式的鋁合金表面導熱與高輻射散熱涂層還具有結合強度高（基體與涂層以 冶金結合），抗腐蝕性能好，高溫穩(wěn)定性好，硬度高（大于800HV)、外表美觀等優(yōu)點，克服了 傳統(tǒng)有機涂料涂層方法所制備的涂層所存在的發(fā)射率低、涂層的穩(wěn)定性、耐曬性、結合力等 缺點。同時工藝簡單適合批量生產，可實施性強，降低了成本，提高了性能?？捎糜贚ED燈 具散熱體表面，也可拓展應用于其它電子產品散熱體的強化散熱涂層。
【具體實施方式】 [0017] 二：本實施方式與一不同的是：步驟一中所述的導電 電解質溶液為NaOH電解質溶液、硅酸鹽電解質溶液和磷酸鹽電解質溶液中的一種或其中 幾種的混合物。其它與一相同。
【具體實施方式】 [0018] 三：本實施方式與一或二之一不同的是：步驟一中所 述的高導熱物質粉體為微米石墨粉、納米石墨粉、微米氮化鋁和納米氮化鋁中的一種或其 中幾種的混合物。其它與一或二相同。
【具體實施方式】 [0019] 四：本實施方式與一至三之一不同的是：步驟一中所 述的非離子表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮。其它與一至三相同。
【具體實施方式】 [0020] 五：本實施方式與一至四之一不同的是：步驟二中以 脈沖電源為電源在電解槽兩端外加500V的電壓。其它與一至四相同。
【具體實施方式】 [0021] 六：本實施方式與一至五之一不同的是：步驟二中氧 化反應30min。其它與一至五相同。
[0022] 采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果：
[0023] 實施例一：
[0024] 本實施例所述的一種LED燈具鋁合金散熱體表面導熱與高輻射散熱復合涂層材 料的制備方法，具體是按照以下步驟進行的：
[0025] -、將0. 2L高導熱物質粉體的分散液加入到5L導電電解質溶液中，機械攪拌混合 均勻，得到混合溶液；
[0026] 所述的高導熱物質粉體的分散液是高導熱物質粉體與表面活性劑的水溶液；所述 的1?導熱物質粉體為納米石墨粉；所述的表面活性劑為聚乙稀批略燒麗；將l〇g納米石墨 粉與lg聚乙烯吡咯烷酮加入到0. 2L水中，得到高導熱物質粉體的分散液；
[0027] 所述的導電電解質溶液為硅酸鈉電解質溶液；所述的硅酸鈉電解質溶液的濃度為 15g/L ;
[0028] 二、以電解槽的不銹鋼板為陰極、以鋁合金為陽極，以步驟一制備的混合溶液為電 解液，然后以脈沖電源為電源在電解槽兩端外加500V的電壓，并在電壓為500V、溫度低于 50°C及攪拌的條件下，氧化反應30min，得到表面覆有導熱與高輻射散熱復合涂層材料的 LED燈具鋁合金散熱體。
[0029] 所述的鋁合金為鋁合金零件，型號為6061。
[0030] 圖1為本實施例鋁合金表面獲得的導熱與高輻射散熱涂層的表面形貌圖，由圖可 知，本實施例在6061鋁合金零件表面上獲得顏色均勻的導熱與高輻射散熱涂層，厚度為 10 μ m，導熱率30W/mK，發(fā)射率可達0· 8。
[0031] 本實施例制備的表面覆有導熱與高輻射散熱復合涂層材料的LED燈具鋁合金散 熱體按照國家標準GB/T8642-2002熱噴涂-抗拉結合強度的測定，測試鋁合金散熱體表面 導熱與高輻射散熱復合涂層的結合強度。采用美國3M公司生產的DP460雙組分灌封結構 膠作為測試的膠粘劑，將制備好的涂層試樣（直徑30mm，厚2mm)與同尺寸的圓柱模具粘結 在一起，并利用電子萬能材料試驗機以移動速度為1. 〇mm ?1進行測試，試樣拉斷時測試 停止，每組材料取三個試樣進行測試，結果取平均值。根據下面的方程式計算得到涂層的結 合強度：
[0032]
【權利要求】
1. 一種LED燈具鋁合金散熱體表面導熱與高輻射散熱復合涂層材料的制備方法，其特 征在于一種LED燈具鋁合金散熱體表面導熱與高輻射散熱復合涂層材料的制備方法是按 照以下步驟進行的： 一、 將高導熱物質粉體的分散液加入到導電電解質溶液中，機械攪拌或超聲攪拌混合 均勻，得到混合溶液；所述的高導熱物質粉體的分散液是高導熱物質粉體與非離子表面活 性劑的水溶液；所述的高導熱物質粉體與非離子表面活性劑的質量比為（10?50) : 1 ;所述 的高導熱物質粉體的質量與水的體積比為lg: (10?50)mL ;所述的導電電解質溶液的濃度 為2g/L?50g/L ;所述的高導熱物質粉體的分散液與導電電解質溶液的體積比為1: (10? 100)； 二、 以電解槽的不銹鋼板為陰極，以鋁合金為陽極，以步驟一制備的混合溶液為電解 液，然后以脈沖電源為電源在電解槽兩端外加200V?1000V的電壓，并在電壓為200V? 1000V、溫度低于50°C及攪拌的條件下，氧化反應5min?120min，得到表面覆有導熱與高福 射散熱復合涂層材料的LED燈具鋁合金散熱體。
2. 根據權利要求1所述的一種LED燈具鋁合金散熱體表面導熱與高輻射散熱復合涂層 材料的制備方法，其特征在于步驟一中所述的導電電解質溶液為NaOH電解質溶液、硅酸鹽 電解質溶液和磷酸鹽電解質溶液中的一種或其中幾種的混合物。
3. 根據權利要求1所述的一種LED燈具鋁合金散熱體表面導熱與高輻射散熱復合涂層 材料的制備方法，其特征在于步驟一中所述的高導熱物質粉體為微米石墨粉、納米石墨粉、 微米氮化鋁和納米氮化鋁中的一種或其中幾種的混合物。
4. 根據權利要求1所述的一種LED燈具鋁合金散熱體表面導熱與高輻射散熱復合涂層 材料的制備方法，其特征在于步驟一中所述的非離子表面活性劑為聚乙烯吡咯烷酮。
5. 根據權利要求1所述的一種LED燈具鋁合金散熱體表面導熱與高輻射散熱復合涂層 材料的制備方法，其特征在于步驟二中以脈沖電源為電源在電解槽兩端外加500V的電壓。
6. 根據權利要求1所述的一種LED燈具鋁合金散熱體表面導熱與高輻射散熱復合涂層 材料的制備方法，其特征在于步驟二中氧化反應30min。
【文檔編號】C25D5/18GK104088003SQ201410363406
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月28日 優(yōu)先權日:2014年7月28日
【發(fā)明者】王亞明, 郭立新, 歐陽家虎, 賈德昌, 周玉 申請人:哈爾濱工業(yè)大學