本發明專利技術公開了一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構及其制備方法，包括金屬基體，金屬基體上具有雙連續的納米多孔結構；納米多孔結構的孔徑尺寸為10nm~9μm。本發明專利技術成本低，操作過程簡單，且通過脫合金工藝優化及后續熱處理工藝可對納米多孔金屬表面結構的孔徑尺寸、比表面積、表面浸潤性等強化沸騰關鍵表面參數進行調控，以滿足不同強化沸騰性能要求。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及
，特別涉及。
技術介紹
隨著現代工業的進展，能源的不斷消耗，節約和有效利用自然資源更廣泛地受到了人們的關注。在能源的利用和傳遞中，有效的強化傳熱過程對于提高整個傳熱系統的效率和降低設備的投資與運行費用至關重要。目前，強化沸騰傳熱的主要方法是改善傳熱表面結構。多孔結構作為常用的表面結構，從20世紀60年代開始發展，現今已成為工業應用前景廣泛的強化沸騰結構。傳統多孔結構的制作方法中，燒結粉末法和機械加工法的強化效果最好。但是，粉末燒結法沸騰嚴重滯后，加工能耗大，機械加工法孔隙率小，加工尺寸要求嚴格。隨著微納米技術的發展，強化沸騰傳熱的微尺度多孔表面逐漸受到人們的關注。 微納米尺度多孔結構的存在可以有效提高加熱壁面的比表面積、改變固液界面的浸潤特性、提 高汽泡成核密度及脫離頻率，從而提高沸騰換熱能力。強化傳熱沸騰的納米多孔金屬表面更是在結構穩定性、力學性能、熱導率等方面具有獨特的優勢，具有很好的研究及應用價值。目前，制備納米多孔金屬結構比較成熟的方法主要有模板法和脫合金法。模板法制備過程復雜、成本較高，不適合批量生產；而脫合金法主要用來制備納米多孔塊體金屬材料。因此，目前沒有合適的開發低成本、易批量化的納米多孔強化沸騰結構的制備工藝。
技術實現思路
本專利技術的專利技術目的是針對現有納米多孔強化沸騰結構的技術不足，提供一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構。進一步地，提供一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構的制備方法。為實現上述專利技術目的，本專利技術采用的技術方案為提供一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構，包括金屬基體，金屬基體上具有雙連續的納米多孔結構；納米多孔結構的孔徑尺寸為15nnTlum。優選地,所述金屬基體為銅。進一步地，提供一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構的制備方法，包括如下步驟1)熱浸鍍鋅，實現表面合金化，形成CU-Zn前驅體合金層；2)脫合金化處理，實現Zn組分的選擇性溶解，形成納米多孔銅表面結構；3)后續熱處理。優選地，步驟(I)中所述熱浸鍍鋅過程為將金屬基體浸潰于500°C飛40°C的鋅浴中保持3mirT5min，以確保金屬的組分滿足臨界脫合金組分的要求。優選地,所述Cu-Zn前驅體合金層主要由Y -Cu5Zn8和β -CuZn形成。優選地，步驟(2)中所述脫合金化處理的過程為進行化學或電化學腐蝕，通過控制電解質溶液的組分與腐蝕時間實現納米多孔表面孔徑、形貌的調節；其中，電解質溶液的組分為O. 001 M/L O. 01M/L的硫酸，電解質溶液的外加電勢相對于汞一硫酸亞汞電極 (MSE)的參比電極在-O. 5^-0.1v,電解質溶液的溫度為25°C 60°C。優選地，步驟(3)中所述后續熱處理過程為置于氫氣或氬氣氣氛保護燒結爐中， 燒結溫度為200°C 600°C，燒結時間為O. 5hr 2hr，以進一步調節孔徑尺寸及形貌。本專利技術相對于現有技術，具有以下有益效果本專利技術成本低，操作過程簡單，且通過脫合金工藝優化及后續熱處理工藝可對納米多孔金屬表面結構的孔徑尺寸、比表面積、表面浸潤性等強化沸騰關鍵表面參數進行調控，以滿足不同強化沸騰性能要求。附圖說明圖1為熱鍍鋅形成Cu-Zn前驅體合金層的示意圖；圖2為脫合金化形成的納米多孔銅表面結構的掃描電鏡圖； 圖3為納米多孔金屬表面和光滑金屬表面過熱度的比較示意圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例對本專利技術的專利技術目的作進一步詳細地描述，實施例不能在此一一贅述，但本專利技術的實施方式并不因此限定于以下實施例。除非特別說明，本專利技術采用的材料和加工方法為本
