[發(fā)明專利]一種應(yīng)用于碳鋼-水熱管的長(zhǎng)效表面涂層的形成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210276969.2
• 申請(qǐng)日: 2012-08-06
• 公開（公告）號(hào): CN103572267A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 夏翔鳴;譚金龍;王建文;張莉;王元華;侯峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)石油化工股份有限公司;中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工有限公司
• 主分類號(hào): C23C18/36
• 分類號(hào): C23C18/36
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 湯志武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于碳鋼-水熱管的長(zhǎng)效表面涂層的形成方法，具體地說(shuō)，是采用化學(xué)鍍的方法在熱管管殼內(nèi)外壁表面形成納米顆粒Ni-P-SiO₂復(fù)合涂層，從而使管殼內(nèi)壁材料不會(huì)與工作介質(zhì)反應(yīng)生成氫氣，同時(shí)使管殼外壁材料具有抗露點(diǎn)腐蝕的能力。

背景技術(shù)

熱管是一種新型、高效的傳熱元件，它可將大量熱量通過(guò)其很小的截面積遠(yuǎn)距離地傳輸而無(wú)需外加動(dòng)力。熱管因具有很高的導(dǎo)熱性、優(yōu)良的等溫性、恒溫特性等許多優(yōu)良特性，而被廣泛應(yīng)用于化工及石油化工行業(yè)、冶金行業(yè)、電子電器工程中。我國(guó)自80年代初開始將熱管研究及開發(fā)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向節(jié)能及能源的合理利用，重點(diǎn)開發(fā)了容易在工業(yè)中推廣使用的碳鋼—水熱管換熱器。碳鋼—水熱管的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，但由于作為殼體的碳鋼和作為工作介質(zhì)的水在一定溫度條件下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，氫氣是一種不凝性氣體，熱管工作時(shí)氫氣會(huì)被蒸汽流吹掃到冷凝段聚集起來(lái)形成氣塞，從而使有效冷凝面積減小，傳熱性能惡化，嚴(yán)重時(shí)冷凝段全部被不凝性氣體占據(jù)導(dǎo)致熱管失效。因此如何解決碳鋼—水熱管的相容性問(wèn)題成了人們研究的重點(diǎn)。

目前解決碳鋼水熱管不相容的方法有兩類，第一類是阻止或延緩熱管內(nèi)碳鋼和水生成氫氣的反應(yīng)，第二類是在反應(yīng)發(fā)生后用各種方法消除氫氣。在實(shí)際使用中多采用第一類方法，因?yàn)榈诙惙椒m然能將產(chǎn)生的氫氣除去，但管壁材料會(huì)隨著工作時(shí)間的增長(zhǎng)發(fā)生腐蝕，引起強(qiáng)度下降，甚至?xí)┛资篃峁芡耆В浯蝺?chǔ)氫合金或固態(tài)氧化劑的添加會(huì)增加熱管制造成本，還會(huì)給制造過(guò)程帶來(lái)一定的麻煩。在解決相容性問(wèn)題時(shí)，人們采用管壁鈍化和加緩蝕劑的雙重手段，但不管是理論研究還是實(shí)踐證明，該法只能減緩不凝性氣體的產(chǎn)生而不能徹底消除之，現(xiàn)在碳鋼水熱管的使用壽命在2-3年，仍遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)需要。

同時(shí)在空氣預(yù)熱器中使用碳鋼-水熱管還面臨著露點(diǎn)腐蝕的問(wèn)題，這是因?yàn)橛脕?lái)預(yù)熱空氣的煙氣中會(huì)含有約0.2%的二氧化硫，其中1%~2%的二氧化硫經(jīng)灰分和金屬氧化物等的催化作用而生成三氧化硫，它再與燃燒氣體和空氣中所含的水分結(jié)合生成硫酸，當(dāng)環(huán)境溫度處于130～150℃以下時(shí)，煙氣中的硫酸出現(xiàn)露點(diǎn)，即在金屬表面凝結(jié)并對(duì)其產(chǎn)生腐蝕。該設(shè)備腐蝕問(wèn)題，與普通的大氣腐蝕不同，這種腐蝕不僅使普通碳鋼遭受腐蝕，而且使不銹鋼也受腐蝕。因此有必要研發(fā)一種外壁能抗露點(diǎn)腐蝕的長(zhǎng)效熱管。

發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是研制一種應(yīng)用于碳鋼-水熱管的長(zhǎng)效表面涂層的形成方法，本方法采用化學(xué)鍍的方法在熱管內(nèi)、外壁形成復(fù)合涂層，既可阻止內(nèi)壁碳鋼和水發(fā)生反應(yīng)生成氫氣，防止氫氣積聚在冷凝段影響傳熱，又可提高熱管外壁的耐露點(diǎn)腐蝕能力，從而提高熱管的使用效率和壽命。

本發(fā)明所述應(yīng)用于碳鋼-水熱管的長(zhǎng)效表面涂層的形成方法是在管殼內(nèi)外壁鍍有納米顆粒強(qiáng)化Ni-P-SiO₂復(fù)合涂層，該涂層是采用化學(xué)鍍的方法形成，具體形成步驟如下：

1）含納米顆粒的鍍液制備

1.1在以下組分中加入去離子水形成鍍液，鍍液中各組分的質(zhì)量比如下：檸檬酸1%-2%、乳酸0.002%-0.005%、醋酸鈉1%-2%、硫酸鎳2%-4%、次亞磷酸鈉2-4%、丙酸0.002%-0.003%、碘化鉀0.01%-0.02%、十一烷基苯磺酸鈉0.001%-0.002%、水，余量；

1.2在鍍液中添加鍍液質(zhì)量的0.5-1%SiO₂納米顆粒，加入過(guò)程中需使用機(jī)械攪拌，

1.3對(duì)加入SiO₂的鍍液進(jìn)行超聲波分散，并調(diào)節(jié)鍍液pH值為4.0±0.5，即可得到含納米顆粒的復(fù)合鍍液；

2）管殼內(nèi)外壁材料的預(yù)處理

先對(duì)管殼內(nèi)外壁進(jìn)行噴砂處理完成除銹，使工件的表面得到初步的清潔并形成粗糙度，再將管殼放入溫度為60-70℃的堿性脫脂浴中進(jìn)行化學(xué)除油，最后再將管殼放入wt5%-8%的稀硫酸溶液中進(jìn)行酸性活化；

3）管殼內(nèi)外壁Ni-P-SiO₂復(fù)合鍍層的施鍍

將步驟1）制得的鍍液加熱到70℃，然后再將步驟2）得到的管殼置于鍍液，再將鍍液加熱到80℃，并使化學(xué)鍍的過(guò)程中鍍液溫度維持在80±5℃，即可在管殼內(nèi)外壁形成納米顆粒強(qiáng)化Ni-P-SiO₂復(fù)合涂層。

上述的化學(xué)鍍施鍍時(shí)間為2-4小時(shí)。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1）抑制不凝性氣體的生成，提高傳熱性能