[发明专利]基于铜表面的导热防腐蚀的复合膜层及制备方法

说明书

本发明属于表面改性技术领域，特别指基于铜表面的导热防腐蚀的复合膜层及制备方法。复合膜层包括钛或铬金属层；类金刚石层，层叠于钛或铬金属层的表面。复合膜的制备方法是在铜或者铜制品表面利用高纯铬靶或钛靶进行磁控溅射，沉积钛或铬金属层；原位真空时效处理；在钛或铬金属层上通过等离子体增强化学气相沉积法，沉积类金刚石层。现有技术将对于铜表面的镀层技术中缺少既能防腐蚀又能保持铜的良好导热性的镀膜技术。本发明提出了一种将导热金属膜层与类金刚石膜构成的复合膜层用于散热器铜管或铜制品表面导热和防腐蚀膜层的新技术，复合膜具备结合力好、导热性能优的特点。

技术领域

本发明属于表面改性技术领域，特别指基于铜表面的导热防腐蚀的复合膜层及制备方法。

背景技术

沿海地区海水养殖海产品的市场规模巨大，但近几年出现海产品频频发生生病甚至死亡导致养殖业户损失巨大的情况，严重影响海水养殖业的发展和社会经济效益。养殖现场靠24小时循环海水来控制养殖海水温度，浪费水资源，电能等还收不到预期效果和收益。特别是循环海水控温受外部环境温度的影响，不可能全年都保持在一个适当的温度。多年来养殖业仍然停留在人工养殖靠天吃饭的境地，现有的科技手段制造的热泵热水机生产出的冷热水完全可以控制海水温度，但是业内几家设备厂商尝试设备测试均已失败而告终，原因在于现有的热泵热水机换热器，如果使用常规的普遍使用的铜管换热器却无法防护海水腐蚀，如果使用耐海水腐蚀的钛管换热器其导热性非常差，需要增大换热面积来补偿，而且钛管换热器的价格非常昂贵。这样在海水养殖业户没有理想的热泵热水机设备使用，一直无法使用科技手段控制养殖海水温度。市场亟待需要一种导热防腐蚀膜层，用在换热器材料表面，使换热器产品既有良好的导热性能又具有耐海水腐蚀性能，帮助企业生产出既有经济性又有高品质的导热耐蚀都好的换热器，改变和突破行业现状，给社会创造巨大的经济效益。

金属纯铜具有较高的热导率其较好的塑性，因此用高纯铜挤压的铜管做换热器已经应用很多年了。虽然铜是一个比较惰性的金属，但在腐蚀液体，特别是海水中，也会出现明显的腐蚀过程。由于换热器需要进行热量交换的特点，铜管表面的耐腐蚀膜层必须还要具有好的热传导特性，即膜层材料不仅具有耐腐蚀特性还需要具有高的热导率。作为换热器铜管与其它构件不同，它不仅需要表面膜层具有耐腐蚀性能，而且还需要表面膜层具有很好的导热性能，这使得很多常规的耐海水腐蚀的高分子材料和一些无机非金属材料膜层的使用受到了很大的限制。因此，换热器铜管的防腐处理技术难度大大增加。寻找合适的膜层及其制备方法是提高换热器铜管表面耐腐蚀性和促进其在海水中应用是关键。

石墨烯是由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状结构，目前是世上最薄也是最坚硬的纳米材料，几乎是完全透明的，具有超高的导热系数、电子迁移率和超低的电阻率。从理论上讲，石墨烯具有超高的导热系数，且金属铜又是化学气相沉积方法获得高质量石墨烯的催化剂，在铜管上生长石墨烯是可以实现的。但是，由于石墨烯是二维蜂窝状结构，具有厚度非常薄的特征，它作为耐液体腐蚀的防护膜层使用，是非常不合适的。同样是碳原子构成的金刚石膜层，在室温下目前所有材料中热导率最高的，同时，金刚石结构中的碳原子在大部分腐蚀性液体中具有良好的化学稳定性，具有很好的耐腐蚀性。然而，金刚石膜层的生长条件苛刻，制备成本高，不适合作为普通换热器铜管的导热防腐蚀膜层使用。类金刚石膜层含有大量sp³键的亚稳态非晶碳，它的结构中sp³键和sp2键含量比例在很大范围内变化，它有很多与金刚石膜层相似的性能，不仅硬度高、导热性能好，还具有良好的化学稳定性和绝缘性，且表面致密，又是非晶态，没有晶界，在腐蚀介质中其本身的腐蚀速率是极低的，具有很好的耐腐蚀性能。因此，类金刚石膜层是散热器铜管表面非常理想的防护膜层。

类金刚石膜层用于防护海水的腐蚀已经有应用，但这些应用都是在钢铁制造的设备部件上。目前，对于铜表面的镀层技术中急需一种既能达到防腐目的，又能保持良好的导热性能的镀膜技术。

发明内容

发明目的：