專利名稱：一種金屬纖維多孔表面換熱管的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于換熱管制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種金屬纖維多孔表面換熱管的制備方法。
背景技術(shù)：
換熱器是能源轉(zhuǎn)換、傳遞、存儲以及利用四個環(huán)節(jié)中的關(guān)鍵設(shè)備，是現(xiàn)代工業(yè)運行和降低能耗的關(guān)鍵，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系著整個生產(chǎn)系統(tǒng)是否正?？煽窟\行，同時也在很大程度上決定了工業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟性。管束沸騰換熱廣泛應(yīng)用于石油化工企業(yè)和發(fā)電廠的蒸發(fā)器、重沸器等多種傳熱設(shè)備上，其中換熱管在換熱器中起到了重要作用，換熱管換熱效率的高低直接影響換熱器的傳熱效果。金屬多孔表面換熱管由于其獨特的強化傳熱機理和優(yōu)良的傳熱性能，已成為一種具有廣泛應(yīng)用前景的新型換熱管。目前制備金屬多孔表面管的方法主要有兩種機械加工法和粉末燒結(jié)法。機械加工法對管材的原始尺寸公差要求嚴格，且只適用于軟金屬材料，雖然可以大量生產(chǎn)多孔管，但是它無法加工很小的孔隙，因而對其傳熱性能的提高有限。粉末燒結(jié)法制備的多孔表面管加工工藝復(fù)雜、連通性較差，且在高溫下容易產(chǎn)生退火變形，不適合不規(guī)則表面的加工制作，而且不能用此方法制備高孔隙率多孔表面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種制備方法簡單、設(shè)計合理、易于實現(xiàn)的金屬纖維多孔表面換熱管的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種金屬纖維多孔表面換熱管的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、將金屬管和金屬纖維氈放入超聲波清洗機中進行清洗，清洗干凈后烘干備用;步驟二、將步驟一中烘干后的金屬纖維氈放入燒結(jié)爐中預(yù)燒結(jié)，所述預(yù)燒結(jié)溫度為400°C 800°C，保溫時間為Ih 2h ;步驟三、將聚乙烯醇加入去離子水中，配制成聚乙烯醇溶液，然后將金屬粉末加入所述聚乙烯醇溶液中，攪拌均勻后得到懸浮液；所述懸浮液中聚乙烯醇、金屬粉末和去離子水的質(zhì)量比為2 6:5 12:100。步驟四、將步驟三中所述懸浮液均勻涂覆在所述金屬纖維氈表面，并將涂覆后的金屬纖維氈包覆在金屬管外表面，烘干；步驟五、將步驟四中包覆有金屬纖維氈的金屬管置于燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，之后隨爐冷卻，得到由金屬管和多孔表面層構(gòu)成的金屬纖維多孔表面換熱管；所述燒結(jié)溫度為950°C~ 1300°C，保溫時間為Ih 3h。上述的一種金屬纖維多孔表面換熱管的制備方法，其特征在于，步驟一中所述金屬管為不銹鋼管；所述金屬纖維氈為不銹鋼纖維氈，所述不銹鋼纖維氈的纖維絲徑為Φ6μπι Φ 80 μ m ;步驟ニ中所述預(yù)燒結(jié)保護氣氛為氫氣、氬氣或真空；步驟五中所述燒結(jié)保護氣氛為氫氣、氬氣或真空；步驟三中所述金屬粉末為不銹鋼粉末，所述不銹鋼粉末粒度為一800目 + 3000目。上述的ー種金屬纖維多孔表面換熱管的制備方法，其特征在于，步驟一中所述金屬管為銅管；所述金屬纖維氈為銅纖維氈，銅纖維氈的纖維絲徑為Φ30μπι Φ80μπι;步驟ニ中所述預(yù)燒結(jié)保護氣氛為氫氣；步驟五中所述燒結(jié)保護氣氛為氫氣；步驟三中所述金屬粉末為銅粉末，所述銅粉末粒度為ー 800目 十3000目。