CN102653003A

CN102653003A - 一种在换热管管壁上形成金属多孔层的方法

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Publication number: CN102653003A
Application number: CN2012101426375A
Authority: CN
Inventors: 金成海; 王凡; 王浩; 刘冠颖; 杨军军; 毕景维
Original assignee: Advanced Technology and Materials Co Ltd
Current assignee: Aetna Environmental Engineering Technology Co Ltd
Priority date: 2012-05-09
Filing date: 2012-05-09
Publication date: 2012-09-05
Anticipated expiration: 2032-05-09
Also published as: CN102653003B

Abstract

本发明公开了一种在换热管管壁上形成金属多孔层的方法，该方法包括以下步骤：对换热管管壁进行清洁；在换热管自转且相对喷枪移动的同时使用喷枪向换热管管壁喷涂包含金属粉末和胶液的涂料；使换热管管壁上的涂料干燥；在真空炉内或填充有还原气体的烧结炉内对换热管进行烧结，从而在换热管管壁上形成金属多孔层。本发明的在换热管管壁上形成金属多孔层的方法可以在换热管的内壁和/或外壁上形成厚度均匀的金属多孔层。

Description

一种在换热管管壁上形成金属多孔层的方法

技术领域

本发明涉及一种在换热管管壁上形成金属多孔层的方法。

背景技术

换热管是一种在封闭的体系内传递热量的装置。换热管具有广泛的应用，可以应用于宇航工程、节能工程(诸如，各种烟道气和空调排气的余热回收)等，此外，还可以应用于电子器件、电机的冷却和散热以及太阳能、地热等新能源的开发和利用等。目前，换热管的应用范围和应用规模正在不断的扩大。

通常在换热管的内壁上形成单层或多层网、轴向槽道或者金属多孔层来提高换热管的换热效率。由于内壁上形成有金属多孔层的换热管具有较高的毛细抽吸力并且具有改善的径向热阻，所以其应用更具优势，但在换热管内壁上形成金属多孔层的方法还存在许多有待改善的不足之处。

例如，公开号为CN1932426的中国专利“热管、烧结成型该热管毛细结构的粉体及方法”公开了一种在热管的内壁上形成毛细结构的方法。该方法首先将芯棒置于管体内，然后将粉体填充于管体内，最后在基底粉末的膨胀率低于2％的温度下对该填充有粉体的管体进行烧结，从而在热管内壁上形成毛细结构。该方法虽然避免了粉体在烧结时产生过度膨胀，但是当要求毛细结构层厚度较薄时，一旦基管本身有少量变形，便不能保证毛细结构层的厚度均匀，尤其是当热管经过高温烧结后产生变形时，会产生脱模困难、毛细结构层剥落、毛细结构堵塞等问题。

再如，公开号为CN1730204的中国专利申请“换热管管内金属多孔表面的加工方法”公开了一种在金属管管内形成金属多孔表面的方法。该方法用有机溶剂溶解高分子塑料并按比例混合金属粉末来形成糊状金属粉末涂料，利用涂层芯子在管内拖拉涂料形成表面涂层，然后经过吹干，最后在管内充满金刚砂进行烧结。该方法虽然避免了脱模过程易出现的问题，但是当涂层厚度为几毫米甚至几十微米时，很小的管体变形度和内径变化将严重影响涂层均匀性。同时，这种方法只能强化一侧传热。

又如，公开号为US6648063的美国专利“Heat pipe wick with structuralenhancement”在不锈钢金属粉末烧结芯层上覆盖一层穿孔金属层，提供结构支撑并保证了厚度，但是粉末烧结芯的厚度仍然采用定位芯棒与管壁之间的间隙进行控制，因此，该方法不能避免脱模困难以及制作过程中换热管变形后所带来的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在换热管管壁上形成金属多孔层的方法。

根据本发明的一方面，该方法包括以下步骤：对换热管管壁进行清洁；在换热管自转且相对喷枪移动的同时使用喷枪向换热管管壁喷涂包含金属粉末和胶液的涂料；使换热管管壁上的涂料干燥；在真空炉内或填充有还原气体的烧结炉内对换热管进行烧结，从而在换热管管壁上形成金属多孔层。

