专利名称：一种大功率led灯散热器表面的处理方法
技术领域：
本发明涉及一种金属表面处理方法，尤其是涉及一种大功率LED灯散热器表面的 处理方法。
背景技术：
热管翅片散热器是解决大功率LED灯散热的最佳方案，现如今，大功率LED灯热管 翅片散热器是采用铆接或钎焊的方法将热管与铝或铝合金以及铜或铜合金翅片组装起来， 其表面一般不经过处理或采用涂漆或发黑处理。经过上述处理后的或者未经上述处理的热 管翅片散热器存在以下几个方面缺陷和不足热管翅片散热器表面容易形成亲水表面，并 且其表面易形成水膜，使金属表面发生电化学反应，从而导致热管翅片散热器抗蚀能力差； 同时，亲水表面不具备自清洁功能，热管翅片散热器长期使用过程中其表面会积聚大量尘 埃，尘埃不但会加剧热管翅片散热器的腐蚀，还会显著降低其散热性能；采用铆接方法将热 管与铝或铝合金以及铜或铜合金翅片组装起来，热管与翅片接触处不可避免的存在数微米 至数十微米的间隙，间隙中的空气的导热系数非常低，使得热管翅片散热器热阻增加，导致 其散热性能降低。综上，上述大功率LED灯热管翅片散热器技术现状使其不适于在恶劣环境工作， 如户外、海边、腐蚀等环境，若在这些环境使用，热管翅片散热器将在短时间内出现腐蚀以 及表面积聚尘埃现象，使得其散热性能显著降低，导致大功率LED灯寿命和出光率显著降 低，使大功率LED灯与白炽灯、卤素灯或高压钠灯相比丧失优势。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种大功率 LED灯散热器表面的处理方法，其处理过程简单、操作容易、实现方便且设计合理、处理效果 非常好，能有效克服现有大功率LED灯热管翅片散热器存在的耐腐蚀能力差、防尘能力差、 热管翅片接触热阻大等诸多缺点。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种大功率LED灯散热器表面 的处理方法，所处理的大功率LED灯散热器包括散热本体和布设在所述散热本体上的散热 翅片，所述散热本体为内部设置有两端通过端盖进行密封的内孔的安装基体，所述内孔的 孔壁上设置有热管吸液芯，所述散热本体形成一个热管且所述内孔的孔壁为所述热管的管 壳，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、物理处理采用喷砂或干磨方法对用于制作所述散热翅片的待加工板带 表面进行处理，使得所述待加工板带的表面形貌呈微米级凹凸状，所述待加工板带为铝、铝 合金、铜或铜合金板带；步骤二、化学腐蚀处理采用酸液或碱液对经物理处理后的所述待加工板带进行 腐蚀处理，并将所述待加工板带的表面处理为具有相应粗糙度的微米级凹凸结构；采用酸 液进行腐蚀处理时，所用酸液的PH值=3 6，且将所述待加工板带浸泡入酸液中进行腐蚀处理的时间为0. 5 2. 5h ；且采用碱液进行腐蚀处理时，所用酸液的pH值=9 12，且将 所述待加工板带浸泡入碱液中进行腐蚀处理的时间为0. 5 2. 5h ；步骤三、散热翅片加工成型及散热器组装按照具体设计需要，且采用机加工方法 将经化学腐蚀处理的所述待加工板带加工制作为散热翅片；之后，将加工成型的散热翅片 与预先根据设计需要加工制作的散热本体组装形成大功率LED灯散热器；步骤四、镀金属涂层采用常规金属涂层喷镀方法在组装成型的大功率LED灯散 热器的外表面上，热镀一层厚度均勻的金属涂层保护层，以提高所述大功率LED灯散热器 的耐蚀能力并降低所述散热翅片的接触热阻；步骤五、涂覆超疏水保护层采用常规超疏水保护层涂覆方法，在所述大功率LED 灯散热器外侧的金属涂层保护层上均勻涂覆一层超疏水保护层，以降低所述大功率LED灯 散热器的表面自由能。