[發明專利]一種金屬表面形成微納米多層次復合結構的加工工藝

有效

• 申請號: 201710580981.5
• 申請日: 2017-07-17
• 公開（公告）號: CN107252942B
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 黃生洪;樂吳生
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: B23K1/008
• 分類號: B23K1/008;B23K1/20
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

本發明涉及一種在金屬表面形成微納米多層次復合結構的加工工藝，適用于改善過冷沸騰表面換熱性能，主要應用于采用液態工質過冷沸騰換熱的高熱流部件，如聚變堆第一壁等，基本方法包括：根據實際部件或試件，選取待處理金屬表面和對應微米級孔隙金屬網及相容釬料，先將待處理表面進行打平，去氧化層，均勻涂抹所選釬料；再貼合金屬網，烘干。用形面物件壓緊金屬網與待處理表面，進行真空釬焊。結束后即得到微納米多層次復合結構表面，其中金屬網構成微米級別凸凹表面孔隙，釬料熔化后形成的表面及金屬絲連接的位面呈現納米級孔洞及粗糙單元。本發明具有可控性高、成本低、簡易方便、所形成的表面結構不損傷基體材料等特點。

技術領域

本發明涉及一種金屬(如銅或者其他合金)表面形成微納米多層次復合結構的加工工藝，屬于材料表面微納米加工技術領域及金屬材料表面改性處理領域。

背景技術

由于具有微納米表面結構的材料在聲、光、電磁、熱力學以及化學活性等方面都相比宏觀特性有很大的變異，展顯出其不同于宏觀屬性的特殊性能，從而人們一直在尋求比較方便、高效的微納米加工方法。

研究發現，具有微納米表面結構的換熱表面能大幅度提高過冷沸騰換熱的性能，這對具有強換熱性能要求的工業換熱器研制具有重大意義，如核聚變堆中面向等離子體部件(第一壁)的過冷沸騰換熱管路，其超強換熱性能可有效的提高第一壁結構安全性和可靠性。該結構目前主要采用翅片、擾動片及內螺紋管結構，流道阻力大，換熱壓強高，且翅片及內螺紋管結構不僅加工困難，而且易使基體出現疲勞損傷裂紋。采用具有微納米結構的換熱表面必然可較大程度改善這一現狀。

但現階段，微納米表面加工技術主要有激光刻蝕、燒結、掩模結合化學沉積或者腐蝕等。調研發現，上述技術處理較小面積尚可，但大面積工業應用還存在較大困難，且價格昂貴。相比而言，燒結更具有一定大面積應用優勢，但燒結需要嚴格工藝條件，形成的微納米結構可控性存在較大困難。如中國專利申請CN201610218107.2公開了一種利用記憶高分子材料變形產生金屬微納米結構，但微納米結構與基底間無法附著，且無法大規模便捷的制造多層次微結構。

綜上，在金屬表面產生多層次微納米結構，且具有很好的強度而易實現大規模的制造，就目前而言，仍然是個技術難題。

發明內容

本發明技術解決問題：克服現有技術的不足，提供一種金屬表面形成微納米多層次復合結構的加工工藝，利用工業上可規模化生產的微米級孔隙金屬網和釬焊技術，將金屬網釬焊在金屬表面形成可控的大規模金屬表面微納米多層次復合結構加工工藝，具備了便捷、低成本，結構完整性好且工藝可控的特點，是對前述技術難題的一種突破。

本發明的技術方案如下：如圖1所示。

(1)對待處理的金屬表面進行處理表面粗打平，去氧化層處理；

(2)裁剪與步驟(1)中待處理的金屬表面尺寸一致的微米級孔隙金屬網，使金屬網按壓平整而能與步驟(1)中待處理的金屬表面貼合；

(3)選取與步驟(1)中待處理的金屬表面以及步驟(2)中金屬網相容的釬焊材料作為焊料；

(4)使用鹽酸或其他酸性溶劑(可以除去氧化物而不過多損害基體材料的溶劑)分別將步驟(1)中待處理的金屬表面和步驟(2)中金屬網進行清洗，然后使用酒精再次重新清洗，并吹干；

(5)將步驟(3)中釬焊材料均勻涂抹在步驟(1)中待處理的金屬表面，涂抹均勻，厚度低于步驟(2)中金屬網的單絲直徑；

(6)將步驟(2)中金屬網與涂有步驟(3)中釬焊材料的步驟(1)中待處理的金屬表面貼合，并用形面物件壓緊；

(7)將步驟(6)中金屬網與涂有步驟(3)中釬焊材料的步驟(1)中待處理的金屬表面貼合的組合放入烘箱內，以200-300攝氏度的溫度烘干10-20分鐘，去除步驟(3)中釬焊材料中的粘合劑，保證更好地進行釬焊作業；