Теплоизлучающий элемент и способ его изготовления

Изобретение относится к изготовлению теплоизлучающих элементов. Способ включает размещение сетки на основе, изготовленной из первого металлического материала, и формирование на поверхности основы теплоизлучающей ячейки либо путем распыления гранулированных частиц, полученных из второго металлического материала, оксид которого имеет коэффициент отражения 70% и более, отличного от первого металлического материала, и частиц из оксида второго металлического материала, либо путем напыления металлических частиц, изготовленных из второго металлического материала, и их окисления, при этом формирование осуществляют таким образом, что зона контакта ячейки с основой составляет 1 мм2 и менее, после чего сетку удаляют. Еще по одному варианту способ включает формирование на поверхности основы теплоизлучающей ячейки путем ионно-дугового нанесения металлических частиц, изготовленных из второго металлического материала, с распределением их по поверхности материала основы путем приложения напряжения смещения к ней и последующего окисления нанесенных металлических частиц, при этом формирование осуществляют таким образом, что зона контакта ячейки с основой составляет 1 мм2 и менее. Изобретение направлено на повышение надежности и прочности теплоизлучающих элементов в широком интервале температур. 3 н.п. ф-лы, 3 пр., 3 табл., 10 ил.

 

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Настоящее изобретение относится к теплоизлучающему элементу и способу его изготовления.

2. Описание предшествующего уровня техники

[0002] Известна технология, согласно которой для эффективного излучения тепла, переданного материалу основы, наружу формируют неровности или располагают неорганические частицы с большим коэффициентом отражения по форме поверхности материала основы. Например, когда наносят неорганические частицы, на поверхности материала основы формируют покрытие и неорганические частицы диспергируют в покрытие.

[0003] В качестве такой технологии были предложены теплоизлучающие элементы, например, такие, как показано ниже. Например, в публикации японской патентной заявки №2010-168998 (JP 2010-168998 А) предложен теплоизлучающий элемент, который включает в себя материал основы, изготовленный из нержавеющей стали, никелевого сплава или тому подобного, и теплоизлучающее покрытие, нанесенное на поверхность материала основы. В теплоизлучающем покрытии, включающем в себя теплоизлучающий элемент, вместе с неорганическим связующим веществом, таким как стеклянное связующее или тому подобное в качестве связующего, рассеяны неорганические частицы, образованные из оксида по меньшей мере одного вида из следующих: марганец, железо, медь, кобальт и хром.

[0004] Кроме того, в качестве еще одной технологии, в публикации японской патентной заявки №2004-43612 (JP 2004-43612) предложен теплоизлучающий элемент, в котором теплоизлучающее покрытие образовано на поверхности из основного материала, такого как алюминий и тому подобное. В теплоизлучающем покрытии, которое содержит теплоизлучающий элемент с полимерной смолой в качестве связующего, распылены неорганические частицы оксида олова и сурьмы.

[0005] В соответствии с этими технологиями неорганические частицы, изготовленные из материала (оксида), имеющего коэффициент отражения выше, чем у материала основы, диспергированы в теплоизлучающем покрытии, нанесенном на поверхность материала основы; поэтому тепло, переданное материалу основы, может эффективно излучаться наружу.

[0006] Однако теплоизлучающий элемент, описанный в JP 2010-168998 А, использует стеклянное связующее в качестве неорганического связующего. Таким образом, во время осаждения для нанесения теплоизлучающего покрытия должна быть использована температура размягчения стекла или более высокая температура. В результате, когда металл для материала основы, такой как алюминий и т.п., имеет температуру плавления ниже, чем температура размягчения стекла, материал основы может расплавиться. Кроме того, когда теплоизлучающий элемент используется в температурном диапазоне температуры размягчения стекла или более высокой температуры, само теплоизлучающее покрытие может деформироваться в результате размягчения стеклянного связующего.

[0007] С другой стороны, теплоизлучающий элемент, описанный в JP 2004-43612 А, использует полимерную смолу в качестве связующего. Кроме того, во время использования теплоизлучающего элемента полимерная смола может деградировать. Кроме того, из-за разницы теплового расширения между полимерной смолой в качестве связующего вещества и металлом, таким как алюминий или т.п., который представляет собой материал основы, вполне вероятно возникновение термических напряжений на участке сопряжения материала основы и теплоизлучающего покрытия, а также отслоение теплоизлучающего покрытия.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Настоящее изобретение относится к теплоизлучающему элементу, который может быть изготовлен из широкого круга металлических материалов основы, а также может обеспечить повышение надежности и прочности в широком интервале температур, и к способу его изготовления.

[0009] Один из теплоизлучающих элементов в соответствии с первым объектом настоящего изобретения включает в себя: металлический материал основы, выполненной из первого металлического материала; и множество теплоизлучающих ячеек, которые по отдельности прикреплены таким образом, чтобы распределяться по поверхности металлического материала основы, и содержат второй металлический материал, который отличен от первого металлического материала, и оксид второго металлического материала, расположенный на поверхности каждой из соответствующих теплоизлучающих ячеек.

[0010] В соответствии с объектом изобретения, описанным выше, так как теплоизлучающие ячейки, способствующие тепловому излучению, отдельно прикреплены таким образом, чтобы распределяться по поверхности металлического материала основы из первого металлического материала, термические напряжения из-за разницы в коэффициентах линейного расширения металла, который образует металлический материал основы, и металла, который образует теплоизлучающую ячейку, могут быть уменьшены.

