[发明专利]一种用于铝合金散热器表面的高效散热涂层及其制备方法

说明书

本发明提供一种用于铝合金散热器表面的高效散热涂层及其制备方法，所述涂层包括如下原料：辐射冷却纳米复合材料；所述的辐射冷却纳米复合材料由石墨烯和h‑BN组成，由所述的辐射冷却纳米复合材料获得辐射冷却功能。该辐射冷却涂层具有兼具高红外发射率和热导率的双功能涂层，大幅度强化辐射冷却并实现对“辐射、对流、传导”三种传热方式技术集成，克服目前纯石墨烯涂料存在的石墨烯易团聚和辐射冷却效能不高等问题。所制得的辐射冷却涂层具有分散均匀、力学性能和散热冷却性能优异等特点。能够满足高功率的功率模块在航天航空、轨道交通、智能电网、新能源等领域的散热冷却要求。

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，特别涉及一种用于铝合金散热器表面的高效散热涂层及其制备方法。

背景技术

高功率铝合金散热器，广泛运用于轨道交通、智能电网、新能源等领域。随着电力电子模块功率密度不断增大，对其热管理的要求也日益苛刻。以高铁用功率模块为例，要求在其功率密度达100～150W/cm2时，不增加散热器体积和能耗的前提下,大幅度提升散热器换热效率。根据稳态热流理论分析，要显著强化翅片与外部空间之间的被动辐射热交换，其关键在于降低从铝合金散热器到环境热传输过程中的总热阻，包括传导热阻和辐射热阻。

现有的散热涂料一般采用纯石墨烯粉体为辐射冷却填料，由于石墨烯是在全波段具有接近理论黑体(ε＝1)红外发射率的材料，例如专利CN108003725A采用石墨烯浆料作为辐射冷却填料，与环氧、丙烯酸树脂复合制备辐射冷却涂料，但这种单纯采用作为填料的方式石墨烯易团聚，而使得辐射冷却效能快速衰减。此外，现有辐射冷却涂料还存在因石墨烯的团聚造成涂层热导率降低，使其服役时热阻增大，影响辐射冷却效能。

考虑到克服目前现有工艺的制备程序复杂、制备周期长、分散不均匀以及难以规模化制备的系列问题，同时提高散热器冷却效率。需要设计、构筑兼具高红外发射率和热导率的双功能涂层，大幅度强化辐射冷却并实现对“辐射、对流、传导”三种传热方式技术集成，从而满足高功率电力电子模块热管理的需求。

发明内容

为了解决背景技术提出的技术问题，本发明提供一种用于铝合金散热器表面的高效散热涂层及其制备方法，该辐射冷却涂层具有兼具高红外发射率和热导率的双功能涂层，大幅度强化辐射冷却并实现对“辐射、对流、传导”三种传热方式技术集成，克服目前纯石墨烯涂料存在的石墨烯易团聚和辐射冷却效能不高等问题。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种用于铝合金散热器表面的高效散热涂层，所述涂层包括如下原料：辐射冷却纳米复合材料；所述的辐射冷却纳米复合材料由石墨烯和h-BN组成，由所述的辐射冷却纳米复合材料获得辐射冷却功能。

进一步地，所述辐射冷却纳米复合材料由下述重量份数的原料在真空或惰性气体保护状态下以300～600rpm的速度进行机械球磨12～48h得到：

石墨类材料 100份；

h-BN 20～150份。

进一步地，所述的石墨类材料为高定向石墨类材料，选自鳞片石墨、高纯石墨块、高定向热解石墨、膨胀石墨中的一种。

进一步地，所述的h-BN为纳米片状、棒状、球状中的一种，其尺寸为100nm～1μm。

进一步地，所述的涂层的制备方法为：

将原料石墨类材料和h-BN放置于密封罐中，密封罐内保持真空或惰性气体状态，进行球磨12～48h，球磨物料和球重量比为1：20，球磨速度为300～600rpm，球直径为4～8mm，密封罐的容积为0.1～2L。

进一步地，所述涂层的原料还包括：有机树脂、固化剂、抗沉剂、溶剂；与辐射冷却纳米复合材料按如下份数组成辐射冷却涂层的原料：