專(zhuān)利名稱(chēng)：一種阻垢銅基換熱表面及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及換熱材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種阻垢銅基換熱表面及其制作方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的銅材類(lèi)換熱器與高溫水進(jìn)行熱交換時(shí)，在換熱器的內(nèi)外表面均會(huì)沉積一層 導(dǎo)熱系數(shù)低的水垢，將嚴(yán)重影響換熱器的換熱性能。如熱泵熱水器中冷凝器浸沒(méi)在水箱中 加熱生活用水，熱水溫度可達(dá)到50 95°C。由于水中存在大量Ca2+、Mg2+等金屬離子，在受 加熱與冷卻過(guò)程的反復(fù)進(jìn)行環(huán)境中，會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成CaC03、CaSO4, Mg (OH)2, MgSO4、磷 酸鎂、磷酸鈣等沉淀，附在銅管換熱表面形成水垢。另外懸浮在水中的固體微粒(如SiO2), 在換熱壁面上積聚也會(huì)形成的污垢，以及在其它機(jī)制形成的膠體粒子沉積物也會(huì)沉積在換 熱器表面。換熱器表面的水垢或者污垢將嚴(yán)重影響換熱器的導(dǎo)熱效率，在大量消耗能源的 同時(shí)，而換熱效果反而變得很差，造成大量能源的損失。因此有必要予以改進(jìn)。現(xiàn)有常規(guī)的處理水垢方法如下(1)加熱前對(duì)水進(jìn)行軟化處理，但需增設(shè)一個(gè)軟 化水的水處理設(shè)備，且時(shí)效性較差；(2)在管壁上涂覆憎水涂層，然而憎水涂層將會(huì)增大管 壁的導(dǎo)熱熱阻，影響換熱效果。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的是提供在保證銅材料具有良好的導(dǎo) 熱系數(shù)的前提下，降低其表面能，從而達(dá)到阻垢的目的的一種阻垢銅基換熱表面。本發(fā)明的另一目的是提供一種熱導(dǎo)率高，且具有很低的表面能，對(duì)成垢晶核的吸 附能力較差，同時(shí)還對(duì)水具有不潤(rùn)濕特性，不利于水垢的沉積與聚集的阻垢銅基換熱表面 的制作方法。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種阻垢銅基換熱表面，在銅基 材料的表面覆蓋有M-P-PTFE復(fù)合鍍層。Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層具有良好的導(dǎo)熱系數(shù)，同時(shí)可 以降低其表面能，從而達(dá)到阻垢的目的。所述的Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層的厚度在2 20微米之間。阻垢銅基換熱表面的制作方法，其步驟包括(1)、先對(duì)銅基材表面進(jìn)行前處理；(2)、對(duì)銅基材表面進(jìn)行化學(xué)鍍Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層；(3)、對(duì)化學(xué)鍍后的銅基材表面進(jìn)行后處理。所述的(2)步驟中銅基材進(jìn)行化學(xué)鍍Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層的鍍液包括如下組份硫酸鎳15 35g/L;次亞磷酸鈉20 45g/L ；檸檬酸鈉4 12g/L;乳酸8 25ml/L;
醋酸鈉陽(yáng)離子表面活性劑濃度為60wt % 的 PTFE
8 25g/L ； 0. 3 0. 8g/L ； 6 18ml/L。在進(jìn)行化學(xué)鍍Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層時(shí)，鍍液的PH值維持在4. 8，施鍍溫度為80 90°C、攪拌速度600 700r/min，施鍍時(shí)間在5 60分鐘內(nèi)。所述的(1)步驟中的前處理的步驟如下a、對(duì)銅基材表面進(jìn)行打磨；可以采用400、600、800和1000目水砂紙依次打磨。b、水洗；C、除油；d、水洗；e、活化；f、水洗所述的除油可以在堿洗除油液中進(jìn)行。所述的堿洗除油液包含以下組份: Na2C0335 45g/L, Na3PO4 · 12H20 15 30g/L, NaOH 5g/L。除油的操作條件為70 80°C 條件下浸洗8 15min。所述的活化中的活化溶液的中包含以下組份38%鹽酸20ml/L，檸檬酸2g/L和氯 化鈀lg/L?；罨牟僮鲿r(shí)間為70 80s。所述的以上水洗均為在空氣攪拌下的DI水洗。所述的后處理步驟可以是先水洗，然后烘干。本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)是利用化學(xué)復(fù)合鍍的方法，在紫銅等銅基 材的表面鍍覆M-P-PTFE復(fù)合鍍層，利用M-P-PTFE復(fù)合鍍層表面潤(rùn)濕性差的特性，使水 分子不能充分潤(rùn)濕M-P-PTFE復(fù)合鍍層形成附著形成水垢；在保證良好的導(dǎo)熱系數(shù)的前 提下，降低材料的表面能，從而達(dá)到阻垢的目的。