專利名稱：一種高效抗垢納米涂層傳熱表面其制備方法及池沸騰裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高效防垢沸騰蒸發(fā)技術(shù)及裝置，尤其涉及一種表面真空涂覆有納米涂層的節(jié) 能防垢?jìng)鳠岜砻嫫渲苽浞椒俺胤序v裝置。
背景技術(shù)：
過(guò)程工業(yè)的換熱設(shè)備，尤其是在化工、石油化工、冶金等行業(yè)具有廣泛應(yīng)用的具有相變 的蒸發(fā)器，污垢問(wèn)題一直是業(yè)界普遍關(guān)注的難題之一。結(jié)垢會(huì)使換熱速率和蒸發(fā)能力下降； 系統(tǒng)壓降增加，動(dòng)力消耗增加；頻繁停車(chē)清洗，導(dǎo)致生產(chǎn)率下降等。對(duì)于結(jié)垢現(xiàn)象，雖然提 出了許多解決方法，包括物理和化學(xué)方法等，但是，目前仍然缺乏有效的防垢辦法。當(dāng)今納 米科技的發(fā)展為解決污垢問(wèn)題帶來(lái)了新的希望。近年來(lái)，納米涂層的各種作用受到關(guān)注，提 出了帶有納米涂層的散熱器以殺菌(02237417.5);具有納米涂層的熱水器內(nèi)旦以防腐防垢 (200410015508.5; 200410015509.X);帶有防腐層、親水膜和傳熱層的納米涂層制冷盤(pán)管以 強(qiáng)化制冷效果節(jié)水防垢(200410027294.3 );納米涂層防腐油管(03264264.4);表面帶有微 米涂層的加熱管及其組成的自然外循環(huán)蒸發(fā)器以強(qiáng)化沸騰蒸發(fā)過(guò)程和防垢等 (200610013247.2)。但是，尚未見(jiàn)到在處理的基層上采用真空涂覆工藝制備納米級(jí)厚度的具 有納米效應(yīng)和強(qiáng)化沸騰傳熱和防垢功能的納米涂層傳熱表面及池沸騰裝置的任何文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。 申請(qǐng)?zhí)枮?00610016421.9的對(duì)比文件公開(kāi)了"一種內(nèi)表面帶有納米材料涂層的傳熱板及一種 高效防垢池沸騰蒸發(fā)器"的帶有納米材料涂層的傳熱板，該傳熱板的涂層厚度優(yōu)選的在 20-80nm之間，以甘油和蒸餾水為標(biāo)準(zhǔn)液表征的涂層的接觸角在0-121°之間，表面能在 99-210mJ/m2之間，這樣的傳熱板與普通傳熱板相比傳熱系數(shù)提高最高達(dá)0.2倍，對(duì)污垢的黏 附力減小，不結(jié)垢運(yùn)行時(shí)向提高4倍多。但是，在延長(zhǎng)無(wú)垢運(yùn)行時(shí)間方面還需要進(jìn)一步提高， 同時(shí)，這些制備方法在涂層牢固性、基底形狀和規(guī)模及制備費(fèi)用等方面尚受到一定限制，有必要嘗試新的納米涂層制備方法。 發(fā)明內(nèi)容'
本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)的不足，提供一種高效抗垢納米涂層傳熱表面，該傳熱 表面的傳熱系數(shù)明顯提高，傳熱表面不易結(jié)垢，由本發(fā)明的傳熱表面組成的池沸騰蒸發(fā)裝置 清垢周期至少延長(zhǎng)8-20倍。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種高效抗垢納米涂層傳熱表面的制備方法，采用該制備方 法可以制備出更高防垢和傳熱性能的傳熱表面。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的在于提供池沸騰裝置，該池沸騰裝置與現(xiàn)有的池沸騰蒸發(fā)器相比， 傳熱膜系數(shù)提高0. 2倍，池沸騰裝置清垢周期至少延長(zhǎng)8-20倍。
本發(fā)明的一種高效抗垢納米涂層傳熱表面，它包括基底，在所述的基底上涂覆有納米材 料涂層，所述的涂層的厚度在21-81nm之間，所述的涂層表面對(duì)水的接觸角在75-95°，甘油 的接觸角在110-120°，表面能在100-120mJ/m2，表面平均粗糙度在4-60nm。