根据本发明的实施例，换热管管壁可以包括换热管的内壁和/或外壁。

根据本发明的实施例，胶液可以包含5wt％～15wt％的基础胶、15wt％～50wt％的固化剂和余量的溶剂，其中，基础胶可以为双酚A型环氧树脂和具有乙烯基的线形聚硅氧烷中的至少一种，固化剂可以为乙二胺、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、间苯二胺和含氢硅氧烷中的至少一种，溶剂可以为丙酮。

根据本发明的实施例，金属粉末在涂料中的重量百分比可以为50％～75％。

根据本发明的实施例，金属粉末可以包括铁粉、不锈钢粉、铜粉中的至少一种。

根据本发明的实施例，金属粉末的粒度可以为150目～500目。

根据本发明的实施例，在真空炉内或填充有还原气体的烧结炉内对换热管进行烧结的步骤中，首先可以在340℃～400℃下保温0.5小时～2小时，然后可以在1000℃～1200℃的温度下保温1.5小时～2小时，最后可以将炉温降低至60℃以下。

本发明的在换热管管壁上形成金属多孔层的方法，即使换热管的管壁发生变形也可以在换热管的内壁和/或外壁上形成厚度均匀的金属多孔层。

附图说明

通过结合附图进行的示例性实施例的以下描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将变得清楚和更易于理解，其中：

图1是根据本发明示例性实施例的在换热管内壁上形成涂料层的示意图；

图2是根据本发明示例性实施例的在换热管外壁上形成涂料层的示意图。

具体实施方式

本发明使用喷枪在换热管管壁上喷涂含金属粉末和胶液的涂料，并将喷涂有涂料的换热管在真空炉内或填充有还原气体的烧结炉内进行烧结，从而在换热管管壁上形成多孔金属层。

下面将参照附图和示例性实施例来详细地描述本发明的在换热管管壁上形成金属多孔层的方法。

首先，对换热管管壁进行清洁，以除去管壁上的锈迹、油污和灰尘等，从而便于后续金属多孔层与管壁的结合。这里，可以用清洗剂和有机溶剂清洗管壁除去管壁上的油污和灰尘，并可以采用喷砂处理除去管壁上的锈迹。如本领域技术人员所将认识到的，对管壁进行清洁的方法不限于上述方法。

接下来，用喷枪在清洁后的管壁上喷涂含金属粉末和胶液的涂料。为了在换热管的管壁上形成厚度均匀的涂料层，在喷涂过程中，换热管相对其中心轴以预定的角速度自转同时相对喷枪以预定的线速度移动，这样可以用喷枪在换热管的管壁上形成厚度均匀的涂料层。

图1是根据本发明示例性实施例的在换热管内壁上形成涂料层的示意图，图2是根据本发明示例性实施例的在换热管外壁上形成涂料层的示意图。

如图1所示，根据本发明的示例性实施例，可以在换热管1的内壁上喷涂涂料层，这样经过后续的烧结工艺可以在换热管1的内壁上形成金属多孔层。如图2所示，根据本发明的示例性实施例，可以在换热管1的外壁上喷涂涂料层，这样经过后续的烧结工艺可以在换热管1的外壁上形成金属多孔层。但本发明不限于此，可以在换热管1的内壁和外壁上均喷涂涂料，这样经过后续的烧结工艺可以在换热管1的内壁和外壁上均形成金属多孔层，从而使换热管的换热效率提高。

如图1所示，在换热管1的内壁上喷涂涂料层2时，将喷枪5置于换热管1内，使喷枪5相对换热管1以线速度v运动并使换热管1以角速度ω自转，同时喷射涂料4，这样便可以在换热管1的内壁上形成厚度均匀的涂料层2。如图2所示，在换热管1的外壁上喷涂涂料层时，将喷枪7设置在换热管1外壁的一侧，使喷枪7相对换热管1以线速度v运动并使换热管1以角速度ω自转，同时喷射涂料6，这样便可以在换热管1的外壁上形成厚度均匀的涂料层。这里，可以通过控制角速度ω、相对线速度v、涂料在单位时间内的喷射量、喷涂次数、金属粉末粒度、涂料流动性和/或喷枪喷出气压来控制喷涂在换热管1的内壁和/或外壁上的涂料层的厚度、孔隙率和孔径大小，从而可以控制经过烧结工艺形成在换热管1的内壁和/或外壁上的金属多孔层的厚度、孔隙率和孔径大小。此外，在喷涂过程中，可以进行多次喷涂，通过多次喷涂也可以控制喷涂在换热管1的内壁和/或外壁上的涂料层的厚度和孔隙率，从而可以控制经烧结工艺形成在换热管1的内壁和/或外壁上的金属多孔层的厚度和孔隙率。

