專利名稱：一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及技術領域，特別涉及一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構及其制備方法。
背景技術：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的進展，能源的不斷消耗，節(jié)約和有效利用自然資源更廣泛地受到了人們的關注。
在能源的利用和傳遞中，有效的強化傳熱過程對于提高整個傳熱系統(tǒng)的效率和降低設備的投資與運行費用至關重要。目前，強化沸騰傳熱的主要方法是改善傳熱表面結構。
多孔結構作為常用的表面結構，從20世紀60年代開始發(fā)展，現(xiàn)今已成為工業(yè)應用前景廣泛的強化沸騰結構。傳統(tǒng)多孔結構的制作方法中，燒結粉末法和機械加工法的強化效果最好。但是，粉末燒結法沸騰嚴重滯后，加工能耗大，機械加工法孔隙率小，加工尺寸要求嚴格。
隨著微納米技術的發(fā)展，強化沸騰傳熱的微尺度多孔表面逐漸受到人們的關注。 微納米尺度多孔結構的存在可以有效提高加熱壁面的比表面積、改變固液界面的浸潤特性、提 高汽泡成核密度及脫離頻率，從而提高沸騰換熱能力。強化傳熱沸騰的納米多孔金屬表面更是在結構穩(wěn)定性、力學性能、熱導率等方面具有獨特的優(yōu)勢，具有很好的研究及應用價值。
目前，制備納米多孔金屬結構比較成熟的方法主要有模板法和脫合金法。模板法制備過程復雜、成本較高，不適合批量生產；而脫合金法主要用來制備納米多孔塊體金屬材料。
因此，目前沒有合適的開發(fā)低成本、易批量化的納米多孔強化沸騰結構的制備工藝。發(fā)明內容
本發(fā)明的發(fā)明目的是針對現(xiàn)有納米多孔強化沸騰結構的技術不足，提供一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構。
進一步地，提供一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構的制備方法。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案為提供一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構，包括金屬基體，金屬基體上具有雙連續(xù)的納米多孔結構；納米多孔結構的孔徑尺寸為15nnTlum。
優(yōu)選地,所述金屬基體為銅。
進一步地，提供一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構的制備方法，包括如下步驟1)熱浸鍍鋅，實現(xiàn)表面合金化，形成CU-Zn前驅體合金層；2)脫合金化處理，實現(xiàn)Zn組分的選擇性溶解，形成納米多孔銅表面結構；3)后續(xù)熱處理。
優(yōu)選地，步驟(I)中所述熱浸鍍鋅過程為將金屬基體浸潰于500°C飛40°C的鋅浴中保持3mirT5min，以確保金屬的組分滿足臨界脫合金組分的要求。
優(yōu)選地,所述Cu-Zn前驅體合金層主要由Y -Cu5Zn8和β -CuZn形成。
優(yōu)選地，步驟(2)中所述脫合金化處理的過程為進行化學或電化學腐蝕，通過控制電解質溶液的組分與腐蝕時間實現(xiàn)納米多孔表面孔徑、形貌的調節(jié)；其中，電解質溶液的組分為O. 001 M/L O. 01M/L的硫酸，電解質溶液的外加電勢相對于汞一硫酸亞汞電極 (MSE)的參比電極在-O. 5^-0.1v,電解質溶液的溫度為25°C 60°C。
優(yōu)選地，步驟(3)中所述后續(xù)熱處理過程為置于氫氣或氬氣氣氛保護燒結爐中， 燒結溫度為200°C 600°C，燒結時間為O. 5hr 2hr，以進一步調節(jié)孔徑尺寸及形貌。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有以下有益效果本發(fā)明成本低，操作過程簡單，且通過脫合金工藝優(yōu)化及后續(xù)熱處理工藝可對納米多孔金屬表面結構的孔徑尺寸、比表面積、表面浸潤性等強化沸騰關鍵表面參數(shù)進行調控，以滿足不同強化沸騰性能要求。


圖1為熱鍍鋅形成Cu-Zn前驅體合金層的示意圖；圖2為脫合金化形成的納米多孔銅表面結構的掃描電鏡圖； 圖3為納米多孔金屬表面和光滑金屬表面過熱度的比較示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明的發(fā)明目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本發(fā)明的實施方式并不因此限定于以下實施例。除非特別說明，本發(fā)明采用的材料和加工方法為本技術領域常規(guī)材料和加工方法。
