[发明专利]一种高通量换热管及其制备方法和应用

说明书

本发明属于热交换材料领域，具体涉及一种高通量换热管及其制备方法和应用。通过阴极旋转电沉积的方法，将一种的复合材料均匀沉积在换热管的表面，获得一种高通量换热管。本发明提出的换热管的制备方法，是在电沉积过程中阴极样件匀速转动，阳极的四个极板对称环绕在工件（阴极）的周围，能够获得组织均匀致密且具有高的导热性能的沉积层，使换热管类部件的散热效率可以提高10~25%，大大提高了热交换领域部件的工作效率。

技术领域

本发明属于热交换材料技术领域，具体涉及一种高通量换热管及其制备方法和应用。

背景技术

金属基复合材料是以金属及其合金为基体，与一种或几种金属或非金属增强相人工结合成的复合材料，相比一般的复合材料，具有高的比强度、比模量、耐磨损性能、导热导电性能以及热稳定性好等特点，成为一个材料技术研究开发的重要领域。石墨烯具有优异的综合性能，电子迁移率可以达到1×10⁵cm²/Vs，杨氏模量为1TPa，抗拉强度为130GPa，热导率为5300W/(m·K)；同时，石墨烯是一种SP₂杂化的蜂窝状晶格结构，这些优异的结构与性能使石墨烯成为金属基复合材料增强相的最佳选择之一。

金属基石墨烯复合材料的制备方法主要有粉末冶金法、水热合成法、电化学沉积法等。粉末冶金法具有成本低、产量高、工艺简单等特点，但容易混入杂质并存在宏观缺陷；水热合成法可以获得高质量的增强体分散均匀的金属基石墨烯复合材料，但成本高、工艺复杂、产量低；电化学沉积法具有工艺效率高、沉积层可控、成本低等特点。

换热管是换热器的元件，用于两介质之间的热量交换，具有良好的导热性能与等温性能，在热传递的过程中损耗较小，常见的换热材料有铜、铜合金、铝合金、石墨等。一般的高通量换热管是一种通过粉末冶金法在换热管表面烧结一层具有特定结构的多孔高效换热管，它的导热性能要优于普通的换热管。随着科学技术的发展，对材料的性能提出了越来越高的要求，传统的换热管的性能已经难以满足实际需求，迫切需要开发一种高效的高通量换热管制备方法。

发明内容

在现有电沉积的基础上，本发明提出了一种高通量换热管的制备方法，解决了目前换热管导热性能满足不了工程应用要求的问题。本发明提出的阴极旋转电沉积的新方法，将石墨烯/金属基复合材料均匀沉积在换热管基管层表面，获得一种新型的高通量换热管，不仅具有电沉积方法的优点，而且具有稳定的高质量沉积层、第二相分布均匀、工艺高效可控等特点。

本发明的技术方案是：

首先，配置铜基石墨烯复合材料沉积液，配置方法为：

（1）配置石墨烯悬浮液，加入聚二硫二乙烷磺酸钠（沪试），进行磁力搅拌，搅拌速度为3000rpm，时间为40min。

（2）配置五水硫酸铜溶液，加入氯离子（添加氯化钠、氯化锌或三氯化铬中的任意一种以提供氯离子），进行机械搅拌500r/min，时间为20min。

（3）将石墨烯悬浮液加入五水硫酸铜溶液中，在水浴锅中进行高速匀质分散，水浴锅温度为65℃，匀质分散速度为5000r/min，时间为40min，得到最终的复合电沉积液。

上述电沉积液的组成为：CuSO₄·5H₂O浓度100~220g/L，石墨烯片 (Gr)浓度0.05~0.3g/L，聚二硫二乙烷磺酸钠浓度25~50mg/L，氯离子（Cl^-）浓度10~30mg/L（氯化钠、氯化锌或三氯化铬中的任意一种），余量为去离子水。

其次，对换热管表面进行酸洗处理，使用5%的稀盐酸溶液进行浸泡或清洗10分钟，除去表面的油垢与氧化膜。

再次，用配置好的电沉积液，使用脉冲电沉积法在水浴锅中对换热管进行阴极旋转电沉积，获得均匀的高质量沉积层。