本發(fā)明的納米涂層傳熱表面的制備方法，它包括以下步驟 (1)對(duì)金屬基底進(jìn)行預(yù)處理；
所述的預(yù)處理步驟依次包括磨光、拋光和除污步驟；所述的磨光步驟為采用300-800#的 金剛砂對(duì)金屬基底進(jìn)行至少2次以上的磨光，達(dá)到用裸眼看不出任何凹凸不平為止；然后對(duì) 金屬基底進(jìn)行拋光處理，拋光時(shí)使用直徑為0.5-3jrni的金剛砂研磨膏進(jìn)行至少2次以上的機(jī) 械拋光，直到基底表面平均粗糙度在4-60nm，最后除去拋光后金屬基底上留有的污漬，除污 步驟為所述的將基底浸入質(zhì)量百分比為5-30%的氫氧化鈉溶液，保持5-30min，除去部分油脂， 然后將取出的基底放入質(zhì)量百分比為99.5-99.999%的丙酮溶液中進(jìn)行超聲清洗5-60min后取 出，再用蒸餾水超聲清洗基底5-30min，以除去基底表面殘存的試劑，最后將取出的基底在室 內(nèi)自然風(fēng)干8-24h;
(2)在所述的經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基底上采用真空涂覆方法制備帶有納米涂層的傳熱表面，所 述的真空涂覆方法為首先將所述的風(fēng)干后的基底放置在真空度為9.5xlO—5-5xl(r4Pa的真空 箱式鍍膜設(shè)備內(nèi)，然后保持所述的基底以5-30r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)用功率為6-10kW的電子槍轟擊電子束蒸發(fā)源上的質(zhì)量百分比純度為99.9-99.999%的涂層材料以使其蒸發(fā)，所述的涂 層材料蒸發(fā)后沉積在待涂基底表面上制得納米涂層傳熱表面，所述的涂層材料的蒸發(fā)速度為 0.3xlO-10-1.2xl(T10m/s;
(3)將所述的制得的納米涂層傳熱表面進(jìn)行后處理； 所述的后處理步驟包括將所述的制得的納米涂層傳熱表面放入馬弗爐中以l-10°C/min的 升溫速度加熱至80-500。C后，保持8-24小時(shí)進(jìn)行熱處理，再自然降到室溫。 3.池沸騰裝置，它包括 (l)一個(gè)沸騰池，所述沸騰池包括設(shè)置在其內(nèi)的傳熱表面，所述的傳熱表面包括基底，所 述基底上涂覆有納米材料涂層，所述的涂層的厚度在21-81nm之間，所述的涂層表面對(duì)水的 接觸角在75-95°，甘油的接觸角在110-120°，表面能在100-120mJ/m2，表面平均粗糙度在 4-60nm;
(2) —個(gè)冷凝器，該冷凝器通過(guò)一個(gè)連接管與所述的沸騰池的上部相連；
(3) —個(gè)預(yù)熱器，該預(yù)熱器浸沒(méi)于所述的沸騰池內(nèi)；
(4) 一個(gè)加熱棒，該加熱棒置于沸騰池內(nèi)所述傳熱表面底部；
(5) —套附屬系統(tǒng)，該附屬系統(tǒng)包括與所述的加熱棒相連的加熱電源及與所述的加熱電源 相連的調(diào)壓器；
(6) —套溫度參數(shù)采集及控制系統(tǒng)，該參數(shù)采集系統(tǒng)包括設(shè)置在所述的加熱棒上的溫度傳 感器， 一臺(tái)與所述的溫度傳感器的信號(hào)輸出端相連的用于將溫度信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換的 模數(shù)轉(zhuǎn)換器、 一臺(tái)用于將所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的信號(hào)進(jìn)行記錄和采集并根據(jù)所述的溫度測(cè) 量結(jié)果與設(shè)定值比較后將控制值傳遞給所述的控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，所述的控制系統(tǒng)包括接收 所述的控制值信號(hào)并將其進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換傳輸給所述的調(diào)壓器以控制其開(kāi)關(guān)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
