專利名稱：一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法
技術領域：
本發明屬于多孔表面制備技術領域，具體涉及一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法。
背景技術：
金屬多孔表面由于其獨特的強化傳熱機理和高效的傳熱性能，已成為一種具有廣泛應用前景的新型換熱表面。現有的傳熱用金屬多孔表面制造方法主要有機械加工法、粉末燒結法以及纖維纏繞法等。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。雖然可以大量生產多孔管，但是它無法加工很小的空隙，因而對其傳熱性能的提高有限，而且在表面張力較小的介質中使用效果不明顯。粉末燒結法制造的多孔表面管加工工藝復雜、孔隙不規整、連通性較差、能耗大、有三廢污染，且在高溫下容易產生退火變形，而且在帶來高效強化效果的同時，也產生了嚴重的沸騰滯后，特別是不適合不規則表面的加工制作。金屬纖維多孔表面與機械加工法和粉末燒結法制備的多孔表面相比，具有孔隙度高、傳熱比表面積大、汽化核心數目多、無污染、比重輕等優點。但是現今的金屬纖維多孔表面以纏繞為主，對纖維與基體的界面結合未能足夠重視，這種結合方式直接導致其熱阻增大，影響傳熱效果。因此改善金屬纖維多孔材料與基板的界面結合，對金屬纖維多孔表面的制備有至關重要的作用。

發明內容
本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術的不足，提供一種高強度界面結合的傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法。該方法在不破壞金屬多孔材料的同時使金屬基板與金屬纖維多孔材料之間進行較強結合。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、采用打磨法對金屬基板上與金屬纖維多孔材料結合的一面進行粗糙化處理，然后將經粗糙化處理后的金屬基板上的油污清洗干凈后烘干；所述金屬基板和金屬纖維多孔材料的材質相同；步驟二、配制分散劑質量濃度為2% 10%的水溶液，然后將金屬粉末加入水溶液中，得到懸浮液；步驟三、將金屬纖維多孔材料與金屬基板結合的一面浸漬在步驟二中所述懸浮液中，利用毛細管力吸附懸浮液；所述金屬纖維多孔材料浸漬于懸浮液中的厚度為0. Imm 0. 5mm ；步驟四、將步驟三中吸附懸浮液的金屬纖維多孔材料按照吸附有懸浮液的一面與金屬基板接觸的方式置于步驟一中烘干后的金屬基板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；
步驟五、將步驟四中所述坯料置于燒結爐中進行燒結，隨爐冷卻得到金屬纖維復合多孔表面。上述的一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，步驟二中所述分散劑為聚
乙烯醇或聚乙二醇。上述的一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，步驟二中所述懸浮液中金屬粉末的質量濃度為2% 10% ；上述的一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，步驟五中所述燒結的制度為燒結溫度900°C 1250°C，升溫速率5°C /min 15°C /min，保溫時間Ih 3h。上述的一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，步驟五中所述燒結過程中對坯料施加50Pa 200Pa的壓力。上述的一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，步驟五中所述燒結過程是在氫氣或氬氣的氣氛保護下進行，或者在真空下進行。上述的一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，步驟五中所述燒結后還包括采用線切割機對燒結后的金屬纖維復合多孔表面進行修剪，然后采用液壓機對修剪后的金屬纖維復合多孔表面進行平整處理。