專利名稱：一種在換熱管管壁上形成金屬多孔層的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種在換熱管管壁上形成金屬多孔層的方法。
背景技術：
換熱管是一種在封閉的體系內傳遞熱量的裝置。換熱管具有廣泛的應用，可以應用于宇航工程、節(jié)能工程(諸如，各種煙道氣和空調排氣的余熱回收)等，此外，還可以應用于電子器件、電機的冷卻和散熱以及太陽能、地熱等新能源的開發(fā)和利用等。目前，換熱管的應用范圍和應用規(guī)模正在不斷的擴大。通常在換熱管的內壁上形成單層或多層網、軸向槽道或者金屬多孔層來提高換熱管的換熱效率。由于內壁上形成有金屬多孔層的換熱管具有較高的毛細抽吸力并且具有改 善的徑向熱阻，所以其應用更具優(yōu)勢，但在換熱管內壁上形成金屬多孔層的方法還存在許多有待改善的不足之處。例如，公開號為CN1932426的中國專利“熱管、燒結成型該熱管毛細結構的粉體及方法”公開了一種在熱管的內壁上形成毛細結構的方法。該方法首先將芯棒置于管體內，然后將粉體填充于管體內，最后在基底粉末的膨脹率低于2 %的溫度下對該填充有粉體的管體進行燒結，從而在熱管內壁上形成毛細結構。該方法雖然避免了粉體在燒結時產生過度膨脹，但是當要求毛細結構層厚度較薄時，一旦基管本身有少量變形，便不能保證毛細結構層的厚度均勻，尤其是當熱管經過高溫燒結后產生變形時，會產生脫模困難、毛細結構層剝落、毛細結構堵塞等問題。再如，公開號為CN1730204的中國專利申請“換熱管管內金屬多孔表面的加工方法”公開了一種在金屬管管內形成金屬多孔表面的方法。該方法用有機溶劑溶解高分子塑料并按比例混合金屬粉末來形成糊狀金屬粉末涂料，利用涂層芯子在管內拖拉涂料形成表面涂層，然后經過吹干，最后在管內充滿金剛砂進行燒結。該方法雖然避免了脫模過程易出現的問題，但是當涂層厚度為幾毫米甚至幾十微米時，很小的管體變形度和內徑變化將嚴重影響涂層均勻性。同時，這種方法只能強化一側傳熱。又如，公開號為US6648063 的美國專利 “Heat pipe wick with structuralenhancement ”在不銹鋼金屬粉末燒結芯層上覆蓋一層穿孔金屬層，提供結構支撐并保證了厚度，但是粉末燒結芯的厚度仍然采用定位芯棒與管壁之間的間隙進行控制，因此，該方法不能避免脫模困難以及制作過程中換熱管變形后所帶來的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種在換熱管管壁上形成金屬多孔層的方法。根據本發(fā)明的一方面，該方法包括以下步驟對換熱管管壁進行清潔；在換熱管自轉且相對噴槍移動的同時使用噴槍向換熱管管壁噴涂包含金屬粉末和膠液的涂料；使換熱管管壁上的涂料干燥；在真空爐內或填充有還原氣體的燒結爐內對換熱管進行燒結，從而在換熱管管壁上形成金屬多孔層。根據本發(fā)明的實施例，換熱管管壁可以包括換熱管的內壁和/或外壁。根據本發(fā)明的實施例，膠液可以包含5wt% 15wt%的基礎膠、15wt% 50wt%的固化劑和余量的溶劑，其中，基礎膠可以為雙酚A型環(huán)氧樹脂和具有乙烯基的線形聚硅氧烷中的至少一種，固化劑可以為乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二胺基二苯砜、二胺基二苯甲烷、間苯二胺和含氫硅氧烷中的至少一種，溶劑可以為丙酮。根據本發(fā)明的實施例，金屬粉末在涂料中的重量百分比可以為50% 75%。根據本發(fā)明的實施例，金屬粉末可以包括鐵粉、不銹鋼粉、銅粉中的至少一種。根據本發(fā)明的實施例，金屬粉末的粒度可以為150目 500目。根據本發(fā)明的實施例，在真空爐內或填充有還原氣體的燒結爐內對換熱管進行燒結的步驟中，首先可以在340°C 400°C下保溫0. 5小時 2小時，然后可以在1000°C 1200°C的溫度下保溫I. 5小時 2小時，最后可以將爐溫降低至60°C以下。本發(fā)明的在換熱管管壁上形成金屬多孔層的方法，即使換熱管的管壁發(fā)生變形也可以在換熱管的內壁和/或外壁上形成厚度均勻的金屬多孔層。