[0011] То есть в случае, когда на поверхности металлического материала основы образовано сплошное покрытие, разница теплового расширения между металлическим материалом основы и покрытием в целом создает термические напряжения на участке их сопряжения. При этом в соответствии с аспектом, описанным выше, в отличие от сплошного покрытия, так как множество теплоизлучающих ячеек отдельно присоединено к поверхности металлического материала основы таким образом, чтобы быть распределенными, теплоизлучающая ячейка имеет конструкцию, в которой покрытие разделено в плоскости на множество частей. В результате разница в тепловом расширении между металлическим материалом основы и каждой из теплоизлучающих ячеек меньше по сравнению со случаем, когда нанесено сплошное покрытие. Термические напряжения, возникающие в участке сопряжения между металлическим материалом основы и каждой из теплоизлучающих ячеек, могут быть уменьшены. Таким образом, в широком диапазоне температур может быть обеспечена надежность и долговечность теплоизлучающего элемента.

[0012] Кроме того, оксид металла имеет излучательную способность выше, чем у неокисленного металла. Таким образом, благодаря оксиду второго металлического материала, расположенному на поверхности каждой из теплоизлучающих ячеек, тепло, передаваемое от металлического материала основы, может эффективно излучаться (тепловое излучение) наружу с поверхности теплоизлучающей ячейки.

[0013] Согласно приведенному выше объекту изобретения второй металлический материал каждой из теплоизлучающих ячеек может быть выполнен из множества видов металлов. Одна теплоизлучающая ячейка включает в себя множество видов металлов и оксидов, полученных окислением множества видов металлов, выходящих на поверхность теплоизлучающей ячейки. В результате теплоизлучающая ячейка имеет высокую излучательную способность в широком диапазоне длин волн по сравнению со случаем, когда используют один вид металлического материала.

[0014] Согласно приведенному выше объекту изобретения второй металлический материал каждой из соответствующих теплоизлучающих ячеек может быть изготовлен из металла, в основном выполненного из единственного металлического материала, и множество теплоизлучающих ячеек может содержать множество видов отдельных металлических материалов. В соответствии с объектом по сравнению со случаем, когда используется один вид металлического материала, высокую излучательную способность можно получить в широком диапазоне длин волн.

[0015] Согласно приведенному выше объекту изобретения первый металлический материал представляет собой материал на основе алюминия или нержавеющей стали, а второй металлический материал может представлять собой металлический материал преимущественно из марганца.

[0016] Согласно приведенному выше объекту изобретения марганец имеет высокую излучательную способность, а также температурный диапазон (от 200°С до 300°С), где в основном используются материалы на основе алюминия, имеющий отличную излучательную способность. Когда материалы на основе алюминия или нержавеющей стали используются в качестве первого металлического материала, материалы, используемые в изобретении, могут быть применены в местах, где необходимы теплорассеивающие свойства, например двигателе транспортного средства, корпусе двигателя и тому подобное.

[0017] Способ изготовления теплоизлучающего элемента в соответствии со вторым объектом настоящего изобретения включает в себя размещение сетки на металлическом материале основы, изготовленной из первого металлического материала; и формирование теплоизлучающей ячейки, изготовленной из гранулированных частиц, на поверхности металлического материала основы путем напыления гранулированных частиц из второго металлического материала, отличного от первого металлического материала, и частиц его оксида на поверхность металлического материала основы, снабженную сеткой.

[0018] Согласно вышеописанному объекту изобретения, так как гранулированные частицы второго металлического материала и его оксида напылены через сетку на поверхность металлического материала основы, то множество теплоизлучающих ячеек, разделенных таким образом, чтобы распределяться по поверхности металлического материала основы, могут быть прикреплены к поверхности металлического материала основы. Кроме того, каждая из прикрепленных теплоизлучающих ячеек содержит оксид, полученный окислением второго металлического материала, и на поверхности каждой из теплоизлучающих ячеек оксид, полученный окислением второго металлического материала, может выступать в качестве теплоизлучающего материала.

[0019] Способ изготовления теплоизлучающего элемента в соответствии с третьим объектом настоящего изобретения включает в себя размещение сетки на металлическом материале основы, выполненной из первого металлического материала; напыление металлических частиц из второго металлического материала, отличного от первого металлического материала, на поверхность металлического материала основы, снабженную сеткой; и образование теплоизлучающей ячейки, при этом поверхность распыленных металлических частиц окисляют на поверхности металлического материала основы окислением напыленных металлических частиц.

[0020] В соответствии с изобретением, так как металлические частицы из второго металлического материала напылены на поверхность металлического материала основы через сетку, множество групп металлических частиц, которые разделены таким образом, чтобы распределяться по поверхности металлического материала основы, могут быть прикреплены на поверхность металлического материала основы. Кроме того, так как каждая из прикрепленных групп частиц окисляется, оксидный слой, в котором второй металлический материал окисляется в поверхностном слое, может быть образован на внешнем слое теплоизлучающей ячейки в качестве теплоизлучающего материала.

[0021] Способ изготовления теплоизлучающего элемента в соответствии с четвертым объектом настоящего изобретения включает в себя прикрепление к поверхности металлического материала основы металлических частиц, выбрасываемых из мишени, изготовленной из второго металлического материала, отличного от первого металлического материала, путем приложения напряжения смещения к металлическому материалу основы, изготовленной из первого металлического материала, для распределения их по поверхности металлического материала основы; и образование теплоизлучающей ячейки, в которой поверхность прикрепленных металлических частиц окисляется на поверхности металлического материала основы путем окисления прикрепленных металлических частиц.