本發(fā)明涉及的帶有納米涂層的傳熱表面，由于涂層表面具有較低的表面能和強(qiáng)的疏水性， 因而使由該傳熱表面組成的池沸騰裝置與普通的池沸騰裝置相比，對(duì)污垢的黏附力小，而且 傳熱系數(shù)高，池沸騰蒸發(fā)裝置可以長(zhǎng)期高效無(wú)垢運(yùn)行。與申請(qǐng)?zhí)枮?00610016421.9的對(duì)比文件中公開(kāi)的傳熱板相比，對(duì)污垢的黏附力減小，不結(jié)垢運(yùn)行時(shí)間至少延長(zhǎng)8-20倍。


圖1是本發(fā)明的池沸騰裝置的主視圖2是圖1所示的裝置中的納米涂層傳熱表面截面I的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
如圖2所示的本發(fā)明的一種高效抗垢納米涂層傳熱表面，它包括基底2-2，可以是鋼材或 銅材，對(duì)金屬基底的厚度沒(méi)有限制，例如，可以是工業(yè)上常用的板材厚度范圍0.1-20mm。所 述基底2-2上覆蓋有一層納米級(jí)厚度的涂層2-l。所述的涂層的厚度在21-81nm之間，所述 的涂層表面對(duì)水的接觸角在75-95°，甘油的接觸角在110-120°，表面能在100-120mJ/m2，表 面平均粗糙度在4-60nm。由于具有納米效應(yīng)的尺度范圍一般在100nm以下，所以，本發(fā)明的 涂層厚度值在21-81nm之間，較小的膜厚也有利于減少涂層厚度對(duì)傳熱過(guò)程的不利影響。較 低的表面能的范圍100-120mJ/r^可使池沸騰裝置不結(jié)垢運(yùn)行時(shí)間至少延長(zhǎng)8-20倍。
本發(fā)明的納米涂層傳熱表面的制備方法，它包括以下步驟(1)對(duì)金屬基底進(jìn)行預(yù)處理； 所述的預(yù)處理步驟依次包括磨光、拋光和除污步驟；所述的磨光步驟為采用300-800#的金剛 砂對(duì)金屬基底進(jìn)行至少2次以上的磨光，達(dá)到用裸眼看不出任何凹凸不平為止；然后對(duì)金屬 基底進(jìn)行拋光處理，拋光時(shí)使用直徑為0.5-3pm的金剛砂研磨膏進(jìn)行至少2次以上的機(jī)械拋 光，直到基底表面平均粗糙度在4-60nm，最后除去拋光后金屬基底上留有的污漬，除污步驟 為所述的將基底浸入質(zhì)量百分比為5-30%的氫氧化鈉溶液，保持5-30min，除去部分油脂，然 后將取出的基底放入質(zhì)量百分比為99.5-99.999M的丙酮溶液中進(jìn)行超聲清洗5-60min后取出， 再用蒸餾水超聲清洗基底5-30min，以除去基底表面殘存的試劑，最后將取出的基底在室內(nèi)自 然風(fēng)干8-24h; (2)在所述的經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基底上采用真空涂覆方法制備帶有納米涂層的傳熱 表面，所述的真空涂覆方法為首先將所述的風(fēng)干后的基底放置在真空度為9.5xlO—5-5xl(T4Pa的真空箱式鍍膜設(shè)備內(nèi)，然后保持所述的基底以5-30r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)用功率為6-10kW的電子槍轟擊電子束蒸發(fā)源上的質(zhì)量百分比純度為99.9-99.999%的涂層材料以使其蒸發(fā)，所述的涂層材料蒸發(fā)后沉積在待涂基底表面上制得納米涂層傳熱表面，所述的涂層材料的蒸發(fā)速度為0.3xl0氣1.2xl0^m/s; (3)將所述的制得的納米涂層傳熱表面進(jìn)行后處理；所述的后處理步驟包括將所述的制得的納米涂層傳熱表面放入馬弗爐中以l-10。C/min的升溫速度加熱至80-500。C后，保持8-24小時(shí)進(jìn)行熱處理，再自然降到室溫。
采用本發(fā)明方法可以制備不同厚度的金屬、金屬氧化物、氟化物等材質(zhì)的納、米涂層，所述的金屬為T(mén)i、 Al、 Cr、 Zn、 Fe、 Mg等，金屬氧化物為Cr203、 Ti02、 A1203、 ZnO、 Fe203等，金屬氟化物為CaF2、 MgF2、 ZnF2等。