上述步骤四中所述金属涂层保护层的厚度为5 50i!m。上述步骤五中所述超疏水保护层的厚度为2 40 y m。上述步骤四中所述的金属涂层保护层为镀镍保护层。上述步骤五中所述的超疏水保护层为在所述金属涂层保护层上均勻涂覆一层有 机硅疏水剂涂层、改性有机硅疏水剂涂层或烷烃蜡类疏水剂涂层后形成的超疏水保护层。本发明与现有技术相比具有以下优点1、处理方法步骤简单、操作简便、实现方便且可操作性强，易于控制。2、设计合理，首先采用物理和化学方法对制造散热翅片的铝、铝合金、铜或铜合金 板带表面进行处理，使其表面形成粗糙度较高的微米级凹凸结构；其次，采用机械加工方法 将上述铝、铝合金、铜或铜合金板带加工成与热管(即散热本体)匹配的散热翅片；再次， 采用铆接或钎焊方法将散热翅片与热管组装成所需结构的散热器，并对散热器表面进行处 理，填充热管与翅片连接处的空隙并形成金属涂层保护层，以提高耐蚀能力和降低热管翅 片接触热阻；最后，对散热器再进行表面处理形成新的超疏水保护层，以降低散热器表面自 由能。3、处理效果非常好，处理后的大功率LED灯热管翅片散热器耐蚀、散热和防尘性 能优良。所制得的热管翅片散热器(即大功率LED灯散热器)表面具有微米级凹凸结构， 热管与散热翅片的连接处无空隙，显著降低了热管与散热翅片连接处的热阻，并具有金属 涂层和疏水剂涂层双层保护涂层，显著提高了大功率LED灯热管翅片散热器的抗蚀能力、 防尘自清洁能力和散热性能，从而使大功率LED灯散热器可以在恶劣的环境中长期稳定工 作。综上所述，本发明处理过程简单、操作容易、实现方便且设计合理、处理效果非常 好，处理后的大功率LED灯热管翅片散热器耐蚀、散热和防尘性能优良，能有效解决克服大 功率LED灯热管翅片散热器存在的耐腐蚀能力差、防尘能力差、热管翅片接触热阻大等诸 多缺点。下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本发明的方法流程框图。
具体实施例方式如图1所示的一种大功率LED灯散热器表面的处理方法，所处理的大功率LED灯 散热器包括散热本体和布设在所述散热本体上的散热翅片，所述散热本体为内部设置有两 端通过端盖进行密封的内孔的安装基体，所述内孔的孔壁上设置有热管吸液芯，所述散热 本体形成一个热管且所述内孔的孔壁为所述热管的管壳，并且对大功率LED灯散热器表面 处理的方法包括以下步骤步骤一、物理处理采用喷砂或干磨方法对用于制作所述散热翅片的待加工板带 表面进行处理，使得所述待加工板带的表面形貌呈微米级凹凸状，所述待加工板带为铝、铝 合金、铜或铜合金板带。步骤二、化学腐蚀处理采用酸液或碱液对经物理处理后的所述待加工板带进行 腐蚀处理，并将所述待加工板带的表面处理为具有相应粗糙度的微米级凹凸结构；采用酸 液进行腐蚀处理时，所用酸液的PH值=3 6，且将所述待加工板带浸泡入酸液中进行腐蚀 处理的时间为0. 5 2. 5h ；且采用碱液进行腐蚀处理时，所用酸液的pH值=9 12，且将 所述待加工板带浸泡入碱液中进行腐蚀处理的时间为0. 5 2. 5h。步骤三、散热翅片加工成型及散热器组装按照具体设计需要，且采用机加工方法 将经化学腐蚀处理的所述待加工板带加工制作为散热翅片；之后，将加工成型的散热翅片 与预先根据设计需要加工制作的散热本体组装形成大功率LED灯散热器。步骤四、镀金属涂层采用常规金属涂层喷镀方法在组装成型的大功率LED灯散 热器的外表面上，热镀一层厚度均勻的金属涂层保护层，以提高所述大功率LED灯散热器 的耐蚀能力并降低所述散热翅片的接触热阻。