[其他]多孔表面传热元件电化学制造方法

说明书

本发明为不锈钢多孔表面传热元件的电化学制造方法。根据孔蚀原理，通过阳极极化，在不锈钢表面腐蚀出均匀的多孔层，而材料性能不受影响。这些蚀孔作为汽化核心，可提高传热效率，降低沸腾温差。多孔表面传热元件可用以制造低温差换热设备。为适应不同换热设备的需要，本发明还设计了直管内表面及蛇形管外表面多孔层的加工装置。

本发明涉及一种以不锈钢工作为正极，使其在电解质溶液中阳极极化发生局部腐蚀形成表面多孔层的多孔表面传热元件制作方法。

多孔表面传热元件，由于有多孔层作为汽化中心，可在低温差下保持高效沸腾传热。多孔表面传热元件的应用，可使工业热能得到充分利用，化工过程得到强化，还可广泛用于低品位余热的回收。

传热元件多孔层的制造，通常有烧结法、机加工法、电镀法和火焰喷涂法。这些方法制造工艺复杂，成本高，而且难于在传热管的内表面造孔。

日本公开特许报《昭53-138969》、《昭54-76440》提出了金属管外表面多孔层的电解加工方法，该方法较前几种方法加工简单，成本较低。对不锈钢传热管外表面多孔层的制造，其具体步骤为：先将奥氏体不锈钢管在400-850℃下进行晶间敏化热处理（推荐650℃下加热1.5小时，炉冷20小时）;再将不锈钢管置2.4NHCl溶液中浸渍4-6小时，进行预腐蚀;最后将不锈钢置NaCl和HCl混合溶液中，在搅拌条件下进行电解加工1.5-4小时，制造出表面多孔层。

在电解加工前引入晶间腐蚀敏化热处理和HCl溶液预腐蚀等工序，存在下列弊端：（1）电解时蚀孔必定优先在晶粒边界密集诱发，势必造成蚀孔分布不均匀，从而影响传热效率的提高。（2）发生晶间腐蚀，使材料强度受到影响。（3）使制造周期延长，成本增加。

这些不利因素是由于把多孔表面传热管的制造方法，建立在晶间腐蚀的理论基础上造成的。

本发明的目的，是提出一种直接电解加工，制造不锈钢多孔表面传热元件的方法，使制造周期缩短，蚀孔分布较前述非直接电解加工法所得的孔分布更均匀。为适应各种传热设备的需要，本发明还提出了不锈钢直管内表面和蛇形管外表面多孔层的制造方法。

本发明的要点是用氧化性氯化物盐FeCl₃溶液做电解液，将不锈钢直接阳极极化发生局部腐蚀制取多孔表面传热元件。

以小孔腐蚀原理为理论基础，根据发明者对不锈钢小孔腐蚀的多年研究经验，归纳出发生孔蚀的基本条件为：（1）环境介质中必须存在临界浓度以上的活性阴离子;（2）材料-介质体系的温度必须高于孔蚀临界温度（T_c）;（3）材料的电极电位必须高于孔蚀临界电位E_b。本发明采用FeCl₃溶液作电解液，其中所含的活性阴离子Cl^-，是破坏不锈钢表面钝化膜，使蚀孔得以诱发所需的离子;而Fe³⁺离子，则用以维持介质的氧化性，保证被加工工件的电位高于孔蚀临界电位E_b。

本发明所采用的极化电流密度为8-15A/dm²，通电时间为40-80分钟，电解液含FeCl₃的浓度在1-15%范围内，其中以2-4%的浓度效果较好。工作温度应保持在孔蚀临界温度以上，对于18-8类型不锈钢工件，温度可在25-45℃范围内;对25-20类型不锈钢工件，温度可在30-50℃范围内。

不锈钢管外表面造孔，可以直接在电解槽中进行。将用有机溶剂洗净油污后的不锈钢工件置于FeCl₃电解液中，工件接正极，辅助电极（可有碳钢或不锈钢）接负极，按本发明提供的参数通电极化，便能获得均匀的表面多孔层。为使工件受腐蚀均匀，必须保持电力线均匀分布。加工直管时，可用定位卡环保持阴阳极同心;加工蛇形管时，可在管盘内外都安装上阴极，如将阴极做成套筒形式，并使管盘内外的阴极套同心。电解槽中还需安装控温设备。由于蛇形管被加工表面较大，单位时间内送入电解槽的电功率比较大，通电后电解液和工件的温度会急剧上升，为控制温度，可用被加工的蛇形管本身作为换热器，在管子内部通冷却液降温。