[0022] Согласно вышеописанному объекту изобретения металлические частицы из второго металлического материала прикреплены к поверхности металлического материала основы. Таким образом, множество групп металлических частиц, отделенных таким образом для распределения по поверхности металлического материала основы, могут быть легко прикреплены к поверхности металлического материала основы. Кроме того, каждая из групп прикрепленных металлических частиц окисляется. Таким образом, оксидный слой, в котором второй металлический материал окисляется в поверхностном слое, может быть образован на поверхностном слое теплоизлучающей ячейки в качестве теплоизлучающего материала.

[0023J Согласно вышеописанному объекту изобретения теплоизлучающий элемент может быть изготовлен из широкого диапазона металлических материалов основы и может обеспечить надежность и прочность в широком диапазоне температур.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0024] Признаки, преимущества и техническая и промышленная значимость типовых вариантов осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых одинаковыми позициями обозначены одинаковые элементы.

На фиг. 1А представлен вид сверху, который показывает схематическое изображение концепции теплоизлучающего элемента в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 1В представлен поперечный разрез по маркированной стрелками линии А-А на фиг. 1А.

На фиг. 2 представлена диаграмма, которая показывает аналитическую модель теплоизлучающего элемента в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 3 представлен график, который показывает результаты анализа, полученные с помощью аналитической модели фиг. 2.

На фиг. 4 представлена схема, иллюстрирующая способ изготовления гранулированных частиц в соответствии с примером 1 осуществления изобретения.

На фиг. 5 представлено изображение, иллюстрирующее устройство для изготовления в соответствии с первым и вторым способами изготовления согласно изобретению.

На фиг. 6А показано изображение устройства в целом, представленное схемой для описания устройства для изготовления в соответствии с третьим способом изготовления согласно изобретению.

На фиг. 6В представлена диаграмма, которая показывает зоны, смежные активному пятну дуги, показанному на фиг. 6А.

На фиг. 7А представлена фотография гранулированного порошка, изготовленного в соответствии со способом изготовления теплоизлучающего элемента в соответствии с примером 1 настоящего изобретения.

На фиг. 7В представлена фотография, которая показывает поверхность теплоизлучающего элемента в соответствии с примером 1 настоящего изобретения.

На фиг. 7С представлена фотография поперечного сечения теплоизлучающего элемента в соответствии с примером 1 настоящего изобретения.

На фиг. 8А представлено схематическое изображение, иллюстрирующее способ измерения излучательной способности.

На фиг. 8В представлен график, который показывает результаты измерения излучательной способности примера 1 и сравнительного примера.

На фиг. 9А показана фотография поперечного сечения теплоизлучающего элемента в соответствии с примером 2 согласно изобретению до обработки окислителем.

На фиг. 9В показана фотография поперечного сечения теплоизлучающего элемента в соответствии с примером 2 изобретения после обработки окислителем.

На фиг. 10 показана фотография поверхности теплоизлучающей ячейки в соответствии с примером 3 настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0025] Далее будет описан теплоизлучающий элемент в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения и способ его изготовления.

Теплоизлучающий элемент

[0026] Фиг. 1А и фиг. 1В представляют собой схематические изображения концепции, показывающие теплоизлучающий элемент в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, фиг. 1А представляет собой вид сверху, а фиг. 1В является поперечным разрезом по маркированной стрелками линии Α-A на фиг. 1А.

[0027] Как показано на фиг. 1А и фиг. 1В, теплоизлучающий элемент (инфракрасный излучающий элемент) 1 в соответствии с вариантом осуществления изобретения является элементом для эффективного рассеивания тепла, поступающего в металлический материал 2 основы, с поверхности наружу. Теплоизлучающий элемент 1 в соответствии с вариантом осуществления включает в себя металлический материал 2 основы, выполненной из первого металлического материала, и множество теплоизлучающих ячеек 3, которые по отдельности прикреплены таким образом, чтобы распределяться по поверхности металлического материала 2 основы, и содержат второй металлический материал, иной, чем первый металлический материал. При этом на поверхности каждой из теплоизлучающих ячеек 3 расположен оксид, полученный окислением второго металлического материала. В соответствии с вариантом осуществления формируется оксидный слой 31, образованный путем окисления второго металлического материала, и благодаря этому оксидному слою 31 могут быть улучшены теплоизлучающие свойства.

[0028] Оксид, полученный окислением второго металлического материала, предпочтительно имеет коэффициент отражения выше, чем у первого металлического материала, его оксида и второго металлического материала, то есть коэффициент отражения равен 70% или более. Кроме того, толщина теплоизлучающей ячейки составляет предпочтительно от 1 мкм или более. Таким образом, тепло, переданное металлическому материалу 2 основы, может более предпочтительно излучаться оксидом, полученным окислением второго металлического материала. В соответствии с вариантом осуществления оксид, получаемый окислением второго металлического материала, расположен по всей поверхности теплоизлучающей ячейки 3. При этом не является обязательным образование этого оксидного слоя 31 для улучшения теплового излучения (инфракрасного излучения). То есть оксид может покрывать часть поверхности теплоизлучающей ячейки 3, при этом предпочтительно, чтобы оксидный слой покрывал 50% или более относительно площади поверхности теплоизлучающей ячейки 3.

