CN107252978A - 一种超亲水钛合金换热板的激光制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超亲水钛合金换热板的激光制备方法，采用激光波长为1.064 mm的激光打标机对板式换热器用钛合金波纹板进行激光微加工，设定激光中心线间距为0.02‑0.1 mm，激光移动速度为100‑3000 mm/s，激光输出功率为5‑30 W，频率为20‑80 KHz，加工形成微米级的相互垂直的沟槽型点阵结构，实现钛合金波纹板与水的接触角不大于5°；通过钛合金换热板表面的亲水性设计，水滴与金属板接触后，立刻铺展，接触角不超过5°。

Description

一种超亲水钛合金换热板的激光制备方法
技术领域
本发明涉及换热器表面处理技术领域，具体的说是一种超亲水钛合金换热板的激光制备方法。
背景技术
板式换热器是一种由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。板式换热器具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、使用寿命长等特点。在相同压力损失情况下，其传热系数比列管式换热器高3-5倍，占地面积为管式换热器的三分之一，热回收率可高达90％以上。目前，蒸汽-水的换热已逐渐应用板式换热器。
从传热学角度来看，一般而言，滴状冷凝水的传热效率比水膜高。但在换热器的复杂结构中，滴状冷凝水大量滞留在换热器上，不易流动，容易在换热片上形成“水桥”，这样会极大地增加换热器空气侧的阻力。采用亲水处理，通过降低液滴与换热片的接触角，可以使冷凝水以水膜状态存在，从而减小换热器空气侧的阻力。
采用激光处理在金属表面形成微细结构，可实现亲水性能，该方法形成亲水性结构而非涂层，克服了传统亲水涂料或化学转化膜存在的结合强度和寿命问题。
专利201410309419.5公开了一种多孔亲水不锈钢换热管的表面处理方法，对不锈钢管进行电解、打磨或喷砂处理，实现表面粗化；对粗化的钢管表面进行化学电解或溶胶改性电镀处理。多孔和凹穴的微观结构对强化蒸发和沸腾换热有提高；可以在各种不锈钢管表面得到持续的强亲水性能，加速水膜铺展并降低水膜厚度，进而提高换热效率。所述激光打磨处理的条件为：激光功率为2.5～3.5KW，激光束直径为2～4mm，扫描速率为30～40cm/s，进管速率为1.5m/min，润湿角为36°。该专利中应用了激光打磨手段，其功率较高，不适合用于薄的金属波纹板，且粗化后接触角仍较高，远未达到超亲水状态。
专利201510254162.2公开了空调器用热交换器及金属铝箔的加工方法，先用激光器在所述金属箔的表面多次雕刻沟槽，直至所述沟槽的数量达到预设数值；再用所述激光器对所述沟槽进行多次加深雕刻，直至所述沟槽的深度达到预设的深度，实现了金属箔的表面亲水并提高了换热率。但该专利存在需要多次雕刻沟槽和对沟槽进行多次加深雕刻的不足，且未展示该结构的亲水效果。
超亲水表面是指与水的接触角不超过5°的表面，在自清洁、防雾、提高表面换热效率等方面具有潜在用途。未经表面处理的钛合金（粗糙度为0.24-0.26mm）与水的接触角高达62-76°，喷砂后的钛合金（粗糙度为5.5-6.2mm）与水的接触角为38-49°。目前未见公开的钛合金板式换热器波纹板的超亲水处理技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种超亲水钛合金换热板的激光制备方法，使得钛合金波纹板与水的接触角不大于5°。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种超亲水钛合金换热板的激光制备方法，采用激光波长为1.064 mm的激光打标机对板式换热器用钛合金波纹板进行激光微加工，形成微米级的相互垂直的沟槽型点阵结构，实现钛合金波纹板与水的接触角不大于5°；具体包括以下步骤：