為了提高紫銅表面的熱導(dǎo)率，在化學(xué)復(fù) 合鍍中采用含有金屬M(fèi)的基礎(chǔ)鍍液，PTFE粒子作為不溶性固體顆粒分散到鍍層中，基質(zhì) 金屬m與PTFE固體顆粒之間基本上不發(fā)生相互作用，且與銅材基體的結(jié)合力較大，形成 Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層。Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層是金屬基的，熱導(dǎo)率高，保證了換熱效果；且具有 很低的表面能，憎水性較好，對(duì)成垢晶核的吸附能力較差，同時(shí)還對(duì)水具有不潤(rùn)濕特性，不 利于水垢的沉積與聚集。
具體實(shí)施例方式以下所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不因此而限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。一種阻垢銅基換熱表面，在用于換熱的銅基材料的表面覆蓋有鎳磷-聚四氟乙烯 復(fù)合鍍層(M-P-PTFE復(fù)合鍍層)。利用M-P-PTFE復(fù)合鍍層表面潤(rùn)濕性差的特性，使水分子 不能充分潤(rùn)濕銅基材料外的M-P-PTFE復(fù)合鍍層表面形成附著形成水垢；在保證良好的導(dǎo) 熱系數(shù)的前提下，降低材料的表面能，從而達(dá)到阻垢的目的。為了提高銅基材料表面的熱導(dǎo) 率，采用的聚四氟乙烯復(fù)合層為Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層。所述的Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層的厚度在 2 20微米之間。這樣可以在起到良好的熱導(dǎo)率的同時(shí)，具有更好的阻垢效果。Ni-P-PTFE 復(fù)合鍍層的厚度優(yōu)選為5 10微米之間。阻垢銅基換熱表面的制作方法，其步驟包括
(1)、先對(duì)銅基材表面進(jìn)行前處理，處理步驟如下a、對(duì)銅基材表面進(jìn)行打磨，可以采用400、600、800和1000目水砂紙依次打磨，這
樣除銹效果徹底，并且可以得到比較光潔的待鍍表面。b、水洗，去除附著在銅基材表面上的打磨細(xì)屑。C、除油，去除銅基材表面附著的有機(jī)油污；除油可以在堿洗除油液中進(jìn)行。所述的 堿洗除油液中包含如下組份Na2C0335 45g/L，Na3PO4 · 12H2015 30g/L，NaOH 5g/L。除 油的操作條件為70 80°C條件下浸洗8 15min。d、水洗，去除除油后附著的除油液。e、活化，使銅基材表面具有活化中心，以便于誘發(fā)隨后的復(fù)合鍍的產(chǎn)生。活化中 活化溶液包含如下組份38%鹽酸20ml/L，檸檬酸2g/L和氯化鈀lg/L?；罨瘯r(shí)間為70
80s。
f、水洗，去除活化液附著。
以上水洗均為在空氣攪拌下的DI水洗。
(2)、對(duì)銅基材表面進(jìn)行化學(xué)鍍NiHD-PTFE復(fù)合鍍層；
化學(xué)鍍Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層的鍍液包括如下組分
硫酸鎳15 -35g/L ；
次亞磷酸鈉20 -45g/L ；
檸檬酸鈉4 12g/L ；
乳酸8 25ml/L ；
醋酸鈉8 25g/L ；
陽(yáng)離子表面活性劑0. 3 0. 8g/L ；
濃度為 PTFE6 18ml/L。
實(shí)施例1
所述的化學(xué)鍍Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層的鍍液包括如下組分
硫酸鎳20 30g/L ；
次亞磷酸鈉25 35g/L ；
檸檬酸鈉6 10g/L ；
乳酸10 20ml/L ；
醋酸鈉10 20g/L ；
陽(yáng)離子表面活性劑0. 4 0. 6g/L ；
濃度為 PTFE10 14ml/L。
實(shí)施例2
所述的化學(xué)鍍Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層的鍍液包括如下組分
硫酸鎳15g/L ；
次亞磷酸鈉20g/L ；
檸檬酸鈉4g/L ；
乳酸8ml/L ；
醋酸鈉8g/L ；
陽(yáng)離子表面活性劑0. 3g/L ；
濃度為PTFE6ml/L。實(shí)施例3所述的化學(xué)鍍Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層的鍍液包括如下組分硫酸鎳35g/L ；次亞磷酸鈉45g/L ；檸檬酸鈉12g/L ；乳酸25ml/L ；醋酸鈉25g/L ；陽(yáng)離子表面活性劑0. 8g/L ；濃度為PTFE18ml/L。實(shí)施例4所述的化學(xué)鍍Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層的鍍液包括如下組分硫酸鎳25g/L ；次亞磷酸鈉30g/L ；檸檬酸鈉8g/L ；乳酸15ml/L ；醋酸鈉15g/L ；陽(yáng)離子表面活性劑0. 5g/L ；濃度為PTFE10ml/L。以上所述的陽(yáng)離子表面活性劑可以是十六烷基三甲基溴化銨。