[发明专利]改善传热表面液体流动性能的方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过化学氧化传热表面或在富氧气氛中加热传热表面来改善传热表面的液体流动性能如其润湿性和毛细管流动的方法。本发明还涉及使用该方法制备的传热表面的应用。

背景技术

术语传热表面是指借助传热液体来参与热能传递的任何表面，所述传热液体可平行于所述表面或与其垂直。传热液体可以是任何液体，特别是含有电极化分子的液体，如水。在电极化分子中，其正电荷和负电荷不对称分布。

传热表面通常不同于基本上光滑的表面，传热表面借助各种方法制得，使得表面层通过包含缝、槽、网状结构、涂覆粉末的表面、海绵状表面、凹坑、突起或者不同类型的翅或孔的精细结构来结构化。传热表面可以是金属、陶瓷、聚合或复合材料。传热表面的基底金属有利地为铜、铜合金、铝、铝合金或钢。传热表面的精细结构可通过如轧制、拉伸、挤出、海绵状表面处理、喷砂来制备，或者通过结合到由粉末、晶须、片、颗粒、线、网或它们的组合制得的金属粗糙表面层(特别是由铜或铜合金制成的)的表面上来制备。也可以使用上述方法的组合来制备这种精细结构表面。所述结合法可选自：烧结、硬焊、软焊、焊接、胶合、轧制或如等静压加工的机械结合。所选择的结合法也可以为上述所列那些方法的组合。例如在下面的专利公开中描述了不同的用于制备和结合传热表面结构的技术：美国专利No.3,821,018和4,064,914，其公开了在铜基底材料的表面上形成多孔金属层。日本专利申请61228294公开了一种在加热系统管路的内表面上形成多孔金属层的方法，日本专利申请2175881公开了将基于粉末的层结合到传热管路内表面，中国专利申请1449880公开了一种在管表面上形成多孔表面的低温烧结方法以及芬兰专利申请20040760公开了通过硬焊料混合物将铜或铜合金粉末结合到传热表面。

传热表面的液体流动性能一般情况下包括表面润湿性和毛细管流动，所述表面润湿性是指液体在表面上的行为，所述毛细管流动是指液体进入毛细管间隙并且所述液体由于毛细管力流入毛细管间隙的能力。如果液滴在表面上展开以形成薄液体层，则认为表面润湿性好。如果液滴在表面上形成半球形液滴，则认为表面润湿性差。润湿性受液体组成、表面的微结构和化学亲和力、环境大气的温度和性质/压力影响。分别地，毛细管力通过液体达到最小表面能空间的状态的趋势来确定。控制毛细管流动的关键变量是毛细管间隙的宽度。随着间隙宽度减小，毛细管力呈指数增加，直到间隙窄到阻止液体进一步进入。但是，现有技术的公开内容基本上都忽略了传热表面的液体流动性能如其润湿性和毛细管流动的作用。

发明内容

本发明的目的是通过化学氧化传热表面或在富氧气氛中加热该表面来克服现有技术的缺点并改善传热表面的液体流动性能(如润湿性和毛细管流动)，以及提供根据本发明制备的传热表面在不同应用中的用途。本发明的主要特征在所附权利要求中公开。

在根据本发明方法的实施方案中，首先制备由金属、陶瓷、聚合或复合材料或它们的组合制成的金属部件的表面或者有利地由铜、铜合金、铝、铝合金或钢制成的金属部件的表面，以形成具有所希望的精细结构的传热表面。根据本发明，使用至少一种化学氧化剂或通过在富氧气氛中加热表面来氧化所述具有传热表面的部件，以改善所述表面的液体流动性能，如润湿性和毛细管流动。也可以在部分地基于使用至少一种化学氧化剂和部分地基于在富氧气氛中加热的工艺中实施所希望的氧化效果的氧化。

在根据本发明的方法中，在氧气的体积浓度为0.01～100％、有利地为15～50％、更有利地为20～30％的气氛中，在0.1～60分钟、有利地为0.1～15分钟、甚至更有利地为1～5分钟的氧化时间期间，在50～1200℃、有利地为250～450℃并且甚至更有利地为300～400℃的温度下，氧化由金属、陶瓷、聚合或复合材料或它们的组合制成的、有利地为由铜、铜合金、铝、铝合金或钢制成的并具有传热表面的金属部件。本发明的一个优选实施方案将空气气氛用作热处理气氛。

根据本发明，还可以使用至少一种化学氧化剂来实现具有热处理表面的部件的氧化。适用于根据本发明方法的氧化剂有利地为例如亚氯酸钠、氯酸钠、高锰酸钾和过氧化氢，其中氧化时间为0.1～15分钟。

采用根据本发明方法氧化的表面与未氧化的表面相比，发现当用水作为传热液体时氧化表面的水润性大大优于未氧化表面的水润性。与水润性差的未氧化表面相比，经过类似处理的精细结构表面的水润性甚至得到更大改善。此外，改善了毛细管流动，使得液体不仅水平流动而且沿垂直面流动。在未氧化表面上毛细管流动慢得多。