铝合金微弧氧化辐射散热复合涂层结构调控与性能

发布时间：2022-12-18 01:14

　　轻质高强高导热铝合金是大功率电子器件的封装散热基板用重要材料,但铝合金散热器的表面发射率低、使辐射散热能力差,而且在苛刻的海洋服役环境下抗腐蚀性能差,这制约了铝合金基板在高可靠、长寿命大功率电子器件上的拓展应用。如何提高大功率电子器件用铝合金的辐射散热与抗腐蚀综合性能,是该领域的关键课题。本文通过涂层成分与结构设计,提出纳米粒子辅助同步烧结微弧氧化技术、微弧氧化/旋涂（或电沉积）复合技术,分别构建出纳米Si C和h BN粒子改性的辐射散热抗腐蚀微弧氧化复合涂层以及辐射散热–疏水–抗腐蚀多层复合涂层。研究微弧氧化、纳米粒子改性及多层复合涂层的组织结构与表面发射率、辐射散热、疏水、抗腐蚀等性能的关系,揭示粒子改性微弧氧化纳米复合涂层及微弧氧化多层复合涂层的形成机理与作用机制。研究表明,通过Na OH热碱刻蚀与电化学剥离方法,分别显露出微弧氧化涂层膜基界面处基体侧与涂层侧的“凹坑”与“突起”的微观组织特征,并结合FIB-TEM的界面精细组织分析,发现在膜基界面处的持续微弧放电,会诱导涂层在膜基界面处的“局部累积放电生长”;通过涂层试样的原位拉伸及微观裂纹的演变过程,发现裂纹萌生于“累积放电生... 

【文章页数】：174 页

【学位级别】：博士

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摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及研究目的与意义
    1.2 功率电子器件散热
        1.2.1 功率电子器件散热原理
        1.2.2 功率电子器件散热方式
    1.3 红外辐射基本概念及辐射散热机理
        1.3.1 发射率
        1.3.2 发射率的主要影响因素
        1.3.3 红外辐射涂层的研究现状
        1.3.4 铝合金基板辐射散热涂层研究进展
    1.4 铝合金微弧氧化法制备高发射率涂层
        1.4.1 微弧氧化技术
        1.4.2 微弧氧化机理
        1.4.3 微弧氧化法制备高发射率涂层研究现状
    1.5 铝合金散热涂层存在问题
    1.6 主要研究内容
第2章 试验材料与研究方法
    2.1 基体材料
    2.2 微弧氧化及复合涂层设计
        2.2.1 微弧氧化及复合涂层设计原则
        2.2.2 微弧氧化及复合涂层设计思路
    2.3 涂层组织结构表征
        2.3.1 X射线衍射(XRD)分析
        2.3.2 扫描电镜(SEM)及能谱(EDS)分析
        2.3.3 透射电镜(TEM)分析
        2.3.4 涂层厚度测试
        2.3.5 表面粗糙度分析
        2.3.6 三维轮廓分析
        2.3.7 傅里叶红外光谱(FT-IR)分析
        2.3.8 X射线光电子谱(XPS)分析
        2.3.9 辉光放电光谱(GDOES)分析
        2.3.10 拉曼光谱(Raman)分析
    2.4 接触角测试
    2.5 微弧氧化火花放电过程表征
    2.6 涂层结合力等级评价
    2.7 热导率测试
    2.8 热辐射性能测试
    2.9 辐射降温性能测试
    2.10 力学性能测试
        2.10.1 拉伸性能测试
        2.10.2 原位力学表征
    2.11 抗腐蚀性能测试
第3章 微弧氧化火花放电过程及膜基界面累积放电生长行为
    3.1 微弧氧化涂层火花放电行为
        3.1.1 加载电压对微弧氧化涂层火花放电行为影响
        3.1.2 氧化时间与微弧氧化涂层火花放电行为关系
    3.2 微弧氧化涂层膜基界面累积放电生长行为
        3.2.1 加载电压与涂层膜基界面累积放电生长行为关系
        3.2.2 氧化时间对涂层膜基界面累积放电生长行为影响
        3.2.3 微弧氧化累积放电生长行为机理分析
    3.3 微弧氧化膜基界面累积放电生长行为调控与力学
        3.3.1 膜基界面累积放电生长行为调控
        3.3.2 膜基界面累积放电生长行为与力学关系
    3.4 本章小结
第4章 纳米粒子改性微弧氧化复合涂层的制备工艺与结构调控
    4.1 SiC改性微弧氧化纳米复合涂层
        4.1.1 SiC含量对微弧氧化纳米复合涂层的组织结构影响
        4.1.2 加载电压对SiC纳米复合涂层的组织结构影响
        4.1.3 氧化时间对SiC纳米复合涂层的组织结构影响
        4.1.4 SiC改性纳米复合涂层的微观组织结构
    4.2 hBN改性微弧氧化纳米复合涂层
        4.2.1 hBN改性微弧氧化纳米复合涂层的制备工艺
        4.2.2 hBN改性微弧氧化纳米复合涂层的微观组织结构
    4.3 SiC/hBN协同改性微弧氧化纳米复合涂层
        4.3.1 SiC/hBN协同改性微弧氧化纳米复合涂层的制备工艺
        4.3.2 SiC/hBN协同改性微弧氧化纳米复合涂层的微观组织结构
    4.4 粒子改性微弧氧化纳米复合涂层的形成机理
    4.5 本章小结
第5章 微弧氧化及纳米改性复合涂层辐射散热与抗腐蚀性能
    5.1 微弧氧化及纳米改性复合涂层的结合特性
    5.2 微弧氧化及纳米改性复合涂层辐射散热性能
        5.2.1 微弧氧化及纳米改性复合涂层的热导率
        5.2.2 微弧氧化及纳米改性复合涂层的发射率
        5.2.3 微弧氧化及纳米改性复合涂层的热辐射机制
        5.2.4 辐射降温性能
    5.3 微弧氧化及纳米改性复合涂层的润湿/抗腐蚀性能
        5.3.1 微弧氧化及纳米改性复合涂层的润湿性能
        5.3.2 微弧氧化及纳米改性复合涂层的抗腐蚀性能
    5.4 本章小结
第6章 微弧氧化疏水/散热多层复合涂层组织结构和性能
    6.1 微弧氧化/旋涂多层复合涂层组织结构及性能
        6.1.1 Al_2O_3/r GO复合涂层制备与组织结构
        6.1.2 Al_2O_3/r GO多层复合涂层的发射率
        6.1.3 Al_2O_3/r GO多层复合涂层的辐射降温性能
        6.1.4 Al_2O_3/r GO多层复合涂层的润湿/抗腐蚀性能
    6.2 微弧氧化/电沉积超疏水散热复合涂层组织结构与性能
        6.2.1 Al_2O_3/CH超疏水散热复合涂层制备工艺与组织结构
        6.2.2 Al_2O_3/CH多层复合涂层的结合性能
        6.2.3 Al_2O_3/CH多层复合涂层的发射率
        6.2.4 Al_2O_3/CH多层复合涂层辐射散热性能
        6.2.5 Al_2O_3/CH多层复合涂层润湿性能
        6.2.6 Al_2O_3/CH多层复合涂层超疏水/抗腐蚀机理
    6.3 微弧氧化及复合涂层的性能对比
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
个人简历