步骤五、涂覆超疏水保护层采用常规超疏水保护层涂覆方法，在所述大功率LED 灯散热器外侧的金属涂层保护层上均勻涂覆一层超疏水保护层，以降低所述大功率LED灯 散热器的表面自由能。实施例1本实施例中，用于制作散热翅片的待加工板带为铝板带。且进行表面处理时，先 采用喷砂方法对用于制作散热翅片的铝板带表面进行处理，去除所述铝板带表面的杂质和 氧化层，并使得所述铝板带的表面形成微米级凹凸形貌；之后，采用酸液对经喷砂处理后的 所述铝板带进行腐蚀处理，所用酸液的PH值=3且将所述待加工板带浸泡入酸液中进行 腐蚀处理的时间为0. 5h，便将所述铝板带的表面处理为具有相应粗糙度的微米级凹凸结 构；随后，采用冲裁方法将经化学腐蚀处理的铝板带加工制作为散热翅片，且将加工成型的 散热翅片与预先根据设计需要加工制作的散热本体进行组装后，便获得大功率LED灯散热 器；接着，在组装成型的大功率LED灯散热器的外表面上热镀一层厚度为5 u m的镀镍保护 层，以提高所述大功率LED灯散热器的耐蚀能力并降低所述散热翅片的接触热阻；最后，采 用有机硅疏水剂在所述镀镍保护层外表面上均勻涂覆一层厚度为2 u m的有机硅疏水剂涂 层，并形成新的超疏水保护层。本实施例中，加工散热翅片时，具体是采用高速冲床将经化学腐蚀处理的铝板带 冲成所需形状的散热翅片，且对所冲成的散热翅片进行连接孔加工与翻边处理。实际加工 制作时，也可以采用其它机加工方法对散热翅片进行加工，且加工成型的散热翅片与散热本体采用铆接方法组装为一体。所述镀镍保护层也可以为镀铬保护层。实际进行热镀处理时，采用由硫酸镍、亚磷 酸和去离子水均勻混配成的混合液(即镀液)对进行化学镀镍处理，填充散热本体与散热 翅片连接处的空隙并在大功率LED灯散热器表面形成镀镍保护层。本实施例中，所用混合 液中硫酸镍的体积百分比为3. 5%，亚磷酸的体积百分比为2. 5%，去离子水的体积百分比 为94. 0% ；且进行热镀处理时，镀液温度为90°C且pH值为4，化学镀镍时间为1小时。实 际处理时，也可根据具体实际需要对所镀镀镍保护层的厚度、镀液的组分和上述热镀过程 中的工艺进行相应调整。涂覆有机硅疏水剂涂层时，所采用的有机硅疏水剂为氟硅烷，且采用氟硅烷对大 功率LED灯散热器进行表面处理时，先将氟硅烷溶于乙醇溶剂中，氟硅烷与乙醇间的质量 百分比为2. 2%;之后，再向氟硅烷与乙醇的混合溶液中加入质量百分比为2%的去离子水； 随后，用乙酸将加入去离子水的混合溶液的pH值调节至3且搅拌7小时后即可使用，则配 成有机硅疏水剂，一般应在2天内使用。然后，采用配制好的有机硅疏水剂对带有镀镍保护 层的大功率LED灯散热器进行表面处理时，只需将被处理的大功率LED灯散热器浸入配制 好的有机硅疏水剂中即可，浸泡3小时后取出，取出后在160°C温度条件下进行干燥，且干 燥时间为1小时，之后便获得所需的超疏水保护层。处理完成后，测得所述超疏水保护层与 水的接触角为157°，滚动角为3.5°。实际处理过程中，也可以根据实际需要对所用有机 硅疏水剂的具体种类、各组分之间的配比和相应工艺参数进行调整。另外，还可采用改性有 机硅疏水剂对大功率LED灯散热器进行表面处理，并获得相应的超疏水保护层。本实施例中，其余步骤均与图1所示的一种大功率LED灯散热器表面的处理方法 相同。实施例2本实施例中，与实施例1不同的是采用酸液对经喷砂处理后的所述铝板带进行 腐蚀处理时，所用酸液的pH值=4且将所述待加工板带浸泡入酸液中进行腐蚀处理的时间 为1. Oh ；进行热镀处理时，在组装成型的大功率LED灯散热器的外表面上热镀镀镍保护层 的厚度为15 P m ；采用有机硅疏水剂在所述镀镍保护层外表面上均勻涂覆有机硅疏水剂涂 层(即超疏水保护层)的厚度为10 ym，其余步骤和工艺参数均与实施例1相同。