[0029] Кроме того, зона контакта, через которую теплоизлучающая ячейка 3 вступает в контакт с металлическим материалом 2 основы, предпочтительно составляет от 1 мм2 или менее. Таким образом, как описано ниже, может быть обеспечена сцепляемость теплоизлучающей ячейки 3 с металлическим материалом 2 основы. Этот аспект будет описан ниже со ссылкой на фиг. 2 и фиг. 3.

[0030] В данном случае первый металлический материал, который представляет собой металлический материал основы, и второй металлический материал, для которого используются материалы на основе алюминия, например алюминия или алюминиевых сплавов, или металлического материала, такого как нержавеющая сталь, и который образует теплоизлучающую ячейку, содержат по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из марганца, железа, хрома, меди, титана, алюминия, кремния, кальция и магния, как основного компонента. В данном случае второй металлический материал может быть образован из одного и того же металлического материала.

[0031] Однако, в качестве более предпочтительного варианта, второй металлический материал теплоизлучающей ячейки 3 в соответствии с вариантом осуществления изобретения производят из металла, главным образом, из отдельного металлического материала, и множество теплоизлучающих ячеек 3 используют два или более видов таких отдельных металлических материалов. В частности, как показано на фиг. 1, в настоящем варианте осуществления предусмотрены два вида отдельных металлических материалов, например, в составе теплоизлучающих ячеек 3, второй металлический материал первой теплоизлучающей ячейки 3А представляет собой металлический материал, состоящий в основном из марганца, а второй металлический материал второй теплоизлучающей ячейки 3В представляет собой металл, иной, чем марганец.

[0032] В соответствии с теплоизлучающим элементом 1 в такой конфигурации, поскольку теплоизлучающие ячейки 3, которые способствуют тепловому излучению, отдельно прикреплены таким образом, чтобы распределяться по поверхности металлического материала 2 основы, изготовленной из первого металлического материала, термические напряжения из-за разницы в коэффициентах линейного расширения между металлом, который образует металлический материал 2 основы, и металлом, который образует теплоизлучающую ячейку 3, может быть уменьшено.

[0033] То есть в то время как в случае, когда сплошное покрытие образовано на поверхности металлического материала основы, разница теплового расширения между металлическим материалом основы и всем покрытием создает термические напряжения на их участке сопряжения, в настоящем варианте осуществления, в отличие от такого покрытия, множество теплоизлучающих ячеек 3, которые отдельно прикреплены на поверхности металлического материала основы таким образом, чтобы быть расположенными распределенно, становятся островоподобной конструкцией, где покрытие разрезано в плоскости на множество частей. При подобном результате каждая из теплоизлучающих ячеек 3 независимо одна от другой термически расширяется и термически сжимается. Таким образом, разница в тепловом расширении между металлическим материалом 2 основы и каждой из теплоизлучающих ячеек 3 становится меньше, чем в случае, когда наложено покрытие, и термические напряжения, возникающие на участке сопряжения между металлическим материалом 2 основы и каждой из теплоизлучающих ячеек 3, могут быть уменьшены. Таким образом, надежность и прочность теплоизлучающего элемента 1 могут быть обеспечены в широком диапазоне температур.

[0034] Кроме того, поскольку оксид металла имеет большую излучательную способность (теплопроводность), чем неокисленный металл, с поверхности теплоизлучающей ячейки из-за оксида второго металлического материала, расположенного на поверхности каждой из теплоизлучающих ячеек, тепло, поступающее в металлический материал основания, может эффективно излучаться (тепловое излучение) через теплоизлучающую ячейку наружу.

[0035] В частности, поскольку множество теплоизлучающих ячеек 3, в соответствии с вариантом осуществления изобретения, используют два или более отдельных видов металлических материалов, теплоизлучающие ячейки 3 имеют высокий коэффициент излучения в широком диапазоне длин волн (длин волн инфракрасных лучей) по сравнению со случаем, когда используется единственный вид металлического материала. Кроме того, согласно другому аспекту второй металлический материал каждой из теплоизлучающих ячеек может содержать множество видов вторых металлических материалов (например, содержащих марганец и другой металл). Кроме того, в этом случае, аналогично предыдущему, теплоизлучающая ячейка имеет более высокую излучательную способность в широком диапазоне длин волн, чем в случае, когда используется единственный вид металлического материала.

[0036] Авторы изобретения провели анализ напряжений с использованием аналитической модели, показанной на фиг. 2, со значениями физических свойств, указанных в таблице 1, в качестве предпосылки. Фиг. 2 представляет собой аналитическую модель теплоизлучающего элемента в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, а на фиг. 3 представлены результаты анализа, полученные с помощью аналитической модели с фиг. 2.

[0037] Аналитическая модель, показанная на фиг. 2, представляет собой модель, в которой рассматривается состояние, в котором, по существу, дискообразная теплоизлучающая ячейка прикреплена к металлическому материалу основы, и условием 1 для анализа является металлический материал основы, выполненный из нержавеющей стали (JIS стандарт: SUS 425), в качестве первого металлического материала, а условием 2 для анализа является то, что в качестве первого металлического материала предложен металлический материал основы, выполненный из алюминиевого сплава (JIS Стандарт: АС2С), в качестве первого металлического материала. Кроме того, для теплоизлучающей ячейки предлагается марганец.

