一种实现滴状冷凝的方法技术

在制作传热元件的金属基体的２０～１００００Ａ的表面层内，采用离子镀加离子束混合工艺和离子注入两种技术，以自钝化元素Ｃｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｔａ，表面活性元素Ｂｉ、Ｎ、Ｆ、Ｈ和ＣＨ－［４］为合金元素，制备低表面能合金。本发明专利技术所制备的各种铜基合金表面，水蒸汽能形成滴状冷凝；并解决了已有实现滴状冷凝的方法中存在的问题；其传热性能优于镀Ａｕ、Ａｇ和聚合物薄膜的表面，与某些有机促进剂处理的表面相当，但寿命已超过这些表面。（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于防止在热交换表面上形成冷凝物的连续膜的方法。滴状冷凝是现有传热现象中具有最高传热系数的过程。要在工业生产中应用这种高效传热方式，关键是开发能够长期保持滴状冷凝的低能表面。金属具有高表面能，要在金属表面实现滴状冷凝，必须降低其表面能。迄今，在金属表面获得滴状冷凝的方法有四种一是在表面涂覆有机促进剂，J.P.58171466;二是在表面涂覆某些无机物，Erb，R.A.& Thelen，E.，Dropwise condensation characteristics of permanent hydrophobic systems，U.S.Department of Interior，Office of saline water，R & D Report，No.184(1966);三是在表面电镀贵金属，Erb，R.A.& Thelen，E.，I.&E.C.，57(1965)，49.;四是在表面镀聚合物薄膜，J.P.58133875。上述四种方法，虽然能够在金属表面实现滴状冷凝，但由于其材料本身的特点及与金属表面的结合方式(物理或化学吸附)，都存在不同的问题。涂覆有机或无机促进剂，有污染冷凝液，使用寿命短和腐蚀金属表面的问题;电镀贵金属成本昂贵;镀聚合物薄膜会产生附加热阻。由于上述原因，滴状冷凝至今未能在工业中应用。本专利技术的目的是专利技术，以解决现有实现滴状冷凝的各种方法中存在的问题。本专利技术的构成如下本专利技术由具有低表面能合金的制备和实现这一制备的技术两部分组成。一、具有低表面能合金的制备在制作传热元件的金属基体的20～10000 的表面层内制备具有低表面能的合金，这类合金有稳定的物理化学性质，并与金属基体成为一体。能够降低金属的表面能，形成低表面能合金的元素有两类一类是自钝化元素，其中包括Cr、Fe、Al、Ti、Zr、Ta等;另一类是表面活性元素，其中包括Bi、N、F、H和CH4等。二、低表面能合金的制备技术离子镀加离子束混合工艺和离子注入两种技术用于制备低表面能合金。1、离子镀加离子束混合工艺先用细砂纸除去金属表面的污物和氧化膜，然后用丙酮清洗，再放入真空炉内用氩离子溅射清洗，用离子镀在工件表面镀几分钟，再用高压氩离子轰击表面，使表面合金化。对于熔点较高的自钝化元素，如Cr、Al、Fe、Ti等均可采用离子镀，而对Bi等熔点较低的金属，须先用真空蒸镀将这类材料镀于表面，然后再用氩离子轰击。对于CH4，可代替氩气，电离后直接轰击表面。2、离子注入技术离子注入技术制备合金，是先将金属表面处理干净，再送入真空炉内进行表面处理。该技术主要用于注入N、H、F等离子。在紫铜基体上，用上述两种技术，对Cr、Fe、Al、Bi、N、H、F和CH4分别进行合金化处理。对每种合金表面进行水蒸汽冷凝实验均获得很好的滴状冷凝，其中以Cu-Cr，Cu-Fe，Cu-N，Cu-H，Cu-F和Cu-CH4的表面为佳。对Cu-Cr表面进行的冷凝寿命实验，已达10000小时，仍保持很好的滴状冷凝。本专利技术的优点如下用本专利技术的技术制备的能够保持滴状冷凝的低能合金表面，不但可以解决采用已有技术实现滴状冷凝时存在的污染冷凝液，产生附加热阻，寿命短，成本昂贵等问题，而且其传热性能好。例如本专利技术的Cu-Cr(以Cu为基体，Cr为合金元素)表面，传热性能优于国外所采用的镀聚四氟乙烯，电镀金，银的表面，与涂覆有机促进剂的表面相当，但寿命超过这种表面。附图是本专利技术的Cu-Cr合金表面与其它方法处理的表面的水蒸汽滴状冷凝传热性能的比较。图中曲线1是有机促进剂处理的表面，曲线2是Cu-Cr合金表面，曲线3是电镀金表面，曲线4是电镀银表面，曲线5是镀聚四氟乙烯薄膜的表面。例1、Cu-Cr合金的制备及实验结果先用粒度为600～800的砂纸除去紫铜管的表面污物和氧化膜，用丙酮清洗后，放入真空炉内，进行A+r离子溅射清洗，炉内真空度为8×10-3mmHg，电压为2KV。然后在真空度为3×10-2mmHg，电压为2KV，电流为0.1A，离子镀Cr1分钟，再在电压为2KV，电流为0.05A的条件下，A+r离子溅射20分钟，从而完成Cu-Cr合金的制备。表面分析结果表明，Cu-Cr合金层厚2100 该表面用于水蒸汽冷凝实验，获得了很好的滴状冷凝，最大平均冷凝传热系数达0.35MW/m2K。例2、Cu-F合金的制备及实验结果先将紫铜表面用砂纸磨光，除去表面污物和氧化膜。然后用抛光膏将表面处理光亮，用皂液清洗表面，再用去离子水反复冲洗。待表面干燥后，送入离子注入机靶室，进行离子注入，靶室真空度为5×10-4mmHg，注入时，表面温度控制在100℃左右，能量为100KeV，注入F+离子剂量为5×1016(F+)/cm2。表面分析结果表明，Cu-F合金层厚约1000 。该表面用于水蒸汽冷凝实验，获得了很好的滴状冷凝，最大平均冷凝传热系数为0.27MW/m2K。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现滴状冷凝的方法，采用离子镀加离子束混合工艺和离子注入两种技术，其特征在于在制作传热元件的金属基体的２０～１００００埃的表面层内，以自钝化元素和表面活性元素为合金元素，制备具有低表面能的合金，这类合金用作实现滴状冷凝的传热表面。

【技术特征摘要】
1.一种实现滴状冷凝的方法，采用离子镀加离子束混合工艺和离子注入两种技术，其特征在于在制作传热元件的金属基体的20～10000 的表面层内，以自钝化元素和表面活性元素为合金元素，制备具有低表面能的合金，这类合金用作实现滴状冷凝的传热表面。2.根据权利要求1所述的一种实现滴状冷凝的方法，其特征在于自钝化元素有Cr，Fe，Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东昌，林纪方，林载祁，朱晓波，梁允成，
申请(专利权)人：大连工学院，
类型：发明
国别省市：21[中国|辽宁]