本發明涉及一種高散熱性機械涂層的制備方法，屬于機械涂層制備技術領域。
背景技術：
涂層技術是指在物體表面（高熱流區域）涂抹一層涂料，依靠涂層的高導熱、高輻射性達到快速傳熱的目的。因其技術簡單、散熱效果明顯、適用范圍廣，發展速度很快，并且在增強散熱的同時，涂層還具備良好的絕緣、防腐、防水和自潔等性能，具有很高的實用價值。涂層技術就是指散熱涂料，它是一種復合型高分子材料，涂覆于基材表面，依靠強化物體表面的熱傳導及熱輻射能力，提高表面的散熱效率，實現降溫散熱的目的。
目前現有的機械涂層的機械性能差，基于無機填料粒子與基體的不匹配性，涂層的硬度小(低于B級)、不耐沖擊、不耐熱等，涂層無法在較高溫度下長期使用。
尖晶石具有陶瓷的優點，耐高溫、耐磨損、耐腐蝕、抗沖擊、高強度、高硬度、良好的電絕緣性能等，又具有藍寶石晶體、石英玻璃的光學性能，在紫外、可見光、紅外光波具有良好的透光率，同時具有比石英玻璃有更好的機械強度，高的熱導率，更耐酸堿腐蝕。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題：針對目前傳統的散熱涂料由于無機填料粒子與基體的相容性差，涂層的硬度小、不耐沖擊、且不能在較高的溫度下長期使用的問題，本發明將鋁粉、鎂粉等物質混合球磨、加壓煅燒后，經液氮冷凍，粉碎研磨制得尖晶石晶須，再用透明膠帶粘附薄層石墨，氧化后制得散熱粉料，將其和尖晶石晶須混合后，用天然樹脂和微生物對其進行改性，得改性散熱增強填料，最后和環氧樹脂復配，加入稀釋劑和固化劑最終制得高散熱性機械涂層，本發明利用尖晶石晶須具有的耐高溫、耐磨損、抗沖擊、高強度、高硬度的特性和薄層石墨較高的熱導率來提高涂層的散熱性和機械性能，再通過天然樹脂和微生物對晶須和石墨表面改性，提高填料與基體的相容性，解決了傳統的散熱涂料由于無機填料粒子與基體的相容性差，涂層的機械性能差的問題，具有廣闊的應用前景。
為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：
（1）按重量份數計，稱取50～60份鋁粉、15～20份鎂粉、20～25份硼酸、1～3份黃糊精和2～4份硬脂酸依次倒入球磨機中，按球料比為20:1向球磨機中加入氧化鋯球磨珠，以700～800r/min轉速球磨10～14h，得到混合粉末；
（2）將混合粉末在600～650MPa壓力下壓制成邊長為1～2cm的立方塊，用電子燒結爐以800～900℃的溫度保溫燒結1～3h，將燒結后的立方塊放入沼氣液中浸泡10～12h后取出，立即用液氮噴淋冷凍10～15min，將冷凍后的立方塊放入高速球磨機中，以1000～1200r/min轉速球磨20～24h后過300目篩，得到鎂鋁尖晶石晶須，備用；
（3）用石墨棒在瓷磚表面反復圖畫10～15min，在瓷磚表面形成致密的石墨層，再用透明膠帶粘性面粘附在瓷磚的石墨層上并施加30～50N的壓力，使膠帶和石墨層緊密接觸，最后緩慢撕下透明膠帶，收集粘附石墨顆粒的膠帶；
（4）將上述粘附石墨顆粒的膠帶放入石英管式爐中，以1000～1200℃的高溫煅燒20～30min后收集黑色粉末，按質量比為1:2將黑色粉末和質量分數為30%雙氧水混合后，用超聲振蕩儀超聲處理20～30min后過濾，將濾渣裝入透明塑料袋，密封袋口后放在陽光下暴曬6～8h后，得自制散熱粉料；