對(duì)制得的納米涂層進(jìn)行特性表征，包括表面形貌、粗糙度、膜厚、接觸角、表面能等，可以采用多種手段測(cè)量這些參數(shù)，例如，采用預(yù)制臺(tái)階法、成分法、稱重法、斷面測(cè)量法測(cè)膜厚，采用重量測(cè)量法、角度測(cè)量法、接觸角測(cè)量?jī)x等測(cè)接觸角，采用原子力顯微鏡等表征表面形貌及粗糙度等。
圖1為本發(fā)明的池沸騰裝置，它包括(l)一個(gè)沸騰池5，所述沸騰池包括設(shè)置在其內(nèi)的傳熱表面，所述的傳熱表面2包括基底，所述基底上涂覆有納米材料涂層，所述的涂層的厚度在21-81nm之間，所述的涂層表面對(duì)水的接觸角在75_95°，甘油的接觸角在110-120°,表面能在100-120mJ/m2,表面平均粗糙度在4_60nm; (2)—個(gè)冷凝器4，該冷凝器通過(guò)一個(gè)連接管與所述的沸騰池的上部相連；(3)—個(gè)預(yù)熱器1，該預(yù)熱器浸沒(méi)于所述的沸騰池內(nèi)；(4)一個(gè)加熱棒3，該加熱棒置于沸騰池內(nèi)所述傳熱表面底部；(5)—套附屬系統(tǒng)8，該附屬系統(tǒng)包括與所述的加熱棒相連的加熱電源及與所述的加熱電源相連的調(diào)壓器；(6)—套溫度參數(shù)采集及控制系統(tǒng)6、 7，該參數(shù)采集系統(tǒng)包括設(shè)置在所述的加熱棒上的溫度傳感器， 一臺(tái)與所述的溫度傳感器的信號(hào)輸出端相連的用于將溫度信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、 一臺(tái)用于將所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的信號(hào)進(jìn)行記錄和采集并根據(jù)所述的溫度測(cè)量結(jié)果與設(shè)定值比較后,將控制值傳遞給所述的控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，所述的控制系統(tǒng)包括接收所述的控制值信號(hào)
8并將其進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換傳輸給所述的調(diào)壓器以控制其開(kāi)關(guān)的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。所述的調(diào)壓器從而控制所述的加熱棒的溫度。整個(gè)池沸騰裝置系統(tǒng)在使用時(shí)由保溫層9保溫。所述的調(diào)壓器、冷凝器、預(yù)熱器均可在市場(chǎng)購(gòu)得。池沸騰蒸發(fā)裝置的高效防垢納米傳熱表面，經(jīng)過(guò)沸騰池與冷凝器的一個(gè)入口相連，冷凝器上部有一關(guān)閉的出口，冷凝液自然回流到沸騰池。本裝置采用常壓操作，對(duì)于易生成結(jié)晶垢的蒸發(fā)物料效果明顯。對(duì)熱敏性料液，可采用真空操作。當(dāng)蒸發(fā)濃縮液的比重或濃度等參數(shù)達(dá)到工藝要求時(shí)，停止蒸發(fā)濃縮。
實(shí)施例1
對(duì)金屬基底銅先進(jìn)行預(yù)處理；所述的預(yù)處理步驟依次包括磨光、拋光和除污步驟；所述的磨光步驟為采用600#的金剛砂對(duì)金屬基底進(jìn)行2次的磨光，達(dá)到用裸眼看不出任何凹凸不平為止；然后對(duì)金屬基底進(jìn)行拋光處理，拋光時(shí)使用直徑為lym的金剛砂研磨膏進(jìn)行2次拋光，直到基底表面用裸眼看不到凹凸不平的劃痕為止，最后除去拋光后金屬基底上留有的污漬，除污步驟為所述的將基底浸入質(zhì)量百分比為20%的氫氧化鈉溶液，保持20min，除去部分油脂，然后將取出的基底放入質(zhì)量百分比為99. 9°/。的丙酮溶液中進(jìn)行超聲清洗40min后取出，再用蒸餾水超聲清洗基底15min，以除去基底表面殘存的試劑，最后將取出的基底在室內(nèi)自然風(fēng)干15h;