实施例3本实施例中，与实施例1不同的是采用酸液对经喷砂处理后的所述铝板带进行 腐蚀处理时，所用酸液的pH值=4. 5且将所述待加工板带浸泡入酸液中进行腐蚀处理的时 间为1.5h;进行热镀处理时，在组装成型的大功率LED灯散热器的外表面上热镀镀镍保护 层的厚度为25 y m ；采用有机硅疏水剂在所述镀镍保护层外表面上均勻涂覆有机硅疏水剂 涂层(即超疏水保护层)的厚度为20 ym，其余步骤和工艺参数均与实施例1相同。实施例4本实施例中，与实施例1不同的是采用酸液对经喷砂处理后的所述铝板带进行 腐蚀处理时，所用酸液的pH值=5且将所述待加工板带浸泡入酸液中进行腐蚀处理的时间 为2h ；进行热镀处理时，在组装成型的大功率LED灯散热器的外表面上热镀镀镍保护层的 厚度为40 y m ；采用有机硅疏水剂在所述镀镍保护层外表面上均勻涂覆有机硅疏水剂涂层 (即超疏水保护层)的厚度为30 ym，其余步骤和工艺参数均与实施例1相同。
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实施例5本实施例中，与实施例1不同的是采用酸液对经喷砂处理后的所述铝板带进行 腐蚀处理时，所用酸液的pH值=6且将所述待加工板带浸泡入酸液中进行腐蚀处理的时间 为2. 5h ；进行热镀处理时，在组装成型的大功率LED灯散热器的外表面上热镀镀镍保护层 的厚度为50 y m ；采用有机硅疏水剂在所述镀镍保护层外表面上均勻涂覆有机硅疏水剂涂 层(即超疏水保护层)的厚度为40 ym，其余步骤和工艺参数均与实施例1相同。实施例6本实施例中，与实施例1不同的是用于制作散热翅片的待加工板带为铝合金板 带。且进行表面处理时，先采用干磨方法对用于制作散热翅片的铝合金板带表面进行处理， 去除所述铝合金板带表面的杂质和氧化层，并使得所述铝合金板带的表面形成微米级凹凸 形貌；之后，采用碱液对经干磨处理后的所述铝合金板带进行腐蚀处理，所用碱液的PH值 =9且将所述待加工板带浸泡入酸液中进行腐蚀处理的时间为2. 5h，便将所述铝合金板带 的表面处理为具有相应粗糙度的微米级凹凸结构；进行热镀处理时，采用由硫酸镍、亚磷酸 和去离子水均勻混配成的混合液(即镀液)对进行化学镀镍处理，所用镀液中硫酸镍的体 积百分比为3.0%，亚磷酸的体积百分比为2.0%，去离子水的体积百分比为95.0% ；且进 行热镀处理时，镀液温度为95°C且pH值为4，化学镀镍时间为1. 5小时；采用有机硅疏水剂 在所述镀镍保护层外表面上均勻涂覆并形成超疏水保护层时，所用的有机硅疏水剂为氟硅 聚合物乳液。所用氟硅聚合物乳液的配制过程如下先将乙烯基三乙氧基硅烷、甲基丙烯酸 氟烷基酯、甲基丙烯酸丁酯和丙烯酸按照预先设计的混配比例(根据常规方法确定混配比 例)进行混合并获得混合溶液；然后加入在上述混合溶液中质量比为5%的纳米二氧化硅， 并对对混合液体超声波分散45分钟，再加入过硫酸铵触发剂，在冰水浴中超声波乳化聚合 15分钟，便得到氟硅聚合物乳液，一般应在12小时内使用。且采用氟硅聚合物乳液对大功 率LED灯散热器进行表面处理时，只需将被处理的大功率LED灯散热器浸入配制好的有机 硅疏水剂中即可，浸泡2小时后取出，取出后在100°C温度条件下进行干燥，且干燥时间为3 小时，之后便获得所需的超疏水保护层。处理完成后，测得所述超疏水保护层与水的接触角 为152°，滚动角为3. 5°。实际处理过程中，也可以根据实际需要对所用有机硅疏水剂的 具体种类、各组分之间的配比和相应工艺参数进行调整，其余步骤和工艺参数均与实施例1 相同。