（5）將等質量的備用鎂鋁尖晶石晶須、上述自制散熱粉料和阿拉伯膠混合后加入到三者總質量3～5倍的蒸餾水中，攪拌均勻得到混合物，將混合物轉入陶瓷罐中，按接種量為8%向混合物中接入枯草芽孢桿菌，在30～40℃下保溫發酵7～9天，將發酵液放入臥式離心機中，以5000～7000r/min轉速離心處理15～20min，分離得到下層沉淀，干燥后即得改性散熱增強填料；
（6）按重量份數計，稱取50～60份雙酚A型環氧樹脂、10～20份上述得到的改性散熱增強填料、10～20份丙酮和5～10份雙氰胺依次裝入膠體磨中，以1200～1400r/min轉速研磨3～5h后，過200目篩網除雜，出料后即得高散熱性機械涂料，使用時將涂料均勻的涂刷在機器的機殼表面，待其自然固化后即可得到高散熱性機械涂層。
本發明制備的高散熱性機械涂層導熱系數達到16.2～20.5W/（m·K），耐沖擊性達到85 kg·cm以上，附著力0級，硬度達到4H以上，降溫溫差為15～20℃，耐熱性達到550～672℃。
本發明與其他方法相比，有益技術效果是：
（1）本發明制備的高散熱性機械涂層散熱性能優越，降溫溫差達到15～20℃；
（2）本發明制備的高散熱性機械涂層中填料與基體之間的相容性好，提高了其硬度和耐沖擊性能，硬度達到4H以上，耐沖擊性達到85 kg·cm以上；
（3）本發明制備工藝簡單，原材料易獲取，成本低廉。
具體實施方式
首先按重量份數計，稱取50～60份鋁粉、15～20份鎂粉、20～25份硼酸、1～3份黃糊精和2～4份硬脂酸依次倒入球磨機中，按球料比為20:1向球磨機中加入氧化鋯球磨珠，以700～800r/min轉速球磨10～14h，得到混合粉末；將混合粉末在600～650MPa壓力下壓制成邊長為1～2cm的立方塊，用電子燒結爐以800～900℃的溫度保溫燒結1～3h，將燒結后的立方塊放入沼氣液中浸泡10～12h后取出，立即用液氮噴淋冷凍10～15min，將冷凍后的立方塊放入高速球磨機中，以1000～1200r/min轉速球磨20～24h后過300目篩，得到鎂鋁尖晶石晶須，備用；再用石墨棒在瓷磚表面反復圖畫10～15min，在瓷磚表面形成致密的石墨層，再用透明膠帶粘性面粘附在瓷磚的石墨層上并施加30～50N的壓力，使膠帶和石墨層緊密接觸，最后緩慢撕下透明膠帶，收集粘附石墨顆粒的膠帶；將上述粘附石墨顆粒的膠帶放入石英管式爐中，以1000～1200℃的高溫煅燒20～30min后收集黑色粉末，按質量比為1:2將黑色粉末和質量分數為30%雙氧水混合后，用超聲振蕩儀超聲處理20～30min后過濾，將濾渣裝入透明塑料袋，密封袋口后放在陽光下暴曬6～8h后，得自制散熱粉料；接著將等質量的備用鎂鋁尖晶石晶須、上述自制散熱粉料和阿拉伯膠混合后加入到三者總質量3～5倍的蒸餾水中，攪拌均勻得到混合物，將混合物轉入陶瓷罐中，按接種量為8%向混合物中接入枯草芽孢桿菌，在30～40℃下保溫發酵7～9天，將發酵液放入臥式離心機中，以5000～7000r/min轉速離心處理15～20min，分離得到下層沉淀，干燥后即得改性散熱增強填料；最后按重量份數計，稱取50～60份雙酚A型環氧樹脂、10～20份上述得到的改性散熱增強填料、10～20份丙酮和5～10份雙氰胺依次裝入膠體磨中，以1200～1400r/min轉速研磨3～5h后，過200目篩網除雜，出料后即得高散熱性機械涂料，使用時將涂料均勻的涂刷在機器的機殼表面，待其自然固化后即可得到高散熱性機械涂層。
