一種實現滴狀冷凝傳熱的納米顆粒強化複合鍍層的製作方法
2023-05-23 10:00:16 1
專利名稱：一種實現滴狀冷凝傳熱的納米顆粒強化複合鍍層的製作方法
一種實現滴狀冷凝傳熱的納米顆粒強化複合鍍層
技術領域：
本發明涉及納米顆粒強化金屬基複合材料的製備及其冷凝傳熱性能，具體地說， 是一種採用納米二氧化矽顆粒強化複合化學鍍層的製備方法，通過在鎳磷化學鍍層中添加 納米二氧化矽顆粒，降低了鍍層的表面能，在其表面形成了穩定的滴狀冷凝傳熱形態。
背景技術：
自20世紀30年代發現滴狀冷凝傳熱現象以來，由於其傳熱係數比膜狀冷凝要高 幾倍甚至十幾倍，許多傳熱研究者對滴狀冷凝實現方法進行了大量的研究，已成功實現滴 狀冷凝的方法有塗鍍貴重金屬、表面塗覆有機促進劑、分子自組裝膜等，但這些方法都存在 不同程度的缺陷，如塗鍍貴重金屬成本太高，限制了其大規模的工業化；有機促進劑的使用 壽命不長，而且容易帶來汙染；分子自組裝膜存在與基體結合力不好，容易脫落的缺點。由於非晶態的化學鍍層具有表面能低、與基體的結合力好、耐腐蝕性能好、成本低 廉、工藝簡單等優點，在實現滴狀冷凝方面具有很好的應用前景，但國內外現採用鎳基化學 鍍技術強化冷凝傳熱的研究不多。
發明內容本發明的目的在於克服現有技術的不足，提供一種新型的能夠產生滴狀冷凝傳熱 的納米顆粒強化複合化學鍍層的製備方法。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種實現滴狀冷凝傳熱的納米顆粒強化複合鍍層，為非晶態，鍍層厚度為20 30 μ m,表面言旨25 30mN/m ；—種實現滴狀冷凝傳熱的納米顆粒強化複合鍍層的製備方法，其特徵在於，包括 配製鍍液、納米SW2顆粒的加入、化學複合鍍，具體步驟為，(1)配製鍍液在以下組分中加入去離子水配製鍍液，並使各組分在每升鍍液中的含量為硫酸 鎳28 30g/L，次亞磷酸鈉30 35g/L，檸檬酸20 25g/L，醋酸鈉15 20g/L，碘化鉀 10 30mg/L,表面活性劑3 8mg/L,鍍液調整pH值至4 5 ；(2)納米SiO2顆粒的加入在步驟(1)製備的鍍液中加入納米SiO2顆粒，添加量為5 10g/L，加入的過程中 採用機械攪拌，顆粒加入後採用超聲波分散，攪拌時間為0. 75 1. 25小時，得到含SiO2懸 浮顆粒的鍍液；(3)將試樣在金相預磨機上去除氧化皮後，放入盛有丙酮的容器中，在超聲波裡 清洗，清洗完畢後用去離子水清洗，然後放入重量比5% 10%的稀硫酸溶液中，浸漬1 3min進行酸洗活化；(4)化學複合鍍將步驟( 製得的含SiO2顆粒的鍍液加熱到80°C，然後將步驟C3)的酸洗活化後的試樣放入到鍍液中，維持鍍液溫度在85 90°C，採用連續的機械攪拌，攪拌速度200 300rpm，施鍍2 3小時，得到含納米二氧化矽顆粒的化學複合鍍層；所述的表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉；所述的納米S^2顆粒是用氣相法製得的一種高純、精細、無定形態的納米粉體，粒 徑為10 40nm,比表面積為150 380m2/g ；所述的試樣為能夠進行化學複合鍍的金屬試樣；與現有技術相比，本發明的積極效果是本發明將SiO2顆粒加入到化學鍍液中，通過超聲攪拌配製出複合鍍液，並成功地 在金屬試樣表面進行施鍍，得到了納米二氧化矽顆粒強化複合化學鍍層，複合鍍表面能低； 且採用本發明的方法製備的複合鍍層表面能實現穩定的滴狀冷凝傳熱形態。
圖1是化學複合鍍層表面形貌SEM照片；圖2是化學複合鍍層的X射線衍射圖；圖3是空氣中水在鍍層表面的接觸角；圖4是鍍層表面的滴狀冷凝傳熱形態。
具體實施方式
以下提供本發明一種實現滴狀冷凝傳熱的納米顆粒強化複合鍍層的具體實施方 式。實施例1請參見附圖1-4，一種納米顆粒強化複合化學鍍層的製備方法，其特徵在於，包括 配製鍍液、納米S^2顆粒的加入、化學複合鍍，具體步驟為，(1)配製化學複合鍍液，每升鍍液中各組分含量為硫酸鎳30g/L，次亞磷酸鈉 32g/L，檸檬酸20g/L，醋酸鈉16g/L，碘化鉀20mg/L，十二烷基苯磺酸鈉％ig/L，加入去離子 水配製鍍液，用氫氧化鈉調整鍍液PH值為4. 5 ；(2)在上述鍍液中一邊機械攪拌一邊加入納米SW2顆粒5g/L，然後超聲攪拌1小 時後，將鍍液加熱到80°C ；(3)將試樣在金相預磨機上先後用600#和1200#砂皮去除氧化皮後，放入盛有丙 酮的容器中，在超聲波裡清洗0. 5小時；(4)把超聲清洗後的試樣用去離子水衝洗後放入重量比為10%的稀硫酸溶液中， 浸漬aiiin進行酸洗活化；(5)將酸洗後的試樣放入鍍液中，連續機械攪拌，攪拌速度200rpm，保持鍍液溫度 恆定在88 0C ；(6)施鍍2. 5小時後取出試樣，用水衝洗，得到含納米二氧化矽顆粒的化學複合鍍層。將上述施鍍後的試樣進行表面潤溼性分析和冷凝傳熱性能測試採用光學接觸角測量儀(0CA20)測得複合鍍層表面水滴的靜態接觸角為105°， 如圖3所示，表面能為27. 53mN/m,比一般的金屬表面表面能明顯降低。
