[发明专利]一种强化流动沸腾的烧结多孔涂层管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种强化流动沸腾的烧结多孔涂层管的制备方法，包括以下步骤：将含有金属颗粒的涂层浆料涂覆于金属管材的表面，高温烧结所述金属管材得到所述烧结多孔涂层管；其中，所述金属管材的内表面的涂层浆料涂覆方式为，封闭所述金属管材的第一端，所述涂层浆料从所述金属管材的第二端灌入直至涂层浆料填满金属管材，静置后，开启金属管材的第一端放出多余的涂层浆料。本发明提供的制备方法成本更低、有利于大规模生产烧结多孔涂层管，制得的烧结多孔涂层管具有金属颗粒分布均匀、牢固不脱落的微纳米多孔金属涂层，进而能数倍地提高管内流动沸腾传热系数，在核能、航空航天以及高功率器件散热等领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及流动沸腾强化传热领域，涉及表面涂层和表面亲疏水改性技术，具体涉及管道表面微纳尺度烧结多孔涂层的制备方法，以及通过该方法制备得到的烧结多孔涂层管，所述多孔涂层管适用于常温及以上温度的流体。

背景技术

流动沸腾强化传热是解决高功率器件控温难题和维持温度均匀性的关键技术。铜、铝和不锈钢等金属材料被广泛用来加工成各种传热模块，应用于不同的热控装置之中。甚至，在半导体领域中也通过磁控溅射等方式构建金属-半导体异质结，然后加工成微通道热沉，便于高效热控方案的实施。因此，在金属表面构筑高效的沸腾传热涂层是提高热控解决方案可行性和可靠性的关键技术之一。

强化沸腾换热主要分为流体侧强化和表面侧强化，表面侧强化则通过引进结构化的表面特征，提高表面的粗超度。表面具有微纳尺度复合结构的多孔涂层具有随机孔尺寸以及凹穴曲率，为汽泡稳定生长提供空间。所述涂层较传统光刻加工的周期性结构表面更具有多样性，对高热负荷工况下抑制干涸流、提高临界热流密度更具有优势。烧结多孔涂层结构不仅能有效地增加比表面积，还能降低气泡成核所需满足的过热度，促进微纳尺度凹穴内亚稳态液体汽化为饱和蒸汽，提高汽化核心成核密度，加快气泡在表面生长、脱离的速度。

金属微纳米粉末烧结涂层与基体相熔融焊接，退火过程中赋予了涂层和基体金属相当的强度，比传统的冷表面加工得到的涂层以及喷涂涂层具有更好的机械性能和力学性能。

现有技术中，专利CN105258548B公开了一种可以控制汽化核心的多孔沸腾表面制备方法，其利用设计加工成特定结构的微柱模具压覆沉积于基材表面的金属微纳颗粒，并固定成生胚，之后在惰性气体保护下烧结，最终制得具有固定汽化核心的多孔沸腾传热表面。然而，该方法需要额外设计超大尺寸的模具，不仅生产成本高、不易实现大规模生产，而且在烧结后脱模成型时也可能对材料造成不可修复的损伤。此外，传统多孔涂层制备工艺主要用于在基材的外表面形成烧结多孔涂层，无法适用于加工空间狭小的基材，例如管材的内表面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种强化流动沸腾的烧结多孔涂层管及其制备方法，以解决传统的多孔涂层制备工艺无法适用于管材内表面，且生产成本高、不易实现大规模生产的问题。

上述发明目的通过下述技术方案实现：

一种强化流动沸腾的烧结多孔涂层管及其制备方法，包括以下步骤：

将含有金属颗粒的涂层浆料涂覆于金属管材的表面，高温烧结所述金属管材得到所述烧结多孔涂层管；

其中，所述金属管材的内表面的涂层浆料涂覆方式为，封闭所述金属管材的第一端，所述涂层浆料从所述金属管材的第二端灌入直至涂层浆料填满金属管材，静置后，开启金属管材的第一端放出多余的涂层浆料。

本技术方案中，将配制好的含有金属颗粒的涂层浆料涂覆于金属管材的外表面和/或内表面，之后将涂覆有涂层浆料的金属管材置于烧结炉中烧结，从而在金属管材的表面形成多孔涂层。优选地，所述金属管材为不锈钢管材，进一步优选地，所述不锈钢管材为304不锈钢或316不锈钢。