實例1
首先按重量份數計，稱取60份鋁粉、20份鎂粉、25份硼酸、3份黃糊精和4份硬脂酸依次倒入球磨機中，按球料比為20:1向球磨機中加入氧化鋯球磨珠，以800r/min轉速球磨14h，得到混合粉末；將混合粉末在650MPa壓力下壓制成邊長為2cm的立方塊，用電子燒結爐以900℃的溫度保溫燒結3h，將燒結后的立方塊放入沼氣液中浸泡12h后取出，立即用液氮噴淋冷凍15min，將冷凍后的立方塊放入高速球磨機中，以1200r/min轉速球磨24h后過300目篩，得到鎂鋁尖晶石晶須，備用；再用石墨棒在瓷磚表面反復圖畫15min，在瓷磚表面形成致密的石墨層，再用透明膠帶粘性面粘附在瓷磚的石墨層上并施加50N的壓力，使膠帶和石墨層緊密接觸，最后緩慢撕下透明膠帶，收集粘附石墨顆粒的膠帶；將上述粘附石墨顆粒的膠帶放入石英管式爐中，以1200℃的高溫煅燒30min后收集黑色粉末，按質量比為1:2將黑色粉末和質量分數為30%雙氧水混合后，用超聲振蕩儀超聲處理30min后過濾，將濾渣裝入透明塑料袋，密封袋口后放在陽光下暴曬8h后，得自制散熱粉料；接著將等質量的備用鎂鋁尖晶石晶須、上述自制散熱粉料和阿拉伯膠混合后加入到三者總質量5倍的蒸餾水中，攪拌均勻得到混合物，將混合物轉入陶瓷罐中，按接種量為8%向混合物中接入枯草芽孢桿菌，在40℃下保溫發酵9天，將發酵液放入臥式離心機中，以7000r/min轉速離心處理20min，分離得到下層沉淀，干燥后即得改性散熱增強填料；最后按重量份數計，稱取60份雙酚A型環氧樹脂、20份上述得到的改性散熱增強填料、20份丙酮和10份雙氰胺依次裝入膠體磨中，以1400r/min轉速研磨5h后，過200目篩網除雜，出料后即得高散熱性機械涂料，使用時將涂料均勻的涂刷在機器的機殼表面，待其自然固化后即可得到高散熱性機械涂層。
本發明制備的高散熱性機械涂層導熱系數達到20.5W/（m·K），耐沖擊性達到87kg·cm，附著力0級，硬度達到5H，降溫溫差為15℃，耐熱性達到672℃。
實例2
首先按重量份數計，稱取50份鋁粉、15份鎂粉、20份硼酸、1份黃糊精和2份硬脂酸依次倒入球磨機中，按球料比為20:1向球磨機中加入氧化鋯球磨珠，以700r/min轉速球磨10h，得到混合粉末；將混合粉末在600MPa壓力下壓制成邊長為1cm的立方塊，用電子燒結爐以800℃的溫度保溫燒結1h，將燒結后的立方塊放入沼氣液中浸泡10h后取出，立即用液氮噴淋冷凍10min，將冷凍后的立方塊放入高速球磨機中，以1000r/min轉速球磨20h后過300目篩，得到鎂鋁尖晶石晶須，備用；再用石墨棒在瓷磚表面反復圖畫10min，在瓷磚表面形成致密的石墨層，再用透明膠帶粘性面粘附在瓷磚的石墨層上并施加30N的壓力，使膠帶和石墨層緊密接觸，最后緩慢撕下透明膠帶，收集粘附石墨顆粒的膠帶；將上述粘附