CN101367127A

CN101367127A - 换热管管内金属多孔表面的离心涂敷真空烧结加工方法

Info

Publication number: CN101367127A
Application number: CNA2008102245281A
Authority: CN
Inventors: 韩军
Original assignee: Beijing Groundsun Science & Technology Co Ltd
Current assignee: BEIJING GUANGSHA HUANNENG SCIENCE & TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2009-02-18
Anticipated expiration: 2028-10-20
Also published as: CN101367127B

Abstract

一种换热管管内金属多孔表面的离心涂敷真空烧结加工方法，是为解决现有换热管制造存在的涂层不均匀、易脱落、工序复杂，生产效率低等问题而设计的。采用离心涂敷工艺，将涂料均匀涂敷在管内表面，并在真空状态下加热到特定温度，使其在金属管内表面形成冶金结合，制成管内金属多孔表面。采用任意精度的金属管作基管，能有效降低成本。由于不采用还原性气体作为防氧化保护措施，使生产过程更安全。本发明的管内金属多孔表面，外观干净，厚度及孔隙均匀，沸腾放热系数高，涂层坚固，不易脱落，可主要应用于化工、石油、轻工、冶金、发电和低温装置等列管式换热器，强化沸腾传热，提高传热系数，减少有效传热温差，减少传热面积，降低能耗。

Description

换热管管内金属多孔表面的离心涂敷真空烧结加工方法

技术领域：

本发明涉及换热技术，具体地讲是一种换热管管内金属多孔表面的离心涂敷真空烧结加工方法。

背景技术：

理论和实验证明，在换热管基体内表面设置金属多孔表面，可以显著提高换热效率，传热系数是光管的5～8倍。但管内金属多孔表面的加工技术性强，质量要求高，长期以来尚缺乏一种理想、经济的加工方法。美国曾有专利报道，在换热管内表面采用涂刷胶结剂，并在胶结剂表面喷撒金属粉末，再在还原气氛中烧结，从而获得多孔表面；日本也有过在采用机械加工方法在换热管表面上加工出具有凹槽的多孔表面的专利报道。综合看来，烧结型多孔表面管的强化效果及适应性更好。专利GB1355833A和US4838063A分别介绍了光管内表面上加工出金属多孔表面和在光表面上先加工出纵槽再在纵槽上加工出多孔表面两种方法，但这两种方法对于坯料管的精度要求高，当多孔层厚度小于0.5mm时，会造成涂层不均匀和容易脱落，影响成品质量。上述两种方法的加工工序复杂，生产效率低，生产周期长，不适合大批量生产，另外在还原气氛中烧结，存在不经济、生产危险性高等缺点。

发明内容：

本发明的目的就是提供一种换热管管内金属多孔表面的离心涂敷真空烧结加工方法，该方法对基管精度的要求低、加工的涂层厚度均匀、安全性好且适合于大批量生产。

本发明换热管管内金属多孔表面的离心涂敷真空烧结加工方法是这样实现的：

1.对金属管管内表面进行预处理：

对金属管管内表面进行喷砂除锈，在清洗后的金属管内采用喷丸处理，将内管打出毛刺，然后加入溶剂清洗以增加涂层的粘合性。

2.调和糊状涂层混合液，形成糊状金属粉末涂料：

将金属粉末和造孔剂以一定比例调和成糊状混合液，制成金属多孔层的涂敷涂料。为保证一定的流平性，需根据所加工的管径、管长及多孔层厚度情况调整各成份的组成比例，但主要物质均为8～20％四苯、二甲苯等有机溶剂，2～8％聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等高分子塑料，以及72～90％白铜粉、青铜粉、紫铜粉、不锈钢粉和铝粉等200～400目的金属粉末。

3.在专用的离心涂敷设备上利用离心力将涂料均匀涂敷于金属管内壁上并烘干：

根据预定的多孔层厚度，将定量的糊状涂料装填进金属管内，一端用堵头堵塞，另一端用设有自动排气口的封盖封堵，然后将金属管装在专用离心涂敷设备的固定端卡盘上，开动机床以1500～3000转/分的转速使金属管旋转，依靠离心力使预先灌装入管内的糊状涂料均匀涂敷在金属管内壁上。