常規材料和加工方法。入圖1和2所示，一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構，包括銅金屬基體，金屬基體上具有雙連續的納米多孔結構；納米多孔結構的孔徑尺寸為10ηπΓ9μπι。上述納米多孔強化沸騰金屬表面結構的制備方法，包括如下步驟(I)金屬基體的預處理用質量分數5%的氫氧化鈉溶液對銅基材料除脂，再用5%鹽酸溶液浸洗后助鍍，助鍍劑配方為180 g/LZnCl2； 120g/L NH4Cl。(2)熱鍍鋅；將預處理后的銅基材料浸潰于540°C鋅浴中2min，水冷，表面合金化形成厚約20um的Cu-Zn前驅體合金層；(3)將表面合金化的銅基材料浸潰于5wt %NaOH溶液中脫合金化，控制反應溫度為 25°C，反應時間48h。(4)將脫合金化的銅基材料用去離子水和酒精依此漂洗，并用氮氣吹干。所得納米多孔強化沸騰金屬表面如圖1所示，厚度約為20um，具有雙連續的納米多孔結構，結構分布均勻，如圖2所示，平均孔隙尺寸為IlOum左右，孔隙率為此處為確切的數值，因為通過熱浸鍍方法獲得的熱浸鍍層組分存在梯度33 44%，接觸角約為54°，浸潤性能良好，孔隙形成的通道有利于氣體的逃逸，增加汽化核心的數目，表現出強化沸騰的良好效果。如圖3所示，納米多孔金屬表面的過熱度明顯要比同一熱流密度下的光滑金屬表面小，在20KW/m2時過熱度減小達63. 3%。上述實施例僅為本專利技術的較佳實施例，并非用來限定本專利技術的實施范圍。即凡依本
技術實現思路
所作的均等變化與修飾，都為本專利技術權利要求所要求保護的范圍所 涵蓋。權利要求1.一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構，其特征在于包括金屬基體，金屬基體上具有雙連續的納米多孔結構；納米多孔結構的孔徑尺寸為15nnTlum。2.根據權利要求1所述的納米多孔強化沸騰金屬表面結構，其特征在于所述金屬基體為銅。3.如權利要求2所述的納米多孔強化沸騰金屬表面結構的制備方法，其特征在于包括如下步驟1)熱浸鍍鋅，實現表面合金化，形成Cu-Zn前驅體合金層；2)脫合金化處理，實現Zn組分的選擇性溶解，形成納米多孔銅表面結構；3)后續熱處理。4.根據權利要求2所述的納米多孔強化沸騰金屬表面結構的制備方法，其特征在于步驟(I)中所述熱浸鍍鋅過程為將金屬基體浸潰于500°C飛40°C的鋅浴中保持3mirT5min，以確保金屬的組分滿足臨界脫合金組分的要求。5.根據權利要求2所述的納米多孔強化沸騰金屬表面結構的制備方法，其特征在于所述Cu-Zn前驅體合金層主要由Y -Cu5Zn8和β -CuZn形成。6.根據權利要求2所述的納米多孔強化沸騰金屬表面結構的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述脫合金化處理的過程為進行化學或電化學腐蝕，通過控制電解質溶液的組分與腐蝕時間實現納米多孔表面孔徑、形貌的調節；其中，電解質溶液的組分為O.001 M/L O. 01M/L的硫酸，電解質溶液的外加電勢相對于汞一硫酸亞汞電極的參比電極在-O. 5^-0.1v,電解質溶液的溫度為25°C 60°C。7.根據權利要求2所述的納米多孔強化沸騰金屬表面結構的制備方法，其特征在于步驟(3)中所述后續熱處理過程為置于氫氣或氬氣氣氛保護燒結爐中，燒結溫度為·2000C 600°C，燒結時間為O. 5hr 2hr，以進一步調節孔徑尺寸及形貌。全文摘要本專利技術公開了，包括金屬基體，金屬基體上具有雙連續的納米多孔結構；納米多孔結構的孔徑尺寸為10nm~9μm。本專利技術成本低，操作過程簡單，且通過脫合金工藝優化及后續熱處理工藝可對納米多孔金屬表面結構的孔徑尺寸、比表面積、表面浸潤性等強化沸騰關鍵表面參數進行調控，以滿足不同強化沸騰性能要求。文檔編號C22C1/08GK10299479本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種納米多孔強化沸騰金屬表面結構，其特征在于：包括金屬基體，金屬基體上具有雙連續的納米多孔結構；納米多孔結構的孔徑尺寸為15nm~1um。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：湯勇，唐彪，沈玉琴，陸龍生，關沃歡，
申請(專利權)人：華南理工大學，
類型：發明
國別省市：
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