通過結合附圖進行的示例性實施例的以下描述，本發(fā)明的這些和/或其他方面和優(yōu)點將變得清楚和更易于理解，其中圖I是根據本發(fā)明示例性實施例的在換熱管內壁上形成涂料層的示意圖；圖2是根據本發(fā)明示例性實施例的在換熱管外壁上形成涂料層的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明使用噴槍在換熱管管壁上噴涂含金屬粉末和膠液的涂料，并將噴涂有涂料的換熱管在真空爐內或填充有還原氣體的燒結爐內進行燒結，從而在換熱管管壁上形成多孔金屬層。下面將參照附圖和示例性實施例來詳細地描述本發(fā)明的在換熱管管壁上形成金屬多孔層的方法。首先，對換熱管管壁進行清潔，以除去管壁上的銹跡、油污和灰塵等，從而便于后續(xù)金屬多孔層與管壁的結合。這里，可以用清洗劑和有機溶劑清洗管壁除去管壁上的油污和灰塵，并可以采用噴砂處理除去管壁上的銹跡。如本領域技術人員所將認識到的，對管壁進行清潔的方法不限于上述方法。接下來，用噴槍在清潔后的管壁上噴涂含金屬粉末和膠液的涂料。為了在換熱管的管壁上形成厚度均勻的涂料層，在噴涂過程中，換熱管相對其中心軸以預定的角速度自轉同時相對噴槍以預定的線速度移動，這樣可以用噴槍在換熱管的管壁上形成厚度均勻的涂料層。圖I是根據本發(fā)明示例性實施例的在換熱管內壁上形成涂料層的、示意圖，圖2是根據本發(fā)明示例性實施例的在換熱管外壁上形成涂料層的示意圖。如圖I所示，根據本發(fā)明的示例性實施例，可以在換熱管I的內壁上噴涂涂料層，這樣經過后續(xù)的燒結工藝可以在換熱管I的內壁上形成金屬多孔層。如圖2所示，根據本發(fā)明的示例性實施例，可以在換熱管I的外壁上噴涂涂料層，這樣經過后續(xù)的燒結工藝可以在換熱管I的外壁上形成金屬多孔層。但本發(fā)明不限于此，可以在換熱管I的內壁和外壁上均噴涂涂料，這樣經過后續(xù)的燒結工藝可以在換熱管I的內壁和外壁上均形成金屬多孔層，從而使換熱管的換熱效率提聞。如圖I所示，在換熱管I的內壁上噴涂涂料層2時，將噴槍5置于換熱管I內，使噴槍5相對換熱管I以線速度V運 動并使換熱管I以角速度《自轉，同時噴射涂料4，這樣便可以在換熱管I的內壁上形成厚度均勻的涂料層2。如圖2所示，在換熱管I的外壁上噴涂涂料層時，將噴槍7設置在換熱管I外壁的一側，使噴槍7相對換熱管I以線速度V運動并使換熱管I以角速度《自轉，同時噴射涂料6，這樣便可以在換熱管I的外壁上形成厚度均勻的涂料層。這里，可以通過控制角速度《、相對線速度V、涂料在單位時間內的噴射量、噴涂次數、金屬粉末粒度、涂料流動性和/或噴槍噴出氣壓來控制噴涂在換熱管I的內壁和/或外壁上的涂料層的厚度、孔隙率和孔徑大小，從而可以控制經過燒結工藝形成在換熱管I的內壁和/或外壁上的金屬多孔層的厚度、孔隙率和孔徑大小。此外，在噴涂過程中，可以進行多次噴涂，通過多次噴涂也可以控制噴涂在換熱管I的內壁和/或外壁上的涂料層的厚度和孔隙率，從而可以控制經燒結工藝形成在換熱管I的內壁和/或外壁上的金屬多孔層的厚度和孔隙率。根據本發(fā)明的示例性實施例，使用的膠液可以包含5wt% 15wt%的基礎膠、15wt% 50被％的固化劑和余量的溶劑，基礎膠可以為雙酚A型環(huán)氧樹脂、具有乙烯基的線形聚硅氧烷等，固化劑可以為乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二胺基二苯砜、二胺基二苯甲烷、間苯二胺等胺類及其衍生物以及含氫硅氧烷等，溶劑可以是丙酮。