根据本发明的示例性实施例，使用的胶液可以包含5wt％～15wt％的基础胶、15wt％～50wt％的固化剂和余量的溶剂，基础胶可以为双酚A型环氧树脂、具有乙烯基的线形聚硅氧烷等，固化剂可以为乙二胺、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、间苯二胺等胺类及其衍生物以及含氢硅氧烷等，溶剂可以是丙酮。使用的金属粉末可以包括铁粉、不锈钢粉、铜粉等，金属粉末的粒度可以为150目～500目，金属粉末在涂料中的重量百分比可以为50％～75％。

接下来，对形成在换热管的内壁和/或外壁上的涂料层进行干燥。这里，可以使涂料层自然干燥或者可以对涂料层进行风干，但本发明不限于此。

最后，将涂覆有涂料层的换热管置于真空炉内或填充有还原气体的烧结炉内进行烧结，从而在换热管管壁上形成金属多孔层。根据本发明的示例性实施例，可以将涂覆有涂料层的换热管置于填充有还原气体的烧结炉内，在340℃～400℃下保温0.5小时～2小时使涂料层中的胶体分解，然后在1000℃～1200℃的温度下保温1.5小时～2小时使金属多孔层与管壁之间以及金属涂层的金属粉末之间形成冶金结合，最后将炉温降低至60℃以下，从而获得管壁上形成有厚度均匀的金属多孔层的换热管，但本发明不限于上述的烧结工艺。

如上所示，本发明使用喷枪配合换热管的自转和换热管相对喷枪的线性移动可以在换热管的管壁上形成厚度均匀的涂料层，从而可以通过烧结在换热管的管壁上形成厚度均匀的金属多孔层。此外，本发明的方法可以通过控制换热管的角速度ω、相对线速度v、涂料在单位时间内的喷射量和/或喷涂次数而容易地控制金属多孔层的厚度，可以通过选择合适粒度的金属粉末、涂料配比和喷涂次数而容易地控制金属多孔层的孔隙率，并可以通过选择合适粒度的粉末和涂料配比而容易地控制金属多孔层的孔径。

根据本发明的方法得到的金属多孔层的厚度可以在0.15mm～0.5mm的范围内，孔隙率可以在50％～75％的范围内，平均孔径可以在35μm～100μm的范围内。

实施例1

对换热管的内壁进行喷砂处理并用清洗剂和有机溶剂除去内壁上的油污和灰尘。在换热管的内壁上用喷枪喷涂含不锈钢316L粉末和胶液的涂料，其中，胶液由7％的具有乙烯基的线形聚硅氧烷的基础胶、21％的含氢硅氧烷的固化剂和72％的丙酮组成，不锈钢316L粉末的粒度在150目～250目的范围内，不锈钢316L粉末在涂料中的重量百分比为53％；换热管相对喷枪的移动速度为0.1m/s，换热管的自转角速度ω为188r/min。在喷涂过程中，喷涂一层后晾干，然后喷涂第二层，晾干。最后，将涂覆有涂料层的换热管置于填充有还原气体氢气的烧结炉内，在340℃下保温2小时使涂料层中的胶体分解，然后在1000℃的温度下保温1.5小时使金属多孔层与管壁之间以及金属涂层的金属粉末之间形成冶金结合，最后将炉温降低至60℃以下，从而获得管内壁上形成有厚度均匀的金属多孔层的换热管。