上述的ー種金屬纖維多孔表面換熱管的制備方法，其特征在于，步驟一中所述超聲波清洗機中的清洗劑為無水こ醇，所述無水こ醇為分析純；所述超聲波頻率為30kHz 50kHz，清洗溫度為30°C 50°C，清洗時間為5min 15min。上述的ー種金屬纖維多孔表面換熱管的制備方法，其特征在于，步驟五中所述多孔表面層的孔隙率為80% 95%，多孔表面層的厚度O. 5mm 2mm。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點I、本發(fā)明制備方法簡單，設(shè)計合理，易于實現(xiàn)。2、本發(fā)明制備的金屬纖維多孔表面換熱管具有孔隙度高、比表面積大、汽化核心數(shù)目多和傳熱效率聞等優(yōu)點。3、本發(fā)明制備的金屬纖維多孔表面換熱管能夠進行大規(guī)模生產(chǎn)，適合エ業(yè)化生產(chǎn)。下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進ー步的詳細描述。


圖I為本發(fā)明制備的金屬纖維多孔表面換熱管的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標記說明I一多孔表面層；2—金屬管；
具體實施例方式實施例I金屬纖維多孔表面換熱管的制備步驟一、將金屬管2和金屬纖維氈放入超聲波清洗機中清洗5min，然后烘干備用；所述超聲波清洗機中的清洗劑為無水こ醇，所述無水こ醇為分析純；所述超聲波頻率為30kHz，清洗溫度為50°C;所述金屬管為不銹鋼管；所述金屬纖維氈為不銹鋼纖維氈，所述不銹鋼纖維氈的纖維絲徑為Φ6 μ m ;所需金屬纖維氈的質(zhì)量M根據(jù)下列公式計算；M= P 31 Rhl (I- ξ )其中P為金屬纖維氈的金屬纖維的密度；R為金屬管的外直徑；h為多孔表面層的厚度；1為金屬管外表面覆蓋金屬纖維氈的長度；I為金屬纖維多孔表面換熱管的多孔表面層的孔隙率；步驟ニ、將步驟一中烘干后的不銹鋼纖維氈放入燒結(jié)爐中，在750°C下預(yù)燒結(jié)2h，預(yù)燒結(jié)保護氣氛為真空；步驟三、將聚こ烯醇加入去離子水中，配制成聚こ烯醇溶液，然后將不銹鋼粉末加入所述聚こ烯醇溶液中，攪拌均勻后得到懸浮液；所述不銹鋼粉末粒度為-2500目 +3000目；所述聚こ烯醇、不銹鋼粉末和去離子水的質(zhì)量比為2:5:100 ；步驟四、將步驟三中所述懸浮液均勻涂覆在不銹鋼纖維氈表面，然后將涂覆后的不銹鋼纖維氈包覆在不銹鋼管外表面，烘干；步驟五、將步驟四中包覆有不銹鋼纖維氈的不銹鋼管置于燒結(jié)爐中，在真空氣氛保護下，升溫至1100°C進行燒結(jié)，保溫3h，保溫結(jié)束隨爐冷卻，出爐后得到由不銹鋼管和多 孔表面層I構(gòu)成的不銹鋼纖維多孔表面換熱管(如圖I所示)。本實施例制備的不銹鋼纖維多孔表面換熱管的多孔表面層I的孔隙率為80%，多孔表面層I的厚度為2mm。實施例2金屬纖維多孔表面換熱管的制備步驟一、將金屬管2和金屬纖維氈放入超聲波清洗機中清洗lOmin，然后烘干備用；所述超聲波清洗機中的清洗劑為無水こ醇，所述無水こ醇為分析純；所述超聲波頻率為40kHz，清洗溫度為40°C ;所述金屬管為不銹鋼管；所述金屬纖維氈為不銹鋼纖維氈，所述不銹鋼纖維氈的纖維絲徑為Φ 28 μ m ;所需金屬纖維氈的質(zhì)量M根據(jù)下列公式計算；M= P 31 Rhl (I- ξ )其中P為金屬纖維氈的金屬纖維的密度；R為金屬管的外直徑；h為多孔表面層的厚度；1為金屬管外表面覆蓋金屬纖維氈的長度；I為金屬纖維多孔表面換熱管的多孔表面層的孔隙率；步驟ニ、將步驟一中烘干后的不銹鋼纖維氈放入燒結(jié)爐中，在800°C下預(yù)燒結(jié)