採用垂直表面冷凝傳熱試驗的方法測試含納米二氧化矽複合化學鍍層的冷凝傳 熱性能，並與垂直表面膜狀冷凝傳熱性能進行對比，傳熱係數顯著增大，複合鍍層表面能實 現穩定的滴狀冷凝傳熱形態，如圖4所示。本發明的特點在於通過超聲攪拌配製含S^2懸浮顆粒的複合鍍液，並成功地在金 屬試樣表面得到了含納米二氧化矽顆粒的化學複合鍍層，所得到的化學複合鍍層表面納米 SiO2表面分布均勻，鍍層與金屬基體結合力好，表面能低，其表面實現了常壓下水蒸氣穩定 的滴狀冷凝。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人 員，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為 本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種實現滴狀冷凝傳熱的納米顆粒強化複合鍍層，其特徵在於，所述的納米顆粒強 化複合化學鍍層為非晶態，鍍層厚度為20 30 μ m，表面能25 30mN/m。
2.一種實現滴狀冷凝傳熱的納米顆粒強化複合鍍層的製備方法，其特徵在於，包括配 制鍍液、納米SiO2顆粒的加入、化學複合鍍，具體步驟為，(1)配製鍍液(2)納米SiO2顆粒的加入在步驟(1)製備的鍍液中加入納米SiO2顆粒，添加量為5 10g/L，加入的過程中採用 機械攪拌，顆粒加入後採用超聲波分散，攪拌時間為0. 75 1. 25小時，得到含SiO2懸浮顆 粒的鍍液；(3)將試樣在金相預磨機上去除氧化皮後，放入盛有丙酮的容器中，在超聲波裡清洗， 清洗完畢後用去離子水清洗，然後放入重量比5% 10%的稀硫酸溶液中，浸漬1 3min 進行酸洗活化；(4)化學複合鍍將步驟(2)製得的含SiO2顆粒的鍍液加熱到80°C，然後將步驟(3)的酸洗活化後的 試樣放入到鍍液中，維持鍍液溫度在85 90°C，採用連續的機械攪拌，攪拌速度200 300rpm，施鍍2 3小時，得到納米顆粒強化複合化學鍍層。
3.如權利要求2所述的一種實現滴狀冷凝傳熱的納米顆粒強化複合鍍層的製備方法， 其特徵在於，所述的配製鍍液的具體步驟為在以下組分中加入去離子水配製鍍液，並使各 組分在每升鍍液中的含量為硫酸鎳28 30g/L，次亞磷酸鈉30 35g/L，檸檬酸20 25g/L，醋酸鈉15 20g/L，碘化鉀10 30mg/L，表面活性劑3 8mg/L，鍍液調整pH值至 4 5。
4.如權利要求3所述的一種實現滴狀冷凝傳熱的納米顆粒強化複合鍍層的製備方法， 其特徵在於，所述的表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉。
5.如權利要求2所述的一種實現滴狀冷凝傳熱的納米顆粒強化複合鍍層的製備方法， 其特徵在於，所述的納米SiO2顆粒的粒徑為10 40nm，比表面積為150 380m2/g。
6.如權利要求2所述的一種實現滴狀冷凝傳熱的納米顆粒強化複合鍍層的製備方法， 其特徵在於，所述的試樣為能夠進行化學複合鍍的金屬試樣。
全文摘要
本發明涉及一種實現滴狀冷凝傳熱的納米顆粒強化複合鍍層，為非晶態，鍍層厚度為20～30μm，表面能25～30mN/m；其製備方法為，主要步驟包括配製鍍液、納米SiO2顆粒的加入、化學複合鍍，其特點在於通過超聲攪拌配製含SiO2懸浮顆粒的複合鍍液，並成功地在金屬試樣表面得到了含納米二氧化矽顆粒的化學複合鍍層，納米SiO2在化學複合鍍層均勻分布，鍍層與金屬基體結合力好，表面能低，附件熱阻小，其表面實現了常壓下水蒸氣穩定的滴狀冷凝。
文檔編號C23C18/36GK102134711SQ201010575289
公開日2011年7月27日 申請日期2010年12月7日 優先權日2010年12月7日
發明者侯峰, 張莉, 徐宏, 徐鵬, 曾斌, 齊寶金 申請人:華東理工大學