[发明专利]一种纳米化学镀层及其制备方法和应用

说明书

一种纳米化学镀层及其制备方法和应用，包括顺次排列的基材层、第一镀层和第二镀层，所述第一镀层为Ni‑P‑Cu层；所述第二镀层为Ni‑P‑Cu‑TiO₂层，沿基材层到第二镀层表层的方向上TiO₂浓度由零增大至3~7%，并呈线性增加。所述纳米化学镀层是在预处理后的基材层表面依次将各镀层化学镀，TiO₂浓度呈线性增加。本发明的纳米化学镀层可应用于换热器，作为表面凝结换热镀层。其镀层中含有的TiO₂使得镀层表面疏水，提高了换热设备的换热效率，TiO₂浓度的线性增大使得TiO₂颗粒同基体表面之间的结合力增加，减小镀层间的内应力，提高镀层的耐磨、耐蚀能力，镀层不易脱落。

技术领域

本发明涉及一种纳米化学镀层，尤其是涉及一种在凝结换热表面实现滴状凝结并具有阻垢功能的镀层，属于表面工程技术领域。

背景技术

凝结换热的设备，如电厂凝汽器，广泛的存在换热能力不足、污垢沉积等问题。

换热能力不足是由于膜状凝结热阻较大所限制，膜状凝结时液膜铺展在换热表面，造成很大热阻，与膜状凝结相对应的凝结换热方式是滴状凝结，滴状凝结时，凝结液在换热表面形成一个个液滴，热阻小，传热系数大。实现滴状冷凝的途径获得低表面能的换热面，目前主要的方法有电镀贵金属、表面涂覆有机促进剂、分子自组装膜等。各种方法都会存在不同的问题，电镀贵金属价格昂贵，有机促进剂、分子自组装膜与基体结合力差，造成涂层寿命短。

在换热设备表面，一些污垢，如钙离子、镁离子等，会沉积在换热表面，一般，这些污垢传热系数较低，会增大换热热阻，较低换热设备换热效率，并且污垢会减小流体流通面积，增大设备压降，造成流体输运设备能耗增加。现有解决该问题的方法有添加化学阻垢剂、机械清洗、施加磁场等方法。但是现有方法还是存在一定问题。添加化学阻垢剂会造成污染，机械清洗和施加磁场方法会增大设备能耗，效果也很难保证。

Ni-P、Ni-Cu-P等为基础成分的化学镀层因其具有高硬度、高耐磨性和优良的抗蚀性，现已广泛用于钢、铜、塑料、陶瓷等材料的防护和装饰方面，是一种极有希望的新型表面强化材料。现有技术中，化学镀层应用到许多领域。

中国专利“铝制品表面Ni-Cu-P/纳米TiO₂化学复合镀层的制备方法”（申请号：CN201010228626.X）提出一种方法，在镁合金表面制备单层Ni-Cu-P/纳米TiO₂化学复合镀层，利用TiO₂特性提升镀层抗菌功能。

中国专利“铝制品及其制备方法”（申请号：CN201110403314.2）提出一种方法，在铝金属表面制备Ni-Cu-P/Ni-P双层镀层，实现电磁屏蔽功能及防腐功能。

中国专利“一种带Ni-Cu-P-TiN负荷镀层的防腐抗磨材料及其制备方法”（申请号：CN201410481915.9）提出一种方法，在金属表面制备Ni-P/Ni-Cu-P/Ni-Cu-P-TiN三层化学复合镀层，用于提高金属表面的耐磨及防腐能力，提高涂层刮刀性能。

上述三个专利使用不同的配方和不同的制备方法，得到具有不同特性的化学镀层。但是在强化滴状凝结、凝结换热领域，没有开展研究。

中国专利“一种实现滴状冷凝传热的纳米颗粒强化复合镀层”（申请号：CN102134711A）提出一种方法，该方法在金属表面生成非晶态Ni-P-SiO₂复合化学镀层，形成镀层的厚度为20~30μm，表面能为25~30mN/m。该专利将化学镀应用到强化换热领域，在强化凝结换热方面有较好的效果。但是种制备方法SiO₂与基体的结合力较弱，镀层容易脱落。同时缺少对该镀层抗阻垢能力的研究。

因此，现有的化学镀层技术中缺乏一种降低换热器表面水凝结并同时具有阻垢功能的材料。

发明内容