石墨顆粒的膠帶放入石英管式爐中，以1000℃的高溫煅燒20min后收集黑色粉末，按質量比為1:2將黑色粉末和質量分數為30%雙氧水混合后，用超聲振蕩儀超聲處理20min后過濾，將濾渣裝入透明塑料袋，密封袋口后放在陽光下暴曬6h后，得自制散熱粉料；接著將等質量的備用鎂鋁尖晶石晶須、上述自制散熱粉料和阿拉伯膠混合后加入到三者總質量3倍的蒸餾水中，攪拌均勻得到混合物，將混合物轉入陶瓷罐中，按接種量為8%向混合物中接入枯草芽孢桿菌，在30℃下保溫發酵7天，將發酵液放入臥式離心機中，以5000r/min轉速離心處理15min，分離得到下層沉淀，干燥后即得改性散熱增強填料；最后按重量份數計，稱取50份雙酚A型環氧樹脂、10份上述得到的改性散熱增強填料、10份丙酮和5份雙氰胺依次裝入膠體磨中，以1200r/min轉速研磨3h后，過200目篩網除雜，出料后即得高散熱性機械涂料，使用時將涂料均勻的涂刷在機器的機殼表面，待其自然固化后即可得到高散熱性機械涂層。
本發明制備的高散熱性機械涂層導熱系數達到16.2W/（m·K），耐沖擊性達到88 kg·cm，附著力0級，硬度達到6H，降溫溫差為17℃，耐熱性達到600℃。
實例3
首先按重量份數計，稱取55份鋁粉、17份鎂粉、22份硼酸、2份黃糊精和3份硬脂酸依次倒入球磨機中，按球料比為20:1向球磨機中加入氧化鋯球磨珠，以750r/min轉速球磨12h，得到混合粉末；將混合粉末在620MPa壓力下壓制成邊長為1cm的立方塊，用電子燒結爐以850℃的溫度保溫燒結2h，將燒結后的立方塊放入沼氣液中浸泡11h后取出，立即用液氮噴淋冷凍12min，將冷凍后的立方塊放入高速球磨機中，以1100r/min轉速球磨22h后過300目篩，得到鎂鋁尖晶石晶須，備用；再用石墨棒在瓷磚表面反復圖畫12min，在瓷磚表面形成致密的石墨層，再用透明膠帶粘性面粘附在瓷磚的石墨層上并施加40N的壓力，使膠帶和石墨層緊密接觸，最后緩慢撕下透明膠帶，收集粘附石墨顆粒的膠帶；將上述粘附石墨顆粒的膠帶放入石英管式爐中，以1100℃的高溫煅燒25min后收集黑色粉末，按質量比為1:2將黑色粉末和質量分數為30%雙氧水混合后，用超聲振蕩儀超聲處理25min后過濾，將濾渣裝入透明塑料袋，密封袋口后放在陽光下暴曬7h后，得自制散熱粉料；接著將等質量的備用鎂鋁尖晶石晶須、上述自制散熱粉料和阿拉伯膠混合后加入到三者總質量4倍的蒸餾水中，攪拌均勻得到混合物，將混合物轉入陶瓷罐中，按接種量為8%向混合物中接入枯草芽孢桿菌，在35℃下保溫發酵8天，將發酵液放入臥式離心機中，以6000r/min轉速離心處理17min，分離得到下層沉淀，干燥后即得改性散熱增強填料；最后按重量份數計，稱取55份雙酚A型環氧樹脂、15份上述得到的改性散熱增強填料、15份丙酮和7份雙氰胺依次裝入膠體磨中，以1300r/min轉速研磨4h后，過200目篩網除雜，出料后即得高散熱性機械涂料，使用時將涂料均勻的涂刷在機器的機殼表面，待其自然固化后即可得到高散熱性機械涂層。
本發明制備的高散熱性機械涂層導熱系數達到20.5W/（m·K），耐沖擊性達到89 kg·cm，附著力0級，硬度達到5H，降溫溫差為19℃，耐熱性達到558℃。