根据本实施例的形成在换热管内壁上的金属多孔层的厚度为0.3mm，孔隙率为75％，平均孔径为95μm。

实施例2

对换热管的外壁进行喷砂处理并用清洗剂和有机溶剂除去外壁上的油污和灰尘。配制两种涂料，涂料一包含53wt％的不锈钢316L粉末和47wt％的胶液，涂料二包含72wt％的不锈钢316L粉末和28wt％的胶液，其中，胶液由7％的具有乙烯基的线形聚硅氧烷的基础胶、21％的含氢硅氧烷的固化剂和72％的丙酮组成，不锈钢316L粉末的粒度在150目～250目的范围内。在喷涂过程中，喷涂一层涂料一后晾干，然后喷涂一层涂料二，晾干，其中，换热管相对喷枪的移动速度为0.1m/s，换热管的自转角速度ω为223r/min。最后，将涂覆有涂料层的换热管置于填充有还原气体氢气的烧结炉内，在360℃下保温1.5小时使涂料层中的胶体分解，然后在1000℃的温度下保温2小时使金属多孔层与管壁之间以及金属涂层的金属粉末之间形成冶金结合，最后将炉温降低至60℃以下，从而获得管外壁上形成有厚度均匀的金属多孔层的换热管。

根据本实施例的形成在换热管外壁上的金属多孔层的厚度为0.3mm，孔隙率为60％，平均孔径为85μm。

实施例3

对换热管的内壁进行喷砂处理并用清洗剂和有机溶剂除去内壁上的油污和灰尘。在换热管的内壁上用喷枪喷涂含铁粉和胶液的涂料，其中，胶液由6％的双酚A型环氧树脂的基础胶、22％的含氢硅氧烷的固化剂和72％的丙酮组成，铁粉的粒度在150目～500目的范围内，铁粉在涂料中的重量百分比为53％；换热管相对喷枪的移动速度为0.1m/s，换热管的自转角速度ω为188r/min。在喷涂过程中，喷涂一层后晾干，然后喷涂第二层，晾干。最后，将涂覆有涂料层的换热管置于填充有还原气体氢气的烧结炉内，在370℃下保温1.5小时使涂料层中的胶体分解，然后在1200℃的温度下保温1.8小时使金属多孔层与管壁之间以及金属涂层的金属粉末之间形成冶金结合，最后将炉温降低至60℃以下，从而获得管内壁上形成有厚度均匀的金属多孔层的换热管。

根据本实施例的形成在换热管内壁上的金属多孔层的厚度为0.25mm，孔隙率为75％，平均孔径为60μm。

通过上面对本发明示例性实施例的详细描述可以看出，本发明的在换热管管壁上形成金属多孔层的方法可以容易地在换热管管壁上形成厚度均匀的金属多孔层，同时可以容易地控制金属多孔层的孔隙率和孔径。此外，本发明的在换热管管壁上形成金属多孔层的方法即使换热管的管壁发生变形也可以在换热管的内壁和/或外壁上形成厚度均匀的金属多孔层。

Claims

1.一种在换热管管壁上形成金属多孔层的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

对换热管管壁进行清洁；

在换热管自转且相对喷枪移动的同时使用喷枪向换热管管壁喷涂包含金属粉末和胶液的涂料；

使换热管管壁上的涂料干燥；

在真空炉内或填充有还原气体的烧结炉内对换热管进行烧结，从而在换热管管壁上形成金属多孔层。

2.如权利要求1所述的在换热管管壁上形成金属多孔层的方法，其特征在于，换热管管壁包括换热管的内壁和/或外壁。

3.如权利要求1所述的在换热管管壁上形成金属多孔层的方法，其特征在于，胶液包含5wt％～15wt％的基础胶、15wt％～50wt％的固化剂和余量的溶剂，其中，基础胶为双酚A型环氧树脂和具有乙烯基的线形聚硅氧烷中的至少一种，固化剂为乙二胺、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、间苯二胺和含氢硅氧烷中的至少一种，溶剂为丙酮。

4.如权利要求1所述的在换热管管壁上形成金属多孔层的方法，其特征在于，金属粉末在涂料中的重量百分比为50％～75％。

5.如权利要求1所述的在换热管管壁上形成金属多孔层的方法，其特征在于，金属粉末包括铁粉、不锈钢粉、铜粉中的至少一种。

6.如权利要求1所述的在换热管管壁上形成金属多孔层的方法，其特征在于，金属粉末的粒度为150目～500目。

7.如权利要求1所述的在换热管管壁上形成金属多孔层的方法，其特征在于，在真空炉内或填充有还原气体的烧结炉内对换热管进行烧结的步骤中，首先在340℃～400℃下保温0.5小时～2小时，然后在1000℃～1200℃的温度下保温1.5小时～2小时，最后将炉温降低至60℃以下。