在所述的經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基底上采用真空涂覆方法制備帶有納米涂層的傳熱表面，所述的真空涂覆方法為首先將所述的基底放置在真空度為2X10—4Pa的真空箱式鍍膜設(shè)備內(nèi)，然后保持所述的基底以15r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)用功率為8kW的電子槍轟擊電子束蒸發(fā)源上的質(zhì)量百分比純度為99.99%的涂層材料以使其蒸發(fā)，所述的涂層材料沉積在待涂基底表面上制得納米涂層傳熱表面，所述的涂層材料的蒸發(fā)速度為0. 6X 10—iera/s。
對(duì)所述的納米涂層表面進(jìn)行后處理；所述的后處理步驟包括將所述的納米涂層表面放在馬弗爐中以5°C/min的升溫速度加熱至200°C后，保持10小時(shí)進(jìn)行熱處理；
經(jīng)測(cè)量所述的納米涂層表面的涂層的厚度在60nm，所述的涂層表面對(duì)水的接觸角在88°，甘油的接觸角在119。，表面能在112mJ/m2，表面平均粗糙度在55nm。.
將所述的納米涂層傳熱表面裝入池沸騰裝置中經(jīng)測(cè)試常溫下飽和的碳酸鈣水溶液的池 沸騰傳熱系數(shù)較未處理表面的系數(shù)提高0. 10倍，不結(jié)垢運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)15倍。
實(shí)施例2
對(duì)金屬基底碳鋼先進(jìn)行預(yù)處理；所述的預(yù)處理步驟依次包括磨光、拋光和除污步驟；所 述的磨光步驟為采用300#的金剛砂對(duì)金屬基底進(jìn)行3次的磨光，達(dá)到用裸眼看不出任何劃痕 為止；然后對(duì)金屬基底進(jìn)行拋光處理，拋光時(shí)使用直徑為0.5iim的金剛砂研磨膏進(jìn)行3次拋 光，直到基底表面用裸眼看不到凹凸不平的劃痕為止，最后除去拋光后金屬基底上留有的污 漬，除污步驟為所述的將基底浸入質(zhì)量百分比為5%的氫氧化鈉溶液，保持5min，除去部分油 脂，然后將取出的基底放入質(zhì)量百分比為99.5y。的丙酮溶液中進(jìn)行超聲清洗5min后取出，再 用蒸餾水超聲清洗基底5min，以除去基底表面殘存的試劑，最后將取出的基底在室內(nèi)自然風(fēng) 干8h;
在所述的經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基底上采用真空涂覆方法制備帶有納米涂層的傳熱表面，所述的 真空涂覆方法為首先將所述的基底放置在真空度為5X10—4pa的真空箱式鍍膜設(shè)備內(nèi)，然后 保持所述的基底以5r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)用功率為6kW的電子槍轟擊電子束蒸發(fā)源上的質(zhì)量 百分比純度為99.9%的涂層材料以使其蒸發(fā)，所述的涂層材料沉積在待涂基底表面上制得納 米涂層傳熱表面，所述的涂層材料的蒸發(fā)速度為0. 3X 10、/s。
對(duì)所述的納米涂層表面進(jìn)行后處理；所述的后處理步驟包括將所述的納米涂層表面放在 馬弗爐中以l°C/min的升溫速度加熱至80°C后，保持24小時(shí)進(jìn)行熱處理；
經(jīng)測(cè)量所述的納米涂層表面的涂層的厚度在21nm，所述的涂層表面對(duì)水的接觸角在95°， 甘油的接觸角在120。，表面能在100mJ/m2，表面平均粗糙度在60nm。
將所述的納米涂層傳熱表面裝入池沸騰裝置中經(jīng)測(cè)試常溫下飽和的碳酸鈣水溶液的池 沸騰傳熱系數(shù)較未處理表面的系數(shù)提高0. 15倍，不結(jié)垢運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)8倍。實(shí)施例3