I.5h,預(yù)燒結(jié)保護氣氛為氫氣；步驟三、將聚こ烯醇加入去離子水中，配制成聚こ烯醇溶液，然后將不銹鋼粉末加入所述聚こ烯醇溶液中，攪拌均勻后得到懸浮液；所述不銹鋼粉末粒度為-1000目 +1200目；所述聚こ烯醇、不銹鋼粉末和去離子水的質(zhì)量比為3:10:100 ；步驟四、將步驟三中所述懸浮液均勻涂覆在不銹鋼纖維氈表面，然后將涂覆后的不銹鋼纖維氈包覆在不銹鋼管外表面，烘干；步驟五、將步驟四中包覆有不銹鋼纖維氈的不銹鋼管置于燒結(jié)爐中，在氫氣氣氛保護下，升溫至1200°C進行燒結(jié)，保溫2h，保溫結(jié)束隨爐冷卻，出爐后得到由不銹鋼管和多孔表面層I構(gòu)成的不銹鋼纖維多孔表面換熱管(如圖I所示)。本實施例制備的不銹鋼纖維多孔表面換熱管的多孔表面層I的孔隙率為90%，多孔表面層I的厚度為1mm。實施例3金屬纖維多孔表面換熱管的制備步驟一、將金屬管2和金屬纖維氈放入超聲波清洗機中清洗15min，然后烘干備用；所述超聲波清洗機中的清洗劑為無水こ醇，所述無水こ醇為分析純；所述超聲波頻率為50kHz，清洗溫度為30°C ;所述金屬管為不銹鋼管；所述金屬纖維氈為不銹鋼纖維氈，所述不銹鋼纖維氈的纖維絲徑為Φ 60 μ m ;所需金屬纖維氈的質(zhì)量M根據(jù)下列公式計算；M= P 31 Rhl (I- ξ )其中P為金屬纖維氈的金屬纖維的密度；R為金屬管的外直徑；h為多孔表面層的厚度；1為金屬管外表面覆蓋金屬纖維氈的長度；ξ為金屬纖維多孔表面換熱管的多孔表面層的孔隙率；步驟ニ、將步驟一中烘干后的不銹鋼纖維氈放入燒結(jié)爐中，在800°C下預(yù)燒結(jié)lh，預(yù)燒結(jié)保護氣氛為氬氣；步驟三、將聚こ烯醇加入去離子水中，配制成聚こ烯醇溶液，然后將不銹鋼粉末加入所述聚こ烯醇溶液中，攪拌均勻后得到懸浮液；所述不銹鋼粉末粒度為-800目 +1000目；所述聚こ烯醇、不銹鋼粉末和去離子水的質(zhì)量比為6:12:100 ；步驟四、將步驟三中所述懸浮液均勻涂覆在不銹鋼纖維氈表面，然后將涂覆后的不銹鋼纖維氈包覆在不銹鋼管外表面，烘干；步驟五、將步驟四中包覆有不銹鋼纖維氈的不銹鋼管置于燒結(jié)爐中，在氬氣氣氛 保護下，升溫至1300°C進行燒結(jié)，保溫lh，保溫結(jié)束隨爐冷卻，出爐后得到由不銹鋼管和多孔表面層構(gòu)成的不銹鋼纖維多孔表面換熱管(如圖I所示)。本實施例制備的不銹鋼纖維多孔表面換熱管的多孔表面層I的孔隙率為95%，多孔表面層I的厚度為O. 5mm。實施例4金屬纖維多孔表面換熱管的制備步驟一、將金屬管2和金屬纖維氈放入超聲波清洗機中清洗5min，然后烘干備用；所述超聲波清洗機中的清洗劑為無水こ醇，所述無水こ醇為分析純；所述超聲波頻率為30kHz，清洗溫度為50°C;所述金屬管為銅管；所述金屬纖維氈為銅纖維氈，所述銅纖維氈的纖維絲徑為Φ 30 μ m ;所需金屬纖維氈的質(zhì)量M根據(jù)下列公式計算M= P 31 Rhl (I- ξ )其中P為金屬纖維氈的金屬纖維的密度；R為金屬管的外直徑；h為多孔表面層的厚度；1為金屬管外表面覆蓋金屬纖維氈的長度；I為金屬纖維多孔表面換熱管的多孔表面層的孔隙率；步驟ニ、將步驟一中烘干后的銅纖維氈放入燒結(jié)爐中，在400°C下預(yù)燒結(jié)2h，預(yù)燒結(jié)保護氣氛為氫氣；步驟三、將聚こ烯醇加入去離子水中，配制成聚こ烯醇溶液，然后將銅粉末加入所述聚こ烯醇溶液中，攪拌均勻后得到懸浮液；所述銅粉末粒度為-800目 +900目；所述聚こ烯醇、銅粉末和去離子水的質(zhì)量比為2:9:100 ;步驟四、將步驟三中所述懸浮液均勻涂覆在銅纖維氈表面，然后將涂覆后的銅纖維氈包覆在銅管外表面，烘干；步驟五、將步驟四中包覆有銅纖維氈的銅管置于燒結(jié)爐中，在氫氣氣氛保護下，升溫至950°C進行燒結(jié)，保溫3h，保溫結(jié)束隨爐冷卻，出爐后得到由銅管和多孔表面層構(gòu)成的銅纖維多孔表面換熱管(如圖I所示)。