使用的金屬粉末可以包括鐵粉、不銹鋼粉、銅粉等，金屬粉末的粒度可以為150目 500目，金屬粉末在涂料中的重量百分比可以為50% 75%。接下來，對形成在換熱管的內壁和/或外壁上的涂料層進行干燥。這里，可以使涂料層自然干燥或者可以對涂料層進行風干，但本發(fā)明不限于此。最后，將涂覆有涂料層的換熱管置于真空爐內或填充有還原氣體的燒結爐內進行燒結，從而在換熱管管壁上形成金屬多孔層。根據本發(fā)明的示例性實施例，可以將涂覆有涂料層的換熱管置于填充有還原氣體的燒結爐內，在340°C 400°C下保溫0. 5小時 2小時使涂料層中的膠體分解，然后在1000°C 1200°C的溫度下保溫I. 5小時 2小時使金屬多孔層與管壁之間以及金屬涂層的金屬粉末之間形成冶金結合，最后將爐溫降低至60°C以下，從而獲得管壁上形成有厚度均勻的金屬多孔層的換熱管，但本發(fā)明不限于上述的燒結工藝。如上所示，本發(fā)明使用噴槍配合換熱管的自轉和換熱管相對噴槍的線性移動可以在換熱管的管壁上形成厚度均勻的涂料層，從而可以通過燒結在換熱管的管壁上形成厚度均勻的金屬多孔層。此外，本發(fā)明的方法可以通過控制換熱管的角速度《、相對線速度V、涂料在單位時間內的噴射量和/或噴涂次數而容易地控制金屬多孔層的厚度，可以通過選擇合適粒度的金屬粉末、涂料配比和噴涂次數而容易地控制金屬多孔層的孔隙率，并可以通過選擇合適粒度的粉末和涂料配比而容易地控制金屬多孔層的孔徑。根據本發(fā)明的方法得到的金屬多孔層的厚度可以在0. 15mm 0. 5mm的范圍內，孔隙率可以在50% 75%的范圍內，平均孔徑可以在35iim IOOiim的范圍內。
實施例I對換熱管的內壁進行噴砂處理并用清洗劑和有機溶劑除去內壁上的油污和灰塵。在換熱管的內壁上用噴槍噴涂含不銹鋼316L粉末和膠液的涂料，其中，膠液由7%的具有乙烯基的線形聚硅氧烷的基礎膠、21%的含氫硅氧烷的固化劑和72%的丙酮組成，不銹鋼316L粉末的粒度在150目 250目的范圍內，不銹鋼316L粉末在涂料中的重量百分比為53%;換熱管相對噴槍的移動速度為0. lm/s，換熱管的自轉角速度《為188r/min。在噴涂過程中，噴涂一層后晾干，然后噴涂第二層，晾干。最后，將涂覆有涂料層的換熱管置于填充有還原氣體氫氣的燒結爐內，在340°C下保溫2小時使涂料層中的膠體分解，然后在1000°C的溫度下保溫I. 5小時使金屬多孔層與管壁之間以及金屬涂層的金屬粉末之間形成冶金結合，最后將爐溫降低至60°C以下，從而獲得管內壁上形成有厚度均勻的金屬多孔層的換熱管。根據本實施例的形成在換熱管內壁上的金屬多孔層的厚度為0.3mm，孔隙率為75%，平均孔徑為95iim。實施例2對換熱管的外壁進行噴砂處理并用清洗劑和有機溶劑除去外壁上的油污和灰塵。配制兩種涂料，涂料一包含53wt%的不銹鋼316L粉末和47wt%的膠液，涂料二包含72wt%的不銹鋼316L粉末和28wt%的膠液，其中，膠液由7%的具有乙烯基的線形聚硅氧烷的基礎膠、21%的含氫硅氧烷的固化劑和72%的丙酮組成，不銹鋼316L粉末的粒度在150目 250目的徂圍內。在嗔涂過程中，嗔涂一層涂料一后晚干，然后嗔涂一層涂料_■，晚干，其中，換熱管相對噴槍的移動速度為0. lm/s，換熱管的自轉角速度《為223r/min。最后，將涂覆有涂料層的換熱管置于填充有還原氣體氫氣的燒結爐內，在360°C下保溫I. 5小時使涂料層中的膠體分解，然后在1000°C的溫度下保溫2小時使金屬多孔層與管壁之間以及金屬涂層的金屬粉末之間形成冶金結合，最后將爐溫降低至60°C以下，從而獲得管外壁上形成有厚度均勻的金屬多孔層的換熱管。根據本實施例的形成在換熱管外壁上的金屬多孔層的厚度為0.3mm，孔隙率為60%，平均孔徑為85iim。實施例3對換熱管的內壁進行噴砂處理并用清洗劑和有機溶劑除去內壁上的油污和灰塵。