[发明专利]一种激光表面熔覆的金属热管材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种激光表面熔覆的金属热管材料及其制备方法，制备的金属热管材料为双层结构热管材料，内层为多孔结构吸液芯，厚度为0.2‑2mm；外层为利用激光表面熔覆技术制备的致密壳体，厚度为0.5‑5mm，吸液芯孔隙结构为三维网状分布的连通结构，孔径在10‑200微米之间，孔隙率在20‑80％之间。本发明方法先制备多孔结构吸液芯，然后再利用激光表面熔覆技术在多孔材料表面制备出致密的熔覆层管壳。其制备流程简单，易于规模化生产，降低了生产成本，且制备得到的吸液芯质量优异，热管管壳和吸液芯之间结合良好，两者之间无明显裂纹、夹杂等缺陷，有利于提高热管传热性能和工作寿命，在航空航天、能源、电子等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及热管材料领域，尤其涉及一种激光表面熔覆的金属热管材料及其制备方法。

背景技术

热管是迄今为止传热效率最高的系统之一。与传统的传热方式相比，热管的优势在于使大量的热流通过具有较小界面和较长尺寸的管道，而不需要额外输入能量；此外，热管还具有制备简便、两端温差小和易于控制热流速率等优点。因此，热管在航空航天、热交换、电子工业等领域有着广泛的应用前景。

热管主要由管壳、吸液芯和工作介质三部分构成。其工作原理如下：外部热源通过管壳和吸液芯的热传导使蒸发区的工作介质汽化，气体顺着压力梯度到达冷凝区；由于冷凝区温度较低，气体在此液化凝结并释放汽化潜热；吸液芯通过毛细作用将冷凝后的液体回流到蒸发区，从而保证介质在热管内循环工作。因此，吸液芯质量的优劣直接影响热管的工作效率。目前，常用的吸液芯主要有沟槽型、丝网型和烧结金属型三种。沟槽型和丝网型吸液芯虽然制备方法简单，但孔道结构单一，孔径尺寸较大，毛细性能仍有待提高；而烧结金属吸液芯由于具有复杂的孔道结构和细小的孔径，综合性能较好，在热管中应用较为广泛。

目前，热管用烧结金属吸液芯主要是通过高温烧结的方式将松散的粉末烧结到热管内壁上。由于在烧结过程中粉末和管壁之间没有辅助压力的作用，导致吸液芯与管壁结合较弱，两者之间容易产生间隙，从而造成吸液芯脱落，降低热管工作效率，甚至导致热管失效。此外，现有热管材料制备方法通常都是先制备加工出管壳，然后在管壳内壁上制备出吸液芯。此方法由于管内空间较为狭窄，为吸液芯的制备带来极大困难和不便，增加了热管材料制备工艺流程和生产成本。因此，开发工艺简单、成本低廉的热管材料制备方法，并提高热管材料传热效率和工作寿命，对于热管的大规模推广和应用尤为关键。

激光熔覆是通过同步或预置材料的方式，利用激光辐照在材料表面形成熔池，并快速凝固形成包覆层的工艺方法，其具有稀释度小、组织致密、涂层与基体结合好、适合熔覆材料多等特点，其在材料表面改性及产品表面修复等方面展现出重要的应用价值。但目前为止，利用激光表面熔覆技术制备金属热管材料的研究和应用尚未见报道。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种激光表面熔覆的金属热管材料及其制备方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提高热管材料传热效率和工作寿命，提供一种开发工艺简单、生产成本低廉的激光表面熔覆的金属热管材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种激光表面熔覆的金属热管材料，所述金属热管材料为双层结构热管材料，内层为多孔结构吸液芯，厚度为0.2-2mm；外层为利用激光表面熔覆技术制备的致密壳体，厚度为0.5-5mm；所述吸液芯的孔隙结构为三维网状分布的连通结构，孔径为10-200微米，孔隙率为20-80％。

进一步地，所述金属热管管材为直线型，长度为10-200厘米，所述金属热管管材横截面为圆形或方形，直径为5-100毫米。

进一步地，内层吸液芯材料与外层熔覆层材料相同，为高温合金、不锈钢、铜、镍、或钛合金中的一种。

进一步地，本发明还提供了一种激光表面熔覆的金属热管材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1.将具有特定形貌和尺寸的金属粉末装入预先准备好的模具中；