步骤一：用酒精将钛合金波纹板表面擦拭干净，待用；
步骤二：设定单次加工范围，加工模式为相互垂直的沟槽型结构；
步骤三：设定激光中心线间距为0.02-0.1 mm，激光移动速度为100-3000 mm/s，激光输出功率为5-30 W，频率为20-80 KHz，并完成光斑对焦；
步骤四：完成参数设定后，启动程序，激光打标机将自动进行钛合金波纹板表面微加工，完成一个方向的加工后，再进行与之垂直方向的激光微加工，形成微米级的相互垂直的沟槽型点阵结构。
采用大型激光打标机实现钛合金波纹板的单次整体微加工处理；或是采用小型激光打标机通过手动调整或移动XY方向工作台来实现钛合金波纹板的多次局部微加工处理，通过同向拼接最终实现整体微加工处理。
所述步骤三中设定激光中心线间距为0.02mm，激光移动速度100 mm/s，激光输出功率30W，频率20KHz。
本发明的有益效果：
本发明提供的超亲水钛合金换热板的激光制备方法，采用激光波长为1.064 mm的激光打标机对板式换热器用钛合金波纹板进行激光微加工，设定激光中心线间距为0.02-0.1mm，激光移动速度为100-3000 mm/s，激光输出功率为5-30 W，频率为20-80 KHz，加工形成微米级的相互垂直的沟槽型点阵结构，实现钛合金波纹板与水的接触角不大于5°；通过钛合金换热板表面的亲水性设计，水滴与金属板接触后，立刻铺展，接触角不超过5°。
附图说明
图1 本发明实施例三微加工区域显微形貌图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明做进一步的阐述。
具体实施中，激光单次加工范围根据所选取的镜头焦距的不同而不同，优选设备能力上限。
实施例一
用酒精将钛合金波纹板表面擦拭干净，待用。设定单次加工范围为10cm×10cm，加工模式为相互垂直的沟槽型结构。设定激光中心线间距为0.02mm，激光移动速度100 mm/s，激光输出功率10W，频率20KHz，并完成光斑对焦。
完成参数设定后，启动程序，激光打标机将自动进行钛合金波纹板表面微加工，完成一个方向的加工后，再进行与之垂直方向的激光微加工。
手动调整换热板位置，继续完成其它区域的微加工。
加工完成后，测得波纹板与水的接触角为1.3°。
实施例二
用酒精将钛合金波纹板表面擦拭干净。设定单次加工范围为10cm×10cm，加工模式为相互垂直的沟槽型结构。设定激光中心线间距为0.02mm，激光移动速度为3000 mm/s，激光输出功率为30W，频率为20KHz，并完成光斑对焦。
完成参数设定后，启动程序，激光打标机将自动进行钛合金波纹板表面微加工，完成一个方向的加工后，再进行与之垂直方向的激光微加工。
通过移动XY方向工作台来实现换热板其它区域的微加工。
加工完成后，测得波纹板与水的接触角为1.3°。
实施例三
用酒精将钛合金波纹板表面擦拭干净。设定单次加工范围为10cm×10cm，加工模式为相互垂直的沟槽型结构。设定激光中心线间距为0.05mm，激光移动速度为1000 mm/s，激光输出功率为20W，频率为30KHz，并完成光斑对焦。
完成参数设定后，启动程序，激光打标机将自动进行钛合金波纹板表面微加工，完成一个方向的加工后，再进行与之垂直方向的激光微加工。附图1为扫描电镜观察的微加工区域显微形貌。
通过移动XY方向工作台来实现换热板其它区域的微加工。
加工完成后，测得波纹板与水的接触角为4.2°。
实施例四
用酒精将钛合金波纹板表面擦拭干净。设定单次加工范围为10cm×10cm，加工模式为相互垂直的沟槽型结构。设定激光中心线间距为0.08mm，激光移动速度为300 mm/s，激光输出功率为5W，频率为50KHz，并完成光斑对焦。
完成参数设定后，启动程序，激光打标机将自动进行钛合金波纹板表面微加工，完成一个方向的加工后，再进行与之垂直方向的激光微加工。