【参考文献】：
期刊论文
[1]大功率白光LED灯具散热优化方案[J]. 白坤,聂秋华,吴礼刚,戴世勋,林万炯,周伯友,马湘君,郑兆勇.  照明工程学报. 2012(02)
[2]金属基高发射率涂层耐热性及热震性能研究[J]. 李泉灵,徐国跃,陈砚朋,徐飞凤,蒋勇.  红外技术. 2011(05)
[3]道路照明中大功率LED路灯散热方案的研究[J]. 杨光.  照明工程学报. 2010(01)
[4]制备工艺对Fe2O3-MnO2-CuO系常温红外辐射材料结构及发射率的影响[J]. 顾幸勇,罗婷,张爱华,吴军明.  红外技术. 2007(08)
[5]镍-铬复合溶胶的制备及其在高发射率涂层中的应用[J]. 张虎,王小群,廖芳平,杜善义.  功能材料. 2007(06)
[6]红外高发射陶瓷涂层发射率与厚度关系[J]. 周基炜,王小群,韩杰才.  复合材料学报. 2007(02)
[7]高温红外辐射节能涂料的研究现状与发展趋势[J]. 冯胜山,鲁晓勇,许顺红.  工业加热. 2007(01)
[8]红外辐射涂料的组成与性能[J]. 欧阳德刚,周明石,张奇光,罗安智.  钢铁研究. 1999(01)
[9]钼合金扩散结合型抗氧化涂层及红外辐射涂层[J]. 富家骏,李铁藩.  稀有金属. 1986(06)

博士论文
[1]C/SiC复合材料热辐射机制与性能研究[D]. 王芙愿.西北工业大学 2015

硕士论文
[1]SiC高发射率涂层的制备及性能表征[D]. 隋超.哈尔滨工业大学 2011



本文编号：3721029