在換熱管的內壁上用噴槍噴涂含鐵粉和膠液的涂料，其中，膠液由6%的雙酚A型環(huán)氧樹脂的基礎膠、22%的含氫硅氧烷的固化劑和72%的丙酮組成，鐵粉的粒度在150目 500目的范圍內，鐵粉在涂料中的重量百分比為53%;換熱管相對噴槍的移動速度為0. lm/s,換熱管的自轉角速度《為188r/min。在噴涂過程中，噴涂一層后晾干,然后噴涂第二層，晾干。最后，將涂覆有涂料層的換熱管置于填充有還原氣體氫氣的燒結爐內，在370°C下保溫I. 5小時使涂料層中的膠體分解，然后在1200°C的溫度下保溫I. 8小時使金屬多孔層與管壁之間以及金屬涂層的金屬粉末之間形成冶金結合，最后將爐溫降低至60°C以下，從而獲得管內壁上形成有厚度均勻的金屬多孔層的換熱管。根據本實施例的形成在換熱管內壁上的金屬多孔層的厚度為0. 25mm，孔隙率為75%，平均孔徑為60iim。通過上面對本發(fā)明示例性實施例的詳細描述可以看出，本發(fā)明的在換熱管管壁上形成金屬多孔層的方法可以容易地在換熱管管壁上形成厚度均勻的金屬多孔層，同時可以容易地控制金屬多孔層的孔隙率和孔徑。此外，本發(fā)明的在換熱管管壁上形成金屬多孔層的方法即使換熱管的管壁發(fā)生變形也可以在換
權利要求
1.一種在換熱管管壁上形成金屬多孔層的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟 對換熱管管壁進行清潔； 在換熱管自轉且相對噴槍移動的同時使用噴槍向換熱管管壁噴涂包含金屬粉末和膠液的涂料； 使換熱管管壁上的涂料干燥； 在真空爐內或填充有還原氣體的燒結爐內對換熱管進行燒結，從而在換熱管管壁上形成金屬多孔層。
2.如權利要求I所述的在換熱管管壁上形成金屬多孔層的方法，其特征在于，換熱管管壁包括換熱管的內壁和/或外壁。
3.如權利要求I所述的在換熱管管壁上形成金屬多孔層的方法，其特征在于，膠液包含5wt% 15wt%的基礎膠、15wt% 50wt%的固化劑和余量的溶劑，其中，基礎膠為雙酚A型環(huán)氧樹脂和具有乙烯基的線形聚硅氧烷中的至少一種，固化劑為乙二胺、己二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、二胺基二苯砜、二胺基二苯甲烷、間苯二胺和含氫硅氧烷中的至少一種，溶劑為丙酮。
4.如權利要求I所述的在換熱管管壁上形成金屬多孔層的方法，其特征在于，金屬粉末在涂料中的重量百分比為50% 75%。
5.如權利要求I所述的在換熱管管壁上形成金屬多孔層的方法，其特征在于，金屬粉末包括鐵粉、不銹鋼粉、銅粉中的至少一種。
6.如權利要求I所述的在換熱管管壁上形成金屬多孔層的方法，其特征在于，金屬粉末的粒度為150目 500目。
7.如權利要求I所述的在換熱管管壁上形成金屬多孔層的方法，其特征在于，在真空爐內或填充有還原氣體的燒結爐內對換熱管進行燒結的步驟中，首先在340°C 400°C下保溫0. 5小時 2小時，然后在1000°C 1200°C的溫度下保溫I. 5小時 2小時，最后將爐溫降低至60°C以下。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在換熱管管壁上形成金屬多孔層的方法，該方法包括以下步驟對換熱管管壁進行清潔；在換熱管自轉且相對噴槍移動的同時使用噴槍向換熱管管壁噴涂包含金屬粉末和膠液的涂料；使換熱管管壁上的涂料干燥；在真空爐內或填充有還原氣體的燒結爐內對換熱管進行燒結，從而在換熱管管壁上形成金屬多孔層。本發(fā)明的在換熱管管壁上形成金屬多孔層的方法可以在換熱管的內壁和/或外壁上形成厚度均勻的金屬多孔層。
文檔編號F28F13/18GK102653003SQ20121014263
公開日2012年9月5日 申請日期2012年5月9日 優(yōu)先權日2012年5月9日
發(fā)明者劉冠穎, 楊軍軍, 畢景維, 王凡, 王浩, 金成海 申請人:安泰科技股份有限公司