對(duì)金屬基底不銹鋼先進(jìn)行預(yù)處理；所述的預(yù)處理步驟依次包括磨光、拋光和除污步驟； 所述的磨光步驟為采用800#的金剛砂對(duì)金屬基底進(jìn)行2次的磨光，達(dá)到用裸眼看不出任何凹 凸不平為止；然后對(duì)金屬基底進(jìn)行拋光處理，拋光時(shí)使用直徑為3um的金剛砂研磨膏進(jìn)行2 次拋光，直到基底表面用裸眼看不到劃痕為止，最后除去拋光后金屬基底上留有的污漬，除 污步驟為所述的將基底浸入質(zhì)量百分比為30%的氫氧化鈉溶液，保持30min，除去部分油脂， 然后將取出的基底放入質(zhì)量百分比為99. 999%的丙酮溶液中進(jìn)行超聲清洗60min后取出，再 用蒸餾水超聲清洗基底30min，以除去基底表面殘存的試劑，最后將取出的基底在室內(nèi)自然 風(fēng)干24h;
在所述的經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基底上采用真空涂覆方法制備帶有納米涂層的傳熱表面，所述的 真空涂覆方法為首先將所述的基底放置在真空度為9.5X10—5Pa的真空箱式鍍膜設(shè)備內(nèi)，然 后保持所述的基底以30r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)用功率為10kW的電子槍轟擊電子束蒸發(fā)源上的 質(zhì)量百分比純度為99.999%的涂層材料以使其蒸發(fā)，所述的涂層材料沉積在待涂基底表面上 制得納米涂層傳熱表面，所述的涂層材料的蒸發(fā)速度為1.2Xl(T°m/S。
對(duì)所述的納米涂層表面進(jìn)行后處理；所述的后處理步驟包括將所述的納米涂層表面放在 馬弗爐中以10°C/min的升溫速度加熱至500°C后，保持8小時(shí)進(jìn)行熱處理；
經(jīng)測(cè)量所述的納米涂層表面的涂層的厚度在81nm，所述的涂層表面對(duì)水的接觸角在75°， 甘油的接觸角在110。，表面能在120mJ/m2，表面平均粗糙度在4nm。
將所述的納米涂層傳熱表面裝入池沸騰裝置中經(jīng)測(cè)試常溫下飽和的碳酸鈣水溶液的池 沸騰傳熱系數(shù)較未處理表面的系數(shù)提高0. 2倍，不結(jié)垢運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)20倍。
權(quán)利要求
1. 一種高效抗垢納米涂層傳熱表面，它包括基底，在所述的基底上涂覆有納米材料涂層，其特征在于所述的涂層的厚度在21-81nm之間，所述的涂層表面對(duì)水的接觸角在75-95°，甘油的接觸角在110-120°，表面能在100-120mJ/m2，表面平均粗糙度在4-60nm。
2. —種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的納米涂層傳熱表面的制備方法，其特征在于它包括以下 步驟(1)對(duì)金屬基底進(jìn)行預(yù)處理；所述的預(yù)處理步驟依次包括磨光、拋光和除污步驟；所述的磨光步驟為采用300-800# 的金剛砂對(duì)金屬基底進(jìn)行至少2次以上的磨光，達(dá)到用裸眼看不出任何凹凸不平為止；然 后對(duì)金屬基底進(jìn)行拋光處理，拋光時(shí)使用直徑為0.5-3pm的金剛砂研磨膏進(jìn)行至少2次以 上的機(jī)械拋光，直到基底表面平均粗糙度在4-60nm(是否改為表面平均粗糙度在4-60nm 可以)，最后除去拋光后金屬基底上留有的污漬，除污步驟為所述的將基底浸入質(zhì)量百分 比為5-30%的氫氧化鈉溶液，保持5-30min，除去部分油脂，然后將取出的基底放入質(zhì)量 百分比為99.5-99.999%的丙酮溶液中進(jìn)行超聲清洗5-60min后取出，再用蒸餾水超聲清洗 基底5-30min，以除去基底表面殘存的試劑，最后將取出的基底在室內(nèi)自然風(fēng)干8-24h;(2) 在所述的經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基底上采用真空涂覆方法制備帶有納米涂層的傳熱表面， 所述的真空涂覆方法為首先將所述的風(fēng)干后的基底放置在真空度為9.5xl0—5-5xl0—4Pa的 