[发明专利]一种电火花加工制备铜抗垢微纳复合结构层的方法

说明书

本发明公开了一种电火花加工制备铜抗垢微纳复合结构层的方法，是将铜块安装在电火花成型机夹具上，确保铜块与夹具充分接触；调整电火花加工液喷嘴喷射方向指向铜块表面，并与铜块表面形成2°～15°角度范围，设置电火花加工参数；开启电火花成型机加工铜块表面，加工深度为1～2mm，铜块表面均匀分布肉眼可见的电蚀特征结构，得到铜抗垢微纳复合结构层。本发明简单便捷，铜抗垢微纳复合结构层仅需一次加工工序即可制备完成，电火花加工液可回收继续使用，减少加工废液对环境的污染，降低废液处理所带来的额外开支。

技术领域

本发明涉及材料表面工程领域，特别涉及一种电火花加工制备铜抗垢微纳复合结构层的方法。

背景技术

铜基材料作为换热面材料，换热介质一般为自来水或工业用水，容易在换热面上产生水垢，使得换热面的换热效率降低，而且水垢的化学成分会腐蚀附着区域，缩短换热设备的使用寿命。

近年来，研究人员根据水垢的特点开发了各种抗垢涂层及其制备技术，并系统研究抗垢机理，发现低表面能可以影响水垢在换热表面的附着作用，降低污垢在换热表面的附着量，实现表面抗垢性。常见的表面抗垢涂层的制备技术主要包括化学气相沉积、化学镀、电化学沉积、自组装技术、溶胶凝胶法、离子注入法等方法，这些方法中以化学方法为主，通过化学反应制备一层或多层薄膜在换热表面，该薄膜具有低表面能，降低了污垢在换热面的附着。但化学法制备的抗垢涂层受制备方法的影响，其缺点也很明显：首先，由于换热界面是热交换效应集中区域，涂层受沸腾传热过程中产生的气泡振动和热流交换影响，涂层和基体结合力大幅度降低，直接影响其使用寿命，并且脱落后的涂层混在换热介质中造成污染和二次污垢沉积的危害；其次，抗垢涂层成分影响了换热效果，部分抗垢涂层以高分子材料作为其中组元之一，高分子材料的导热性能不如金属材料和部分非金属材料导热效果，使得该类型抗垢涂层的传热效果降低，虽然具有较好的抗垢性能但传热效率不能满足工况需要。同时，化学法制备表面抗垢涂层还受到制备规模、环境污染的影响，相应的制备成本较高，大规模工业化生产受到限制。因此，为了简单、绿色、环保的制备抗垢涂层，延长抗垢涂层的使用寿命，并且兼顾传热性能，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种传热效率高、环境友好、成本低、工艺简单的电火花加工制备铜抗垢微纳复合结构层的方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种电火花加工制备铜抗垢微纳复合结构层的方法，包括下述步骤：将铜块安装在电火花成型机夹具上，确保铜块与夹具充分接触；调整电火花加工液喷嘴喷射方向指向铜块表面，并与铜块表面形成2°～15°角度范围，设置电火花加工参数；开启电火花成型机加工铜块表面，加工深度为1～2mm，铜块表面均匀分布肉眼可见的电蚀特征结构，得到铜抗垢微纳复合结构层。

所述的铜块切割成长度为10～20mm，宽度为10～20mm，高度为3～10mm的小块。

所述的电火花加工液为市场常规销售的电火花加工液，其理化指标为：闪点(闭口)＞80℃，运动黏度(40℃)范围1.3～2.2mm²·s^-1，倾点＜-15℃，酸值范围0.01～0.06mgKOH·g^-1，赛波特色度＞+30，苯胺点＞85℃，芳烃(FIA分析)＜0.5％，无抗氧剂。电火花加工液还可以是去离子水。

所述的电蚀特征结构为电火花加工完成后，在宏观肉眼观察下，被加工试样表面均匀分布着无方向性的微小凹坑和硬凸边。

所述微纳复合结构层由典型的电火花加工微观形貌特征组成，包括纳米孔洞、微米坑、重熔区、熔珠和热应力裂纹，是具有低表面能(1.553～6.025mJ·m^-2)的疏水表面。

所述的电火花加工参数为：电流为15～20A、脉宽为80～100μs、占空比为80％、间隙电压为40V、加工深度为1～3mm。