[0038] Главные напряжения, воздействующие на металлический материал основы, были проанализированы путем изменения радиуса участка теплоизлучающей ячейки, где теплоизлучающая ячейка вступила в контакт с металлическим материалом основы. Результаты показаны на фиг. 3. При этом в случае общего напыления прочность сцепления участка сопряжения (главное напряжение материала основы) из-за якорного эффекта составляет 30 МПа или меньше. Если принять конструкцию теплоизлучающей ячейки согласно варианту осуществления, радиус теплоизлучающей ячейки составляет предпочтительно 600 мкм или менее, и площадь контакта, по которой теплоизлучающая ячейка вступает в контакт с металлическим материалом основы, составляет предпочтительно 1 мм2 или меньше.

[0039] С этой точки зрения ниже будет описан предпочтительный способ изготовления теплоизлучающей ячейки.

Первый способ изготовления

[0040] В соответствии с первым способом изготовления сначала изготавливают гранулированные частицы, полученные путем гранулирования частиц, изготовленных из второго металлического материала, и частиц, изготовленных из его оксида. В частности, как показано на фиг. 4, металлические частицы М и частицы из его оксида (оксида М) гранулируют способом грануляции перемешиванием с использованием органического связующего.

[0041] Затем, как показано на фиг. 5, на металлический материал основы, в состоянии контакта или бесконтактном состоянии, помещают сетку. На поверхности металлического материала основы, на котором находится сетка, путем распыления гранулированных частиц формируется теплоизлучающая ячейка из гранулированных частиц.

[0042] Теплоизлучающую ячейку, изготовленную, как описано выше, получают путем распыления гранулированных частиц через сетку на поверхность металлического материала основы. Таким образом, множество теплоизлучающих ячеек, разделенных таким образом, чтобы распределяться по поверхности металлического материала основы, может быть прикреплено на поверхности металлического материала основы. Кроме того, каждая из прикрепленных теплоизлучающих ячеек содержит оксид, полученный окислением второго металлического материала, и на поверхности каждой из теплоизлучающих ячеек может быть расположен оксид, полученный путем окисления второго металлического материала.

Второй способ изготовления

[0043] В соответствии со вторым способом изготовления, как показано на фиг. 5, сетку размещают на металлический материал основы в состоянии контакта или при отсутствии контакта. Далее на поверхность металлического материала основы, на которой находится сетка, распыляют металлические частицы, выполненные из второго металлического материала, иного, чем первый металлический материал. Таким образом, множество групп частиц металла, отделенных таким образом, чтобы распределяться по поверхности металлического материала основы, могут быть прикреплены к поверхности металлического материала основы.

[0044] Далее, путем окисления напыленных металлических частиц (групп металлических частиц) на поверхности металлического материала основы формируют теплоизлучающие ячейки, у которых окисляют поверхность напыленных металлических частиц (групп металлических частиц). В результате этого, так как окисляют каждую из групп прикрепленных частиц металла, оксидный слой, в котором в поверхностном слое окисляется второй металлический материал, может быть сформирован в поверхностном слое теплоизлучающей ячейки как излучающий материал.

Третий способ изготовления

[0045] В соответствии с третьим способом изготовления, как показано на фиг. 6, теплоизлучающую ячейку изготавливают с использованием устройства напыления путем ионно-дугового напыления материала (AIP). Более конкретно, сначала металлический материал основы, изготовленный из первого металлического материала, и мишень (катод), выполненной из второго металла, помещают в устройство для осаждения. В этом случае можно разместить множество мишеней из различных металлов.

[0046] Затем в устройство для осаждения вводят газ-носитель, такой как азот и т.п., и. когда к металлическому материалу основы прикладывают напряжение смещения, напряжение прикладывается между анодом и катодом, чтобы вызвать дуговой разряд. Дугой облучают мишень, мишень выбрасывает металлические частицы, и выброшенные металлические частицы прилипают таким образом, что они распределены по поверхности металлического материала основы.

[0047] Таким образом, так как металлические частицы, выполненные из второго металлического материала, прикреплены к поверхности металлического материала основы, множество групп металлических частиц, отделенных таким образом, чтобы распределяться по поверхности металлического материала основы, могут быть легко прикреплены к поверхности металлического материала основы.

[0048] Далее, путем окисления напыленных металлических частиц (групп металлических частиц) на поверхности металлического материала основы формируют теплоизлучающие ячейки, у которых окисляют поверхность напыленных металлических частиц (групп металлических частиц). В результате этого, так как окисляют каждую из групп прикрепленных частиц металла, оксидный слой, в котором в поверхностном слое окисляется второй металлический материал, может быть сформирован в поверхностном слое теплоизлучающей ячейки как излучающий материал. При этом в соответствии с третьим способом изготовления теплоизлучающую ячейку изготавливают с использованием ионно-дугового осаждения. Кроме того, теплоизлучающую ячейку можно изготовить с помощью распыления.

[0049] Далее вариант осуществления изобретения будет описан со ссылкой на примеры (пример 1). В соответствии с описанным выше первым способом изготовления был приготовлен теплоизлучающий элемент. Более конкретно, к ферромарганцу (металл М), представленному в следующей таблице 2 и имеющему средний размер частиц 27,2 мкм, было примешано 25% по массе оксида (оксид М), который был создан при изготовлении ферромарганца, показанного в следующей таблице 3 и имеющего средний размер частиц 27,3 мкм, а также 2% по массе пастообразного поливинилового спирта, полученного путем растворения в воде, в качестве органического связующего, и способом гранулирования перемешиванием были приготовлены гранулированные частицы, имеющие средний размер частиц 76,9 мкм. Снимок гранулированных частиц в электронном микроскопе показан на фиг. 7А.