实施例7本实施例中，与实施例6不同的是采用碱液对经干磨处理后的铝合金板带进行 腐蚀处理时，所用碱液的pH值=10且将所述待加工板带浸泡入酸液中进行腐蚀处理的时 间为2. Oh ；进行热镀处理时，在组装成型的大功率LED灯散热器的外表面上热镀镀镍保护 层的厚度为48 y m ；采用有机硅疏水剂在所述镀镍保护层外表面上均勻涂覆有机硅疏水剂 涂层(即超疏水保护层)的厚度为35 ym，其余步骤和工艺参数均与实施例6相同。实施例8本实施例中，与实施例6不同的是采用碱液对经干磨处理后的铝合金板带进行 腐蚀处理时，所用碱液的pH值=11且将所述待加工板带浸泡入酸液中进行腐蚀处理的时 间为1. 5h ；进行热镀处理时，在组装成型的大功率LED灯散热器的外表面上热镀镀镍保护 层的厚度为35 y m ；采用有机硅疏水剂在所述镀镍保护层外表面上均勻涂覆有机硅疏水剂涂层(即超疏水保护层)的厚度为25 ym，其余步骤和工艺参数均与实施例6相同。实施例9本实施例中，与实施例6不同的是采用碱液对经干磨处理后的铝合金板带进行 腐蚀处理时，所用碱液的pH值=11. 5且将所述待加工板带浸泡入酸液中进行腐蚀处理的 时间为1. Oh ；进行热镀处理时，在组装成型的大功率LED灯散热器的外表面上热镀镀镍保 护层的厚度为8 ym ；采用有机硅疏水剂在所述镀镍保护层外表面上均勻涂覆有机硅疏水 剂涂层(即超疏水保护层)的厚度为5 ym，其余步骤和工艺参数均与实施例6相同。实施例10本实施例中，与实施例6不同的是采用碱液对经干磨处理后的铝合金板带进行 腐蚀处理时，所用碱液的pH值=12且将所述待加工板带浸泡入酸液中进行腐蚀处理的时 间为0. 5h ；进行热镀处理时，在组装成型的大功率LED灯散热器的外表面上热镀镀镍保护 层的厚度为6 y m ；采用有机硅疏水剂在所述镀镍保护层外表面上均勻涂覆有机硅疏水剂 涂层(即超疏水保护层)的厚度为4 ym，其余步骤和工艺参数均与实施例6相同。实施例11本实施例中，与实施例1不同的是用于制作散热翅片的待加工板带为铜板带，其 余步骤和工艺参数均与实施例6相同。实施例12本实施例中，与实施例1不同的是用于制作散热翅片的待加工板带为铜合金板 带，且加工成型的散热翅片与散热本体采用真空钎焊方法组装为一体。进行热镀处理时，采 用由硫酸镍、亚磷酸和去离子水均勻混配成的混合液(即镀液)对进行化学镀镍处理，所用 镀液中硫酸镍的体积百分比为2. 0%，亚磷酸的体积百分比为3. 5%，去离子水的体积百分 比为94. 5% ；且进行热镀处理时，镀液温度为100°C且pH值为4，化学镀镍时间为2小时； 采用有机硅疏水剂在所述镀镍保护层外表面上均勻涂覆并形成超疏水保护层时，所用的有 机硅疏水剂为蜡状物质烷基正乙烯酮二聚体。用所述烷基正乙烯酮二聚体对热管翅片散热 器再进行表面处理的工艺过程是将烷基正乙烯酮二聚体装入烧杯中，之后再将放入烧杯 中的烷基正乙烯酮二聚体和经热镀处理后的大功率LED灯散热器均置于密封容器中，随后 将密封容器放入箱式电路炉中加热至150°C且保温2小时，然后随炉冷却(随炉冷却时冷 却速率每分钟小于2V )至室温后取出大功率LED灯散热器，便获得所需的超疏水保护层。 处理完成后，测得所述超疏水保护层与水的接触角为171°，滚动角为2.1°。实际处理过程中，可以根据实际需要对所用有机硅疏水剂的具体种类、各组分之 间的配比和相应工艺参数进行调整，其余步骤和工艺参数均与实施例1相同。同时，还可以 选用其它种类的烷烃蜡类疏水剂进行均勻涂覆。以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明 技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技 术方案的保护范围内。