在進(jìn)行化學(xué)鍍Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層時(shí)，鍍液的PH值維持在4. 8，施鍍溫度為80 90°C，最佳的施鍍溫度為85°C ；攪拌速度600 700r/min，最佳的攪拌速度為650r/min，施 鍍時(shí)間在60分鐘內(nèi)，優(yōu)選在5 50分鐘內(nèi)。(3)、對(duì)化學(xué)讀后的銅基材進(jìn)行后處理。后處理是先水洗，去除鍍液殘留，然后進(jìn)行烘干。本發(fā)明所得到的Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層外觀呈灰色，孔隙率小。其中鍍層中Ni的百 分含量為78.80wt%，P含量為10. 77wt%，F(xiàn)含量為2. 51wt%。與施鍍前的銅基材料相比 接觸角增加26. 5%、表面能降低24. 2%、導(dǎo)熱系數(shù)降低10%。
權(quán)利要求
一種阻垢銅基換熱表面，其特征在于在銅基材料的表面覆蓋有Ni P PTFE復(fù)合鍍層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻垢銅基換熱表面，其特征在于所述的M-P-PTFE復(fù) 合鍍層的厚度在2 20微米之間。
3.阻垢銅基換熱表面的制作方法，其特征在于，其步驟包括(1)、先對(duì)銅基材表面進(jìn)行前處理；(2)、對(duì)銅基材表面進(jìn)行化學(xué)鍍Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層；(3)、對(duì)化學(xué)鍍后的銅基材表面進(jìn)行后處理；所述的(2)步驟中銅基材進(jìn)行化學(xué)鍍Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層的鍍液包括如下組份 硫酸鎳15 35g/L ；次亞磷酸鈉20 45g/L ；檸檬酸鈉4 12g/L ；乳酸8 25ml/L ；醋酸鈉8 25g/L ；陽(yáng)離子表面活性劑0. 3 0. 8g/L ；濃度為 60wt % 的 PTFE6 18ml/L ；在進(jìn)行化學(xué)鍍Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層時(shí)，鍍液的PH值維持在4. 8，施鍍溫度為80 90°C、 攪拌速度600 700r/min，施鍍時(shí)間在5 60分鐘內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻垢銅基換熱表面的制作方法，其特征在于 所述的(1)步驟中的前處理的步驟如下a、對(duì)銅基材表面進(jìn)行打磨；可以采用400、600、800和1000目水砂紙依次打磨；b、水洗 C、除油d、水洗e、活化f、水洗。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的阻垢銅基換熱表面的制作方法，其特征在于所述的除油 在堿洗除油液中進(jìn)行；所述的堿洗除油液包含以下組份Na2C0335 45g/L，Na3PO4 · 12H20 15 30g/L，NaOH 5g/L ；除油的操作條件為70 80°C條件下浸洗8 15min。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻垢銅基換熱表面的制作方法，其特征在于所述的活化中 的活化溶液的中包含以下組份38%鹽酸20ml/L，檸檬酸2g/L和氯化鈀lg/L ；活化的操作 時(shí)間為70 80s。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的阻垢銅基換熱表面的制作方法，其特征在于所述的水洗均 為在空氣攪拌下的DI水洗。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種銅基換熱表面，在銅基材料的表面覆蓋有Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層。Ni-P-PTFE復(fù)合鍍層具有良好的導(dǎo)熱系數(shù)，同時(shí)可以降低其表面能，從而達(dá)到阻垢的目的。本發(fā)明另外還公開(kāi)了一種銅基換熱表面的制作方法。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是在銅基材表面鍍覆Ni-P-PTFE，利用PTFE表面潤(rùn)濕性差的特性，使水分子不能充分潤(rùn)濕PTFE表面形成附著形成水垢；在保證良好的導(dǎo)熱系數(shù)的前提下，降低材料的表面能，從而達(dá)到阻垢的目的；為了提高紫銅表面的熱導(dǎo)率，在化學(xué)復(fù)合鍍的方法，采用含有金屬Ni的基礎(chǔ)鍍液，熱導(dǎo)率高；且具有很低的表面能，對(duì)成垢晶核的吸附能力較差，同時(shí)還對(duì)水具有不潤(rùn)濕特性，不利于水垢的沉積與聚集。
文檔編號(hào)C23C18/36GK101956185SQ20101027412
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者何凱龍, 羅向龍, 莫松平, 陳穎 申請(qǐng)人:廣東工業(yè)大學(xué)