[0050] Далее на металлическом материале основы (JIS: SUS 444: 40 × 40 мм, толщина 2 мм), чья поверхность была сделана шероховатой путем дробеструйной обработки, была зафиксирована сетка (JIS стандарт: 20 SUS 304: ф 0,25 × 100 × 100 мм, 30 ячеек/дюйм). При этом гранулированный порошок был прикреплен так, что толщина пленки составляла 100 мкм при плазменном напылении (условия: сила тока 450 А, расход аргона 30 л/мин, расход водорода 5 л/мин, расстояние при напылении 150 мм). После этого сетка была удалена с металлического материала основы, и теплоизлучающая ячейка была готова.

Сравнительный пример

[0051] Теплоизлучающая ячейка была изготовлена таким же способом, что и в примере 1. Особенность, отличающая от примера 1, состояла в том, что гранулированный порошок был прикреплен без установки сетки на металлический материал основы таким образом, что при плазменном напылении толщина пленки составляла 100 мкм или менее.

Изображение под электронным микроскопом

[0052] Поверхность и поперечное сечение теплоизлучающего элемента в соответствии с примером 1 были изучены с помощью микроскопа. Результаты изучения приведены на фиг. 7В и фиг. 7С. Фиг. 7В представляет собой фотографию поверхности теплоизлучающего элемента в соответствии с примером 1, а на фиг. 7С приведена фотография разреза теплоизлучающего элемента в соответствии с примером 1.

Измерение коэффициента инфракрасного излучения

[0053] Способность к инфракрасному излучению каждого из теплоизлучающих элементов в соответствии с примером 1 и сравнительным примером была измерена в соответствии со «способом непрямого измерения, использующим интегрирующую сферу технологии FT-IR (инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье)» в соответствии со стандартом JIS R 1801. В частности, как показано на фиг. 8А, в отверстии, имеющем диаметр 24 мм, интегрирующей сферы с радиусом 76 мм был установлен теплоизлучающий элемент в качестве образца. Затем поворачивают дискообразное переключающее зеркало, имеющее диаметр 10 мм, инфракрасный луч излучают из щели, имеющей диаметр 16 мм, и проводят измерение инфракрасной излучательной способности теплоизлучающего элемента на основе инфракрасного луча, зарегистрированного детектором. Результаты приведены на фиг. 8В.

Результаты

[0054] Как показано на фиг. 7В и фиг. 7С, в теплоизлучающем элементе в соответствии с примером 1 множество теплоизлучающих ячеек, выполненных из ферромарганца и его оксида, по отдельности прикреплены к поверхности металлического материала основы при напылении на поверхность металлического материала основы. Кроме того, как показано на фиг. 8В, теплоизлучающий элемент согласно примеру 1 имеет излучательную способность такую же, что и в сравнительном примере, несмотря на низкое отношение ферромарганца и его оксида по отношению к поверхности металлического материала основы.

Пример 2

[0055] Теплоизлучающая ячейка была изготовлена в соответствии со вторым способом изготовления, описанным выше. В частности, на металлическом материале основы (JIS стандарт: SUS 444: 40 × 40 мм, толщина: 2 мм), поверхность которого была сделана шероховатой путем дробеструйной обработки, была зафиксирована сетка (JIS стандарт: SUS 304: Φ 0,25 × 100 × 100 мм, 30 ячеек /дюйм). При этом железомарганцевые частицы, используемые в примере 1, показанном в таблице 2, были прикреплены таким образом, что при плазменном напылении толщина пленки составляла 100 мкм. После этого сетка была удалена с металлического материала основы. Далее металлический материал основы с нанесенным плазменным напылением нагревали в течение 1 часа в условиях воздушной атмосферы при 800°С для окисления, в силу чего на поверхности групп прикрепленных ферромарганцевых частиц был образован оксидный слой. Фиг. 9А и фиг. 9В представляют собой диаграммы, которые показывают фотографии теплоизлучающих элементов в разрезе в соответствии с примером 2; на фиг. 9А показана фотография теплоизлучающего элемента в разрезе до окислительной обработки, а на фиг. 9В показана фотография теплоизлучающего элемента в разрезе после окислительной обработки.

[0056] Таким же образом, что и в примере 1, в теплоизлучающем элементе в соответствии с примером 2 множество теплоизлучающих ячеек из ферромарганца и его оксида по отдельности закреплены на поверхности металлического материала основы путем напыления на поверхность металлического материала основы. Кроме того, на поверхности теплоизлучающей ячейки был сформирован оксидный слой, как показано на фиг. 9В.

Пример 3

[0057] Теплоизлучающая ячейка была изготовлена в соответствии с третьим способом изготовления, описанным выше. В частности, металлический материал основы (JIS стандарт: SUS 444: 40 × 40 мм, толщина: 2 мм), поверхность которого была сделана шероховатой с помощью дробеструйной обработки, поместили в ионно-дуговое устройство напыления и нанесли ферромарганец, имеющий такой же состав, что и в примере 1. В этом случае, в условиях вакуума в камере 2×10-3 Па, температуре материала основы 200°С (температура нагревателя), силе тока источника питания дуги 150 А и напряжении смещения 500 В, ферромарганцевые частицы были прикреплены таким образом, что ферромарганцевые частицы (капли) были распределены относительно металлического материала основы.