权利要求
一种大功率LED灯散热器表面的处理方法，所处理的大功率LED灯散热器包括散热本体和布设在所述散热本体上的散热翅片，所述散热本体为内部设置有两端通过端盖进行密封的内孔的安装基体，所述内孔的孔壁上设置有热管吸液芯，所述散热本体形成一个热管且所述内孔的孔壁为所述热管的管壳，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、物理处理采用喷砂或干磨方法对用于制作所述散热翅片的待加工板带表面进行处理，使得所述待加工板带的表面形貌呈微米级凹凸状，所述待加工板带为铝、铝合金、铜或铜合金板带；步骤二、化学腐蚀处理采用酸液或碱液对经物理处理后的所述待加工板带进行腐蚀处理，并将所述待加工板带的表面处理为具有相应粗糙度的微米级凹凸结构；采用酸液进行腐蚀处理时，所用酸液的pH值＝3～6，且将所述待加工板带浸泡入酸液中进行腐蚀处理的时间为0.5～2.5h；且采用碱液进行腐蚀处理时，所用酸液的pH值＝9～12，且将所述待加工板带浸泡入碱液中进行腐蚀处理的时间为0.5～2.5h；步骤三、散热翅片加工成型及散热器组装按照具体设计需要，采用机加工方法将经化学腐蚀处理的所述待加工板带加工制作为散热翅片；之后，将加工成型的散热翅片与预先根据设计需要加工制作的散热本体组装形成大功率LED灯散热器；步骤四、镀金属涂层采用常规金属涂层喷镀方法在组装成型的大功率LED灯散热器的外表面上，热镀一层厚度均匀的金属涂层保护层，以提高所述大功率LED灯散热器的耐蚀能力并降低所述散热翅片的接触热阻；步骤五、涂覆超疏水保护层采用常规超疏水保护层涂覆方法，在所述大功率LED灯散热器外侧的金属涂层保护层上均匀涂覆一层超疏水保护层，以降低所述大功率LED灯散热器的表面自由能。
2.按照权利要求1所述的一种大功率LED灯散热器表面的处理方法，其特征在于步 骤四中所述金属涂层保护层的厚度为5 50 μ m。
3.按照权利要求1或2所述的一种大功率LED灯散热器表面的处理方法，其特征在于 步骤五中所述超疏水保护层的厚度为2 40 μ m。
4.按照权利要求1或2所述的一种大功率LED灯散热器表面的处理方法，其特征在于 步骤四中所述的金属涂层保护层为镀镍保护层。
5.按照权利要求1或2所述的一种大功率LED灯散热器表面的处理方法，其特征在于 步骤五中所述的超疏水保护层为在所述金属涂层保护层上均勻涂覆一层有机硅疏水剂涂 层、改性有机硅疏水剂涂层或烷烃蜡类疏水剂涂层后形成的保护层。
全文摘要
本发明公开了一种大功率LED灯散热器表面的处理方法，所处理的大功率LED灯散热器包括散热本体和散热翅片，其处理方法包括步骤一、对制作散热翅片的待加工板带表面进行物理处理，使得待加工板带表面呈微米级凹凸形貌；二、将待加工板带的表面化学腐蚀处理为具有相应粗糙度的微米级凹凸结构；三、散热翅片加工成型及散热器组装；四、在散热器外表面上热镀一层厚度均匀的金属涂层保护层；五、在金属涂层保护层上均匀涂覆一层超疏水保护层。本发明处理过程简单、操作容易、实现方便且设计合理、处理效果非常好，能有效克服现有大功率LED灯热管翅片散热器存在的耐腐蚀能力差、防尘能力差、热管翅片接触热阻大等诸多缺点。
文档编号F21Y101/02GK101852415SQ20101013732
公开日2010年10月6日 申请日期2010年3月31日 优先权日2010年3月31日
发明者华云峰, 李争显, 杜明焕, 杜继红, 王彦峰 申请人:西北有色金属研究院