待涂料在管内壁上形成均匀涂层后，将换热管进行离心旋转，采用专用离心涂敷设备上自带的、可沿轨道移动的热空气喷枪对换热管外表面加热烘干，使管内多孔涂层中的有溶剂充分挥发，与管内空气从管端的自动排气口排出，而涂层则与基管粘合在一起不脱落。

4.将涂层已干燥的换热管在真空感应烧结炉中烧结：

将如3所述的换热管置于真空烧结炉中，先抽真空使炉内真空度达到5kpa开始加热，炉内温度达到400～500℃后，保温10～30分钟，同时继续维持炉内真空度15kpa左右，再以150～200℃/h的速度升温，快速加热到800～1000℃，维持这一温度约90分钟，然后在真空状态下快速冷却，使金属管内表面和金属粉末形成冶金结合，形成管内金属多孔表面。

本发明采用离心法涂敷管内金属涂层，在金属管壁厚均匀度或直线度不高的情况下也能获得均匀的涂层。烧结过程是在真空环境中完成的，不用氢气、甲烷等易燃易爆还原性气体，使生产过程更安全，也在保证表面不氧化的同时能大大简化生产工艺。采用本发明技术加工的多孔层外观干净，厚度及孔隙均匀(可制造出孔隙率30％～40％、平均孔径50～180微米、平均厚度0.3～0.5毫米的管内金属多孔表面)，沸腾放热系数高，能制造比光滑管多4～8倍种材质的管内金属多孔表面，涂层坚固，不易脱落，适合于大批量产品生产。本发明主要应用于化工、石油、轻工、冶金、发电和低温装置等列管式换热器，且于强化沸腾传热，提高传热系数，减少有效传热温差，减少传热面积，节省金属用量，降低能耗。

附图说明：

图1为换热管管内金属多孔表面的离心涂敷真空烧结加工方法示意图。

具体实施方式：

1.对金属管管内表面进行预处理：

1)对管内喷砂除锈：如果管子太长，可以从两头喷砂吹扫，将喷砂管伸到管内，直到管内见到金属光泽为止。

2)在喷砂处理后的管子内采用喷丸处理，直到将管子内壁打出毛刺，以增加涂层与基管的结合强度。倒入溶剂，一方面洗去浮灰净化基材，同时也起到湿润作用改善基材表面的浸润性能，防止局部起泡和剥落。