[0058] Таким же способом, что и в примере 2, металлический материал основы нагревали в течение 1 часа в условиях воздушной атмосфере при 800°С для окисления, и на поверхности групп прикрепленных ферромарганцевых частиц был образован оксидный слой. На Фиг. 10 представлена фотография поверхности теплоизлучающего элемента согласно примеру 3. Как показано на фиг. 10, таким же образом, что и в примере 1, на теплоизлучающем элементе в соответствии с примером 3 множество теплоизлучающих ячеек, изготовленных из ферромарганца и его оксида, по отдельности закреплены на поверхности металлического материала основы путем напыления на поверхность металлического материала основы. Кроме того, в поверхностном слое теплоизлучающей ячейки был образован оксидный слой.

[0059] Хотя варианты осуществления изобретения были подробно описаны выше, изобретение не ограничено этими вариантами осуществления, и в пределах сущности настоящего изобретения, описанной в формуле изобретения, могут быть применены различные модификации конструкции.

[0060] Например, в этом варианте осуществления равномерно распределены дискообразные теплоизлучающие ячейки. Однако при условии, что частицы способны излучать тепло (инфракрасное излучение), форма их особенно не ограничивается, и они могут быть распределены неравномерно.

1. Способ изготовления теплоизлучающего элемента, включающий

размещение сетки на основе, изготовленной из первого металлического материала, и

формирование на поверхности основы теплоизлучающей ячейки путем распыления гранулированных частиц, полученных из второго металлического материала, оксид которого имеет коэффициент отражения 70% и более, отличного от первого металлического материала, и частиц из оксида второго металлического материала, при этом формирование осуществляют таким образом, что зона контакта ячейки с основой составляет 1 мм2 и менее, после чего сетку удаляют.

2. Способ изготовления теплоизлучающего элемента, включающий

размещение сетки на основе, изготовленной из первого металлического материала, и

формирование на поверхности основы теплоизлучающей ячейки путем напыления металлических частиц, изготовленных из второго металлического материала, оксид которого имеет коэффициент отражения 70% и более, отличного от первого металлического материала, и окисления напыленных металлических частиц, при этом формирование осуществляют таким образом, что зона контакта ячейки с основой составляет 1 мм2 и менее, после чего сетку удаляют.

3. Способ изготовления теплоизлучающего элемента, включающий

формирование на поверхности основы, изготовленной из первого металлического материала, теплоизлучающей ячейки путем ионно-дугового нанесения металлических частиц, изготовленных из второго металлического материала, оксид которого имеет коэффициент отражения 70% и более, отличного от первого металлического материала, с распределением их по поверхности металлического материала основы путем приложения напряжения смещения к металлическому материалу основы и последующего окисления нанесенных металлических частиц, при этом формирование осуществляют таким образом, что зона контакта ячейки с основой составляет 1 мм2 и менее.



 

Похожие патенты:

Изобретение предназначено для осуществления реакций парового риформинга и может быть использовано в химической промышленности. Теплообменный реактор содержит множество байонетных труб (4), подвешенных к верхнему своду (2), простирающихся до уровня нижнего дна (3) и заключенных в кожух (1), содержащий впускной (Е) и выпускной (S) патрубки для дымовых газов.

Изобретение относится к теплообменным устройствам и может быть использовано в энергетике и транспорте. Теплообменник содержит две коаксиально расположенные трубы, внутренняя из которых состоит из чередующихся конфузорных и диффузорных элементов, выполненных в виде боковых поверхностей усеченных конусов различной длины, соединенных между собой периметрами малых и больших оснований этих конусов, на внешней стороне которых в кольцевом канале, образованном наружными боковыми поверхностями конусов и внутренней поверхностью наружной трубы теплообменника, находится тканая металлическая сетка, выполненная из проволок диаметром не более 2 мм, расположенная на среднем расстоянии не более 2 мм от наружной поверхности усеченных конусов внутренней трубы.

Изобретение относится к области теплообменных аппаратов, в частности к системам охлаждения электрогенераторов вспомогательных газотурбинных силовых установок, применяемым в авиационных двигателях, а также в стационарных мини-электростанциях.

Изобретение относится к способам интенсификации теплообмена жидкости с гладкой поверхностью и может быть использовано при изготовлении систем охлаждения гладкой поверхности, в частности, при изготовлении систем охлаждения микроэлектронного оборудования.

Изобретение относится к теплотехнике, а именно к материалу, излучающая/поглощающая способность которого близка к излучающей/поглощающей способности абсолютно черного тела.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано для отвода тепловой энергии (или тепла), выделяемой в оборудовании каким-либо источником тепла (например, электронной схемой или электронным компонентом).

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано при отводе тепловой энергии от тепловыделяющего оборудования. .

Изобретение относится к технической физике и предназначено для оптимизации параметров поверхности теплообмена. .

