[其他]一種實現滴狀冷凝的方法

無效

• 申請號: 86104466
• 申請日: 1986-06-28
• 公開（公告）號: CN86104466A
• 公開（公告）日: 1988-01-06
• 發明（設計）人: 張東昌;林紀方;林載祁;朱曉波;梁允成
• 申請（專利權）人: 大連工學院
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/48
• 代理公司: 大連工學院專利事務所
• 代理人: 王純

本發明屬于防止在熱交換表面上形成冷凝物的連續膜的方法。

滴狀冷凝是現有傳熱現象中具有最高傳熱系數的過程。要在工業生產中應用這種高效傳熱方式，關鍵是開發能夠長期保持滴狀冷凝的低能表面。

金屬具有高表面能，要在金屬表面實現滴狀冷凝，必須降低其表面能。迄今，在金屬表面獲得滴狀冷凝的方法有四種：一是在表面涂覆有機促進劑，J.P.58171466;二是在表面涂覆某些無機物，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）;三是在表面電鍍貴金屬，Erb，R.A.&????Thelen，E.，I.&E.C.，57（1965），49.;四是在表面鍍聚合物薄膜，J.P.58133875。上述四種方法，雖然能夠在金屬表面實現滴狀冷凝，但由于其材料本身的特點及與金屬表面的結合方式（物理或化學吸附），都存在不同的問題。涂覆有機或無機促進劑，有污染冷凝液，使用壽命短和腐蝕金屬表面的問題;電鍍貴金屬成本昂貴;鍍聚合物薄膜會產生附加熱阻。由于上述原因，滴狀冷凝至今未能在工業中應用。

本發明的目的是發明一種實現滴狀冷凝的方法，以解決現有實現滴狀冷凝的各種方法中存在的問題。

本發明的構成如下：

本發明由具有低表面能合金的制備和實現這一制備的技術兩部分組成。

一、具有低表面能合金的制備

在制作傳熱元件的金屬基體的20～10000的表面層內制備具有低表面能的合金，這類合金有穩定的物理化學性質，并與金屬基體成為一體。

能夠降低金屬的表面能，形成低表面能合金的元素有兩類：一類是自鈍化元素，其中包括Cr、Fe、Al、Ti、Zr、Ta等;另一類是表面活性元素，其中包括Bi、N、F、H和CH₄等。

二、低表面能合金的制備技術

離子鍍加離子束混合工藝和離子注入兩種技術用于制備低表面能合金。

1、離子鍍加離子束混合工藝

先用細砂紙除去金屬表面的污物和氧化膜，然后用丙酮清洗，再放入真空爐內用氬離子濺射清洗，用離子鍍在工件表面鍍幾分鐘，再用高壓氬離子轟擊表面，使表面合金化。對于熔點較高的自鈍化元素，如Cr、Al、Fe、Ti等均可采用離子鍍，而對Bi等熔點較低的金屬，須先用真空蒸鍍將這類材料鍍于表面，然后再用氬離子轟擊。對于CH₄，可代替氬氣，電離后直接轟擊表面。

2、離子注入技術

離子注入技術制備合金，是先將金屬表面處理干凈，再送入真空爐內進行表面處理。該技術主要用于注入N、H、F等離子。

在紫銅基體上，用上述兩種技術，對Cr、Fe、Al、Bi、N、H、F和CH₄分別進行合金化處理。對每種合金表面進行水蒸汽冷凝實驗均獲得很好的滴狀冷凝，其中以Cu-Cr，Cu-Fe，Cu-N，Cu-H，Cu-F和Cu-CH₄的表面為佳。對Cu-Cr表面進行的冷凝壽命實驗，已達10000小時，仍保持很好的滴狀冷凝。

本發明的優點如下：

用本發明的技術制備的能夠保持滴狀冷凝的低能合金表面，不但可以解決采用已有技術實現滴狀冷凝時存在的污染冷凝液，產生附加熱阻，壽命短，成本昂貴等問題，而且其傳熱性能好。例如本發明的Cu-Cr（以Cu為基體，Cr為合金元素）表面，傳熱性能優于國外所采用的鍍聚四氟乙烯，電鍍金，銀的表面，與涂覆有機促進劑的表面相當，但壽命超過這種表面。

附圖是本發明的Cu-Cr合金表面與其它方法處理的表面的水蒸汽滴狀冷凝傳熱性能的比較。圖中曲線1是有機促進劑處理的表面，曲線2是Cu-Cr合金表面，曲線3是電鍍金表面，曲線4是電鍍銀表面，曲線5是鍍聚四氟乙烯薄膜的表面。

例1、Cu-Cr合金的制備及實驗結果