2.调和糊状涂层混合液，形成糊状金属粉末涂料，具体实施例如下：

涂料1)二甲苯重量比 15％；

聚氯乙烯重量比 5％；

200目青铜粉重量比 80％；

涂层厚度：0.3mm，

加热温度：650℃

适用Φ25mm管径6000mm管长

涂料2)甲苯重量比 10％；

聚苯乙烯重量比 6％；

120目白铜粉重量比 84％；

涂层厚度：0.5mm，

加热温度：850℃

适用Φ51mm管径6000mm管长

涂料3)甲苯重量比 12％；

聚丙烯重量比 8％；

300目青铜粉重量比 80％；

涂层厚度：0.4mm，

加热温度：680℃

适用Φ32mm管径6000mm管长

涂料4)二甲苯重量比 15％；

聚乙烯重量比 8％；

200目不锈钢粉重量比 77％；

涂层厚度：0.5mm，

加热温度：1000℃

适用Φ25mm管径6000mm管长

3.对金属管管内涂敷糊状金属粉末涂料并烘干，如附图所示：

1)将基管1的一端用堵头2封堵，并将配制好的糊状涂料3倒入管内，然后迅速用设有自动排气口5的堵头4将基管1另一端堵塞，防止涂料中的有机物挥发：

装入管内的涂料V＝δ·L·π·(D-δ)·10^-3--

式中：V—装入管内涂料量 ml

δ—涂层厚度 mm

L—换热管长度 mm

D—换热管内径 mm

2)将加入了糊状涂料并两端封堵的管子装在专用离心涂敷设备的固定端卡盘6上，开动机床以1500～3000转/分的转速使换热管旋转，依靠离心力使预先灌入管内的糊状涂料均匀涂敷在金属管内壁上。沿换热管长度方向每隔1～2米设置有中心架9，以保证换热管中心对中。因为没有任何模具限制而仅依靠离心力，使涂层的均匀度不受换热管壁厚和直线度偏差的影响，在管子的全长范围内涂层均匀，因此可以用于任意精度等级的基管。

3)为了使刚涂好的涂层干燥，离心旋转1～3分钟后，采用专用离心涂敷设备上自带的，可沿轨道7移动的热空气喷枪8对换热管外表面加热烘干，温度约100℃左右，管内多孔涂层中的有溶剂充分挥发，与管内空气从管端的自动排气口5排出，使得涂层与基管粘合在一起不脱落。

4.将涂层已干燥的换热管在真空感应烧结炉中加热到金属融化的临界温度，使金属涂层与基管冶金结合，形成管内金属多孔表面。

1)将已吹干涂层的管子两端堵头去除，每组数支放在耐高温托架上，再放进真空烧结炉中。换热管之间留出足够大的空隙，以防止相互遮挡影响传热。

2)抽真空使炉内真空度达到5kpa后开始加热，使炉内温度达到400～500℃并保温10～30分钟，继续增加炉内真空度到15kpa，以150～200℃/h的升温速度快速加热，使炉膛温度控制在800～1100℃，管子在烧结温度下停留90分钟左右。

3)管子烧结完成后，仍然保持炉内真空度10kpa左右，直到管子被冷却到200～300℃时再停止抽真空。等到管子完全冷却后即完成换热管管内多孔表面的烧结过程。

Claims

1.一种换热管管内金属多孔表面的离心涂敷真空烧结加工方法，其特征在于包括如下步骤：

a.对金属管管内表面进行喷砂除锈及溶剂清洗的预处理；

b.调和糊状涂层混合液，形成糊状金属粉末涂料；

c.在专用的离心涂敷设备上利用离心力将涂料均匀涂敷于金属管内壁上并烘干；

d.将涂层已干燥的换热管在真空感应烧结炉中烧结。

2.如权利要求1b所述的糊状金属粉末涂料，其特征在于其主要物质组成为8～20％四苯、二甲苯等有机溶剂，2～8％聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯等高分子塑料，以及72～90％白铜粉、青铜粉、紫铜粉、不锈钢粉和铝粉等200～400目的金属粉末。

3.如权利要求1c所述的在专用的离心涂敷设备上利用离心力将涂料均匀涂敷于管内壁上并烘干，其特征在于：

将加入了糊状涂料并两端封堵的管子装在专用离心涂敷设备的固定端卡盘上，开动机床以1500～3000转/分的转速使金属管旋转，依靠离心力使预先灌入管内的糊状涂料均匀涂敷在金属管内壁上；

待涂料在管内壁上形成均匀涂层后，将换热管进行离心旋转，采用专用离心涂敷设备上自带的、可沿轨道移动的热空气喷枪对换热管外表面加热烘干，使管内多孔涂层中的有溶剂充分挥发，与管内空气从管端的自动排气口排出，使得涂层与基管粘合在一起不脱落。

4.如权利要求1d所述的将涂层已干燥的换热管在真空感应烧结炉中烧结：其特征在于将权利要求3所述的换热管置于真空烧结炉中，先抽真空使炉内真空度达到5kpa开始加热，炉内温度达到400～500℃后，保温10～30分钟，同时继续维持炉内真空度15kpa左右，再以150～200℃/h的速度升温，快速加热到800～1000℃，维持这一温度约90分钟，然后在真空状态下快速冷却，使金属管内表面和金属粉末形成冶金结合，形成管内金属多孔表面。