本實施例制備的銅纖維多孔表面換熱管的多孔表面層I的孔隙率為95%，多孔表面層I的厚度為2mm。實施例5金屬纖維多孔表面換熱管的制備步驟一、將金屬管2和金屬纖維氈放入超聲波清洗機中清洗lOmin，然后烘干備用；所述超聲波清洗機中的清洗劑為無水こ醇，所述無水こ醇為分析純；所述超聲波頻率為50kHz，清洗溫度為30°C ;所述金屬管為銅管；所述金屬纖維氈為銅纖維氈，所述銅纖維氈的纖維絲徑為Φ 50 μ m ;所需金屬纖維氈的質(zhì)量M根據(jù)下列公式計算M= P 31 Rhl (I- ξ )其中P為金屬纖維氈的金屬纖維的密度；R為金屬管的外直徑；h為多孔表面層的厚度；1為金屬管外表面覆蓋金屬纖維氈的長度；I為金屬纖維多孔表面換熱管的多孔表面層的孔隙率；步驟ニ、將步驟一中烘干后的銅纖維氈放入燒結(jié)爐中，在400°C下預(yù)燒結(jié)I. 5h，預(yù)燒結(jié)保護氣氛為氫氣；步驟三、將聚こ烯醇加入去離子水中，配制成聚こ烯醇溶液，然后將銅粉末加入所述聚こ烯醇溶液中，攪拌均勻后得到懸浮液；所述銅粉末粒度為-900目 +1000目；所述聚こ烯醇、銅粉末和去離子水的質(zhì)量比為4:8:100 ；步驟四、將步驟三中所述懸浮液均勻涂覆在銅纖維氈表面，然后將涂覆后的銅纖維氈包覆在銅管外表面，烘干；步驟五、將步驟四中包覆有銅纖維氈的金屬管置于燒結(jié)爐中，在氫氣氣氛保護下，升溫至1000°c進行燒結(jié)，保溫2h，保溫結(jié)束隨爐冷卻，出爐后得到由銅管和多孔表面層構(gòu)成的銅纖維多孔表面換熱管(如圖I所示)。本實施例制備的銅纖維多孔表面換熱管的多孔表面層I的孔隙率為92%，多孔表面層I的厚度為I. 5mm。實施例6金屬纖維多孔表面換熱管的制備步驟一、將金屬管2和金屬纖維氈放入超聲波清洗機中清洗15min，然后烘干備用；所述超聲波清洗機中的清洗劑為無水こ醇，所述無水こ醇為分析純；所述超聲波頻率為40Hz，清洗溫度為40°C ;所述金屬管為銅管；所述金屬纖維氈為銅纖維氈，所述銅纖維氈的纖維絲徑為Φ 80 μ m ;所需金屬纖維氈的質(zhì)量M根據(jù)下列公式計算M= P 31 Rhl (I- ξ )其中P為金屬纖維氈的金屬纖維的密度；R為金屬管的外直徑；h為多孔表面層的厚度；1為金屬管外表面覆蓋金屬纖維氈的長度；I為金屬纖維多孔表面換熱管的多孔表面層的孔隙率；步驟ニ、將步驟一中烘干后的銅纖維氈放入燒結(jié)爐中，在400°C下預(yù)燒結(jié)lh，預(yù)燒結(jié)保護氣氛為氫氣；步驟三、將聚こ烯醇加入去離子水中，配制成聚こ烯醇溶液，然后將銅粉末加入所述聚こ烯醇溶液中，攪拌均勻后得到懸浮液；所述銅粉末粒度為-800目 +900目；所述聚こ烯醇、銅粉末和去離子水的質(zhì)量比為5:10:100 ;步驟四、將步驟三中所述懸浮液均勻涂覆在銅纖維氈表面，然后將涂覆后的銅纖維氈包覆在銅管外表面，烘干；步驟五、將步驟四中包覆有銅纖維氈的銅管置于燒結(jié)爐中，在氫氣氣氛保護下，升溫至1030°C進行燒結(jié)，保溫3h，保溫結(jié)束隨爐冷卻，出爐后得到由銅管和多孔表面層構(gòu)成的銅纖維多孔表面換熱管(如圖I所示)。、
本實施例制備的銅纖維多孔表面換熱管的多孔表面層I的孔隙率為87%，多孔表面層I的厚度為O. 5mm。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳 實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效變化，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種金屬纖維多孔表面換熱管的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 步驟一、將金屬管和金屬纖維氈放入超聲波清洗機中進行清洗，清洗干凈后烘干備用； 步驟二、將步驟一中烘干后的金屬纖維氈放入燒結(jié)爐中預(yù)燒結(jié)，所述預(yù)燒結(jié)的溫度為400。。 