入圖1和2所示，一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構，包括銅金屬基體，金屬基體上具有雙連續(xù)的納米多孔結構；納米多孔結構的孔徑尺寸為10ηπΓ9μπι。
上述納米多孔強化沸騰金屬表面結構的制備方法，包括如下步驟(I)金屬基體的預處理用質量分數(shù)5%的氫氧化鈉溶液對銅基材料除脂，再用5%鹽酸溶液浸洗后助鍍，助鍍劑配方為180 g/LZnCl2； 120g/L NH4Cl。
(2)熱鍍鋅；將預處理后的銅基材料浸潰于540°C鋅浴中2min，水冷，表面合金化形成厚約20um的Cu-Zn前驅體合金層；(3)將表面合金化的銅基材料浸潰于5wt %NaOH溶液中脫合金化，控制反應溫度為 25°C，反應時間48h。
(4)將脫合金化的銅基材料用去離子水和酒精依此漂洗，并用氮氣吹干。所得納米多孔強化沸騰金屬表面如圖1所示，厚度約為20um，具有雙連續(xù)的納米多孔結構，結構分布均勻，如圖2所示，平均孔隙尺寸為IlOum左右，孔隙率為此處為確切的數(shù)值，因為通過熱浸鍍方法獲得的熱浸鍍層組分存在梯度33 44%，接觸角約為54°，浸潤性能良好，孔隙形成的通道有利于氣體的逃逸，增加汽化核心的數(shù)目，表現(xiàn)出強化沸騰的良好效果。
如圖3所示，納米多孔金屬表面的過熱度明顯要比同一熱流密度下的光滑金屬表面小，在20KW/m2時過熱度減小達63. 3%。
上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍。即凡依本發(fā)明內容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權利要求所要求保護的范圍所 涵蓋。
權利要求
1.一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構，其特征在于包括金屬基體，金屬基體上具有雙連續(xù)的納米多孔結構；納米多孔結構的孔徑尺寸為15nnTlum。
2.根據(jù)權利要求1所述的納米多孔強化沸騰金屬表面結構，其特征在于所述金屬基體為銅。
3.如權利要求2所述的納米多孔強化沸騰金屬表面結構的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)熱浸鍍鋅，實現(xiàn)表面合金化，形成Cu-Zn前驅體合金層；2)脫合金化處理，實現(xiàn)Zn組分的選擇性溶解，形成納米多孔銅表面結構；3)后續(xù)熱處理。
4.根據(jù)權利要求2所述的納米多孔強化沸騰金屬表面結構的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述熱浸鍍鋅過程為將金屬基體浸潰于500°C飛40°C的鋅浴中保持3mirT5min，以確保金屬的組分滿足臨界脫合金組分的要求。
5.根據(jù)權利要求2所述的納米多孔強化沸騰金屬表面結構的制備方法，其特征在于所述Cu-Zn前驅體合金層主要由Y -Cu5Zn8和β -CuZn形成。
6.根據(jù)權利要求2所述的納米多孔強化沸騰金屬表面結構的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述脫合金化處理的過程為進行化學或電化學腐蝕，通過控制電解質溶液的組分與腐蝕時間實現(xiàn)納米多孔表面孔徑、形貌的調節(jié)；其中，電解質溶液的組分為O.001 M/L O. 01M/L的硫酸，電解質溶液的外加電勢相對于汞一硫酸亞汞電極的參比電極在-O. 5^-0.1v,電解質溶液的溫度為25°C 60°C。
7.根據(jù)權利要求2所述的納米多孔強化沸騰金屬表面結構的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述后續(xù)熱處理過程為置于氫氣或氬氣氣氛保護燒結爐中，燒結溫度為·2000C 600°C，燒結時間為O. 5hr 2hr，以進一步調節(jié)孔徑尺寸及形貌。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構及其制備方法，包括金屬基體，金屬基體上具有雙連續(xù)的納米多孔結構；納米多孔結構的孔徑尺寸為10nm~9μm。本發(fā)明成本低，操作過程簡單，且通過脫合金工藝優(yōu)化及后續(xù)熱處理工藝可對納米多孔金屬表面結構的孔徑尺寸、比表面積、表面浸潤性等強化沸騰關鍵表面參數(shù)進行調控，以滿足不同強化沸騰性能要求。
文檔編號C22C1/08GK102994793SQ20121044710
公開日2013年3月27日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權日2012年11月12日
發(fā)明者湯勇, 唐彪, 沈玉琴, 陸龍生, 關沃歡 申請人:華南理工大學