Изобретение относится к теплообмену при кипении жидкости и может быть использовано для исследования теплообмена при испарении жидкости и режимов испарительного охлаждения теплонапряженных элементов технических устройств в различных отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу изготовления оправки для использования в пресс-валковом прошивном стане для изготовления бесшовной стальной трубы/трубки. Способ включает дробеструйную обработку поверхности оправки и электродуговое напыление с использованием проволоки с наполнителем, состоящей по одному из вариантов из железной трубчатой оболочки и наполнителя, содержащего частицы железа и частицы ZrO2 в количестве от 2,5 до 30,0 об.%, при этом на поверхности оправки формируют пленку, содержащую оксид железа, железо и частицы ZrO2, а по второму варианту при электродуговом напылении используют проволоку с наполнителем, состоящую из железной трубчатой оболочки и наполнителя, содержащего частицы железа и частицы BN в количестве от 5,0 до 20,0 об.%, с формированием на поверхности оправки пленки, содержащей оксид железа, железо и частицы BN.

Изобретение относится к области газотермических покрытий, более конкретно к плазменному напылению на детали, эксплуатируемые в экстремальных условиях. Способ нанесения износостойкого покрытия на стальные детали, включающий ввод дисперсного порошка самофлюсующегося сплава на основе никеля через кольцевую щель в воздушно-плазменную струю с последующей газодинамической фокусировкой и напыление его на предварительно обработанную поверхность стальной детали, отличающийся тем, что используют порошок самофлюсующегося сплава на основе никеля состава Ni-Cr-B-Si-C или Ni-Al, частицы которого плакированы твердорастворным сплавом Ni-Cr с толщиной слоя 2-6 мкм, при этом в качестве фокусирующего газа используют смесь воздуха и природного газа, взятых в соотношении природный газ : воздух =(1,86÷4,88):1, а напыление осуществляют при среднемассовой температуре струи плазмы 5750÷6500 К и ее среднемассовой скорости 2170÷2500 м/с.

Изобретение относится к получению декоративного покрытия на изделиях из древесины. Поверхность древесины предварительно покрывают первым внутренним слоем из эпоксидной смолы и вторым внутренним слоем из эпоксидной смолы и порошка стекла в соотношении 1:1.

Изобретение относится к способу получения износостойкого покрытия на деталях и может найти применение при восстановлении изношенных и упрочнении новых деталей в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к способу получения износостойкого покрытия на деталях и может найти применение при восстановлении изношенных и упрочнении новых деталей в различных отраслях машиностроения.

Изобретение относится к инструментальному производству и может быть использовано для упрочнения поверхности стальных деталей, подвергающихся износу в процессе эксплуатации.
Изобретение относится к области энергомашиностроения, в частности к материалам для парогазовых установок на базе газотурбинных установок большой мощности и может быть использовано для защиты лопаток и других деталей газотурбинного двигателя от воздействия высоких температур, эрозионного износа и коррозии.
Изобретение относится к области нанотехнологии, а именно к алмазным нанокристаллическим покрытиям и способам его получения с использованием наноалмазов. Алмазное покрытие состоит из подслоя, содержащего наноалмазные частицы с размером от 2 до 30 нм, и нанесенного осаждением из газовой фазы алмазного слоя.

Изобретение может быть использовано в устройствах, преобразующих один вид энергии в другой, например в двигателях внутреннего сгорания. Теплообменная металлическая поверхность (1) имеет углубления (2), заполненные материалом с теплопроводностью ниже, чем теплопроводность материала поверхности (1).

Изобретение относится к производству композиционного материала. Композиционный материал содержит металлический компонент металлической матрицы (201, 211) и расположенный в металлической матрице (201, 211) армирующий компонент (202) и дополнительный армирующий компонент.

Изобретение относится к области физики наноразмерных структур, а именно способу получения тонких металлических пленок, которые могут быть использованы в качестве тест объектов оптических приборов.

Способ включает размещение изделия с жаростойким покрытием в камере распыления, заполненной смесью кислорода и инертного газа, нагрев изделия, магнетронное распыление мишени из сплава на основе циркония с образованием керамического слоя и термообработку изделия и отличается тем, что нагрев изделия осуществляют хотя бы частично потоком газоразрядной магнетронной плазмы до температуры 200-800°C и используют мишень из сплава циркония, иттрия, гадолиния и гафния следующего состава, мас.%: иттрий - 6-10, гадолиний - 6-10, гафний 3-7, цирконий - остальное.

Изобретение относится к изготовлению теплоизлучающих элементов. Способ включает размещение сетки на основе, изготовленной из первого металлического материала, и формирование на поверхности основы теплоизлучающей ячейки либо путем распыления гранулированных частиц, полученных из второго металлического материала, оксид которого имеет коэффициент отражения 70 и более, отличного от первого металлического материала, и частиц из оксида второго металлического материала, либо путем напыления металлических частиц, изготовленных из второго металлического материала, и их окисления, при этом формирование осуществляют таким образом, что зона контакта ячейки с основой составляет 1 мм2 и менее, после чего сетку удаляют. Еще по одному варианту способ включает формирование на поверхности основы теплоизлучающей ячейки путем ионно-дугового нанесения металлических частиц, изготовленных из второго металлического материала, с распределением их по поверхности материала основы путем приложения напряжения смещения к ней и последующего окисления нанесенных металлических частиц, при этом формирование осуществляют таким образом, что зона контакта ячейки с основой составляет 1 мм2 и менее. Изобретение направлено на повышение надежности и прочности теплоизлучающих элементов в широком интервале температур. 3 н.п. ф-лы, 3 пр., 3 табл., 10 ил.

Наверх