[发明专利]一种金属表面形成微纳米多层次复合结构的加工工艺

说明书

本发明涉及一种在金属表面形成微纳米多层次复合结构的加工工艺，适用于改善过冷沸腾表面换热性能，主要应用于采用液态工质过冷沸腾换热的高热流部件，如聚变堆第一壁等，基本方法包括：根据实际部件或试件，选取待处理金属表面和对应微米级孔隙金属网及相容钎料，先将待处理表面进行打平，去氧化层，均匀涂抹所选钎料；再贴合金属网，烘干。用形面物件压紧金属网与待处理表面，进行真空钎焊。结束后即得到微纳米多层次复合结构表面，其中金属网构成微米级别凸凹表面孔隙，钎料熔化后形成的表面及金属丝连接的位面呈现纳米级孔洞及粗糙单元。本发明具有可控性高、成本低、简易方便、所形成的表面结构不损伤基体材料等特点。

技术领域

本发明涉及一种金属(如铜或者其他合金)表面形成微纳米多层次复合结构的加工工艺，属于材料表面微纳米加工技术领域及金属材料表面改性处理领域。

背景技术

由于具有微纳米表面结构的材料在声、光、电磁、热力学以及化学活性等方面都相比宏观特性有很大的变异，展显出其不同于宏观属性的特殊性能，从而人们一直在寻求比较方便、高效的微纳米加工方法。

研究发现，具有微纳米表面结构的换热表面能大幅度提高过冷沸腾换热的性能，这对具有强换热性能要求的工业换热器研制具有重大意义，如核聚变堆中面向等离子体部件(第一壁)的过冷沸腾换热管路，其超强换热性能可有效的提高第一壁结构安全性和可靠性。该结构目前主要采用翅片、扰动片及内螺纹管结构，流道阻力大，换热压强高，且翅片及内螺纹管结构不仅加工困难，而且易使基体出现疲劳损伤裂纹。采用具有微纳米结构的换热表面必然可较大程度改善这一现状。

但现阶段，微纳米表面加工技术主要有激光刻蚀、烧结、掩模结合化学沉积或者腐蚀等。调研发现，上述技术处理较小面积尚可，但大面积工业应用还存在较大困难，且价格昂贵。相比而言，烧结更具有一定大面积应用优势，但烧结需要严格工艺条件，形成的微纳米结构可控性存在较大困难。如中国专利申请CN201610218107.2公开了一种利用记忆高分子材料变形产生金属微纳米结构，但微纳米结构与基底间无法附着，且无法大规模便捷的制造多层次微结构。

综上，在金属表面产生多层次微纳米结构，且具有很好的强度而易实现大规模的制造，就目前而言，仍然是个技术难题。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种金属表面形成微纳米多层次复合结构的加工工艺，利用工业上可规模化生产的微米级孔隙金属网和钎焊技术，将金属网钎焊在金属表面形成可控的大规模金属表面微纳米多层次复合结构加工工艺，具备了便捷、低成本，结构完整性好且工艺可控的特点，是对前述技术难题的一种突破。

本发明的技术方案如下：如图1所示。

(1)对待处理的金属表面进行处理表面粗打平，去氧化层处理；

(2)裁剪与步骤(1)中待处理的金属表面尺寸一致的微米级孔隙金属网，使金属网按压平整而能与步骤(1)中待处理的金属表面贴合；

(3)选取与步骤(1)中待处理的金属表面以及步骤(2)中金属网相容的钎焊材料作为焊料；

(4)使用盐酸或其他酸性溶剂(可以除去氧化物而不过多损害基体材料的溶剂)分别将步骤(1)中待处理的金属表面和步骤(2)中金属网进行清洗，然后使用酒精再次重新清洗，并吹干；

(5)将步骤(3)中钎焊材料均匀涂抹在步骤(1)中待处理的金属表面，涂抹均匀，厚度低于步骤(2)中金属网的单丝直径；

(6)将步骤(2)中金属网与涂有步骤(3)中钎焊材料的步骤(1)中待处理的金属表面贴合，并用形面物件压紧；

(7)将步骤(6)中金属网与涂有步骤(3)中钎焊材料的步骤(1)中待处理的金属表面贴合的组合放入烘箱内，以200-300摄氏度的温度烘干10-20分钟，去除步骤(3)中钎焊材料中的粘合剂，保证更好地进行钎焊作业；