真空箱式鍍膜設(shè)備內(nèi)，然后保持所述的基底以5-30r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)同時(shí)用功率為6-10kW 的電子槍轟擊電子束蒸發(fā)源上的質(zhì)量百分比純度為99.9-99.999%的涂層材料以使其蒸發(fā)， 所述的涂層材料蒸發(fā)后沉積在待涂基底表面上制得納米涂層傳熱表面，所述的涂層材料的 蒸發(fā)速度為0.3x10—1Q-1.2x1 (T1Qm/s;(3) 將所述的制得的納米涂層傳熱表面進(jìn)行后處理； 所述的后處理步驟包括將所述的制得的納米涂層傳熱表面放入馬弗爐中以l-10°C/min的升溫速度加熱至80-500。C后，保持8-24小時(shí)進(jìn)行熱處理，再自然降到室溫。
3.池沸騰裝置，其特征在于它包括(1)一個(gè)沸騰池，所述沸騰池包括設(shè)置在其內(nèi)的傳熱表面，所述的傳熱表面包括基底， 所述基底上涂覆有納米材料涂層，所述的涂層的厚度在21-81nm之間，所述的涂層表面對(duì) 水的接觸角在75-95°，甘油的接觸角在110-120°，表面能在100-120mJ/m2，表面平均粗糙 度在4-60nm;(2) —個(gè)冷凝器，該冷凝器通過(guò)一個(gè)連接管與所述的沸騰池的上部相連；(3) —個(gè)預(yù)熱器，該預(yù)熱器浸沒(méi)于所述的沸騰池內(nèi)；(4) 一個(gè)加熱棒，該加熱棒置于沸騰池內(nèi)所述傳熱表面底部；(5) —套附屬系統(tǒng)，該附屬系統(tǒng)包括與所述的加熱棒相連的加熱電源及與所述的加熱電 源相連的調(diào)壓器；(6) —套溫度參數(shù)采集及控制系統(tǒng)，該參數(shù)采集系統(tǒng)包括設(shè)置在所述的加熱棒上的溫度 傳感器， 一臺(tái)與所述的溫度傳感器的信號(hào)輸出端相連的用于將溫度信號(hào)進(jìn)行放大和模數(shù)轉(zhuǎn) 換的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、 一臺(tái)用于將所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的信號(hào)進(jìn)行記錄和采集并根據(jù)所述的 溫度測(cè)量結(jié)果與設(shè)定值比較后將控制值傳遞給所述的控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)，所述的控制系統(tǒng) 包括接收所述的控制值信號(hào)并將其進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換傳輸給所述的調(diào)壓器以控制其開(kāi)關(guān)的數(shù) 模轉(zhuǎn)換器。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高效抗垢納米涂層傳熱表面其制備方法及池沸騰裝置，所述的傳熱表面，它包括基底，在基底上涂覆有納米材料涂層，涂層的厚度在21-81nm之間，涂層表面對(duì)水的接觸角在75-95°，甘油的接觸角在110-120°，表面能在100-120mJ/m²，表面平均粗糙度在4-60nm。所述的制備方法，它包括以下步驟(1)對(duì)金屬基底進(jìn)行預(yù)處理；(2)在所述的經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基底上采用真空涂覆方法制備帶有納米涂層的傳熱表面；(3)將所述的制得的納米涂層傳熱表面進(jìn)行后處理。由本發(fā)明的傳熱表面組成的池沸騰裝置與普通的池沸騰裝置相比，對(duì)污垢的黏附力小，而且傳熱系數(shù)高，不結(jié)垢運(yùn)行時(shí)間至少延長(zhǎng)8-20倍。
文檔編號(hào)F28F13/18GK101464109SQ200910067719
公開(kāi)日2009年6月24日 申請(qǐng)日期2009年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日
發(fā)明者劉明言, 燕 王 申請(qǐng)人:天津大學(xué)