通过移动XY方向工作台来实现换热板其它区域的微加工。
加工完成后，测得波纹板与水的接触角为4.8°。
实施例五
用酒精将钛合金波纹板表面擦拭干净。设定单次加工范围为10cm×10cm，加工模式为相互垂直的沟槽型结构。设定激光中心线间距为0.1mm，激光移动速度为800 mm/s，激光输出功率为20W，频率为80KHz，并完成光斑对焦。
完成参数设定后，启动程序，激光打标机将自动进行钛合金波纹板表面微加工，完成一个方向的加工后，再进行与之垂直方向的激光微加工。
通过移动XY方向工作台来实现换热板其它区域的微加工。
加工完成后，测得波纹板与水的接触角为2.8°。
实施例六
用酒精将钛合金波纹板表面擦拭干净。设定单次加工范围为10cm×10cm，加工模式为相互垂直的沟槽型结构。设定激光中心线间距为0.1mm，激光移动速度为2000 mm/s，激光功率为20W，频率为60KHz，并完成光斑对焦。
完成参数设定后，启动程序，激光打标机将自动进行钛合金波纹板表面微加工，完成一个方向的加工后，再进行与之垂直方向的激光微加工。
通过移动XY方向工作台来实现换热板其它区域的微加工。
加工完成后，测得波纹板与水的接触角为2.7°。
对比例一
用酒精将钛合金波纹板表面擦拭干净。设定单次加工范围为10cm×10cm，加工模式为相互垂直的沟槽型结构。设定激光中心线间距为0.3mm，激光移动速度为1000 mm/s，激光输出功率为10W，频率为20KHz，完成光斑对焦。
完成参数设定后，启动程序，激光打标机将自动进行钛合金波纹板表面微加工，完成一个方向的加工后，再进行与之垂直方向的激光微加工。
通过移动XY方向工作台来实现换热板其它区域的微加工。
加工完成后，测得波纹板与水的接触角为60.6°。
对比例二
用酒精将钛合金波纹板表面擦拭干净。设定单次加工范围为10cm×10cm，加工模式为相互垂直的沟槽型结构。设定激光中心线间距为0.3mm，激光移动速度为2000 mm/s，激光输出功率为16W，频率为30KHz，并完成光斑对焦。
完成参数设定后，启动程序，激光打标机将自动进行钛合金波纹板表面微加工，完成一个方向的加工后，再进行与之垂直方向的激光微加工。
通过移动XY方向工作台来实现换热板其它区域的微加工。
加工完成后，测得波纹板与水的接触角为59.0°。

Claims (3)

1. 一种超亲水钛合金换热板的激光制备方法，其特征在于：采用激光波长为1.064 mm的激光打标机对板式换热器用钛合金波纹板进行激光微加工，形成微米级的相互垂直的沟槽型点阵结构，实现钛合金波纹板与水的接触角不大于5°；具体包括以下步骤：
步骤一：用酒精将钛合金波纹板表面擦拭干净，待用；
步骤二：设定单次加工范围，加工模式为相互垂直的沟槽型结构；
步骤三：设定激光中心线间距为0.02-0.1 mm，激光移动速度为100-3000 mm/s，激光输出功率为5-30 W，频率为20-80 KHz，并完成光斑对焦；
步骤四：完成参数设定后，启动程序，激光打标机将自动进行钛合金波纹板表面微加工，完成一个方向的加工后，再进行与之垂直方向的激光微加工，形成微米级的相互垂直的沟槽型点阵结构。
2.如权利要求1所述的超亲水钛合金换热板的激光制备方法，其特征在于：采用大型激光打标机实现钛合金波纹板的单次整体微加工处理；或是采用小型激光打标机通过手动调整或移动XY方向工作台来实现钛合金波纹板的多次局部微加工处理，通过同向拼接最终实现整体微加工处理。
3. 如权利要求1所述的超亲水钛合金换热板的激光制备方法，其特征在于：所述步骤三中设定激光中心线间距为0.02mm，激光移动速度100 mm/s，激光输出功率30W，频率20KHz。
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