800°C，保溫時間為Ih 2h ; 步驟三、將聚乙烯醇加入去離子水中，配制成聚乙烯醇溶液，然后將金屬粉末加入所述聚乙烯醇溶液中，攪拌均勻后得到懸浮液；所述懸浮液中聚乙烯醇、金屬粉末和去離子水的質(zhì)量比為2 6:5 12:100 ； 步驟四、將步驟三中所述懸浮液均勻涂覆在所述金屬纖維氈的表面，然后將涂覆后的金屬纖維氈包覆在金屬管外表面，烘干； 步驟五、將步驟四中包覆有金屬纖維氈的金屬管放入燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，之后隨爐冷卻，得到由金屬管和多孔表面層構(gòu)成的金屬纖維多孔表面換熱管；所述燒結(jié)溫度為950°C~ 1300°C，保溫時間為Ih 3h。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種金屬纖維多孔表面換熱管的制備方法，其特征在于，步驟一中所述金屬管為不銹鋼管；所述金屬纖維氈為不銹鋼纖維氈，所述不銹鋼纖維氈的纖維絲徑為Φ6μπι Φ80 μ m ;步驟二中所述預(yù)燒結(jié)保護氣氛為氫氣、氬氣或真空；步驟五中所述燒結(jié)保護氣氛為氫氣、氬氣或真空；步驟三中所述金屬粉末為不銹鋼粉末，所述不銹鋼粉末的粒度為一 800目 + 3000目。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種金屬纖維多孔表面換熱管的制備方法，其特征在于，步驟一中所述金屬管為銅管；所述金屬纖維氈為銅纖維氈，所述銅纖維氈的纖維絲徑為Φ30μπι Φ 80 μ m;步驟二中所述預(yù)燒結(jié)保護氣氛為氫氣；步驟五中所述燒結(jié)保護氣氛為氫氣；步驟三中所述金屬粉末為銅粉末，所述銅粉末的粒度為-800目 + 3000目。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種金屬纖維多孔表面換熱管的制備方法，其特征在于，步驟一中所述超聲波清洗機中的清洗劑為無水乙醇，所述無水乙醇為分析純；所述超聲波頻率為30kHz 50kHz，清洗溫度為30°C 50°C，清洗時間為5min 15min。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種金屬纖維多孔表面換熱管的制備方法，其特征在于，步驟五中所述多孔表面層的孔隙率為80% 95%，多孔表面層的厚度為O. 5mm 2mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種金屬纖維多孔表面換熱管的制備方法，包括以下步驟將金屬管和金屬纖維氈放入超聲波清洗器中清洗，清洗干凈后烘干備用；將金屬纖維氈放入燒結(jié)爐中預(yù)燒結(jié)；將聚乙烯醇加入去離子水中，配制成聚乙烯醇溶液，然后將金屬粉末加入聚乙烯醇溶液中，攪拌均勻后得到懸浮液；將懸浮液均勻涂覆在纖維氈表面，后將涂覆后的纖維氈包覆在金屬管外表面，烘干；將包覆有金屬纖維氈的金屬管置于燒結(jié)爐中進行燒結(jié)，之后隨爐冷卻，得到金屬纖維多孔表面換熱管。本發(fā)明制備方法簡單、設(shè)計合理、易于實現(xiàn)且適合工業(yè)化生產(chǎn)，采用本制備方法制備的金屬纖維多孔表面換熱管具有孔隙度高、比表面積大、汽化核心數(shù)目多和傳熱效果高等優(yōu)點。
文檔編號F28F1/10GK102689014SQ201210199028
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者支浩, 敖慶波, 朱紀磊, 王建忠, 荊鵬, 馬軍 申請人:西北有色金屬研究院