上述的一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，所述液壓機為100噸液壓機，平整處理的壓力不大于IMPa。本發明與現有技術相比具有以下優點1、本發明制備方法簡單，設計合理，易于實現。2、本發明的方法在不破壞金屬多孔材料的同時使金屬基板與金屬纖維多孔材料之間進行較強結合，獲得的金屬纖維復合多孔表面熱阻小，傳熱效果好。3、本發明通過線切割機和液壓機對燒結后的金屬纖維復合多孔表面進行修剪和平整，調整到所需的尺寸和厚度，在平整厚度的過程中，使用的壓力較小，因此平整對于金屬纖維復合多孔表面孔結構的影響可以忽略不計。下面通過實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
具體實施例方式實施例1步驟一、選取燒結過的絲徑為80 μ m，孔隙度90%的紫銅纖維氈作為多孔材料， 2mm厚的紫銅板作為基板，裁剪尺寸為IOOmmX 100mm,采用砂紙打磨紫銅板上與紫銅纖維氈結合的一面進行粗糙化處理，然后將經粗糙化處理后的紫銅板上的油污清洗干凈后烘干；步驟二、選取顆粒直徑為140 μ m 160 μ m的紫銅粉末，加入質量濃度為2%的聚乙烯醇水溶液中配制成紫銅粉末質量濃度為8%的懸浮液；步驟三、將紫銅纖維氈與紫銅板結合的一面浸漬在步驟二中所述懸浮液中，利用毛細管力吸附懸浮液；所述紫銅纖維氈浸漬于懸浮液中的厚度為0. 2mm ；步驟四、將步驟三中吸附懸浮液的紫銅纖維氈按照吸附有懸浮液的一面與紫銅板接觸的方式置于步驟一中烘干后的紫銅板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；步驟五、將步驟四中所述坯料置于燒結爐中，在氫氣保護下，升溫速率為15°C /min的條件下升溫至900°C 950°C進行燒結，保溫池，燒結過程中對坯料施加501 壓力， 隨爐冷卻得到紫銅纖維復合多孔表面；采用線切割機對燒結后的紫銅纖維復合多孔表面進行修剪，然后采用100噸液壓機，在壓力不大于IMPa的條件下對修剪后的紫銅纖維復合多孔表面進行平整處理。本實施例制備的紫銅纖維復合多孔表面的熱阻比紫銅板與紫銅纖維氈直接復合的材料的熱阻降低1/2左右，復合多孔表面的傳熱性能比紫銅光表面的傳熱性能提高3 6倍。實施例2步驟一、選取燒結過的絲徑為60 μ m，孔隙度80%的紫銅纖維氈作為多孔材料， 2mm厚的紫銅板作為基板，裁剪尺寸為IOOmmX 100mm,采用砂紙打磨紫銅板上與紫銅纖維氈結合的一面進行粗糙化處理，然后將經粗糙化處理后的紫銅板上的油污清洗干凈后烘干；步驟二、選取顆粒直徑為100 μ m 110 μ m的紫銅粉末，加入質量濃度為10%的聚乙烯醇水溶液中配制成紫銅粉末質量濃度為10%的懸浮液；步驟三、將紫銅纖維氈與紫銅板結合的一面浸漬在步驟二中所述懸浮液中，利用毛細管力吸附懸浮液；所述紫銅纖維氈浸漬于懸浮液中的厚度為0. Imm ；步驟四、將步驟三中吸附懸浮液的紫銅纖維氈按照吸附有懸浮液的一面與紫銅板接觸的方式置于步驟一中烘干后的紫銅板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；步驟五、將步驟四中所述坯料置于燒結爐中，在氫氣保護下，升溫速率為10°C / min的條件下升溫至900°C 950°C進行燒結，保溫池，燒結過程中對坯料施加2001 壓力， 隨爐冷卻得到紫銅纖維復合多孔表面；采用線切割機對燒結后的紫銅纖維復合多孔表面進行修剪，然后采用100噸液壓機，在壓力不大于IMPa的條件下對修剪后的紫銅纖維復合多孔表面進行平整處理。本實施例制備的紫銅纖維復合多孔表面的熱阻比紫銅板與紫銅纖維氈直接復合的材料的熱阻降低1/2左右，復合多孔表面的傳熱性能比紫銅光表面的傳熱性能提高3 6倍。實施例3步驟一、選取燒結過的絲徑為50 μ m，孔隙度90%的不銹鋼纖維氈作為多孔材料， Imm厚的不銹鋼板作為基板，裁剪尺寸為IOOmmX 100mm,采用砂紙打磨不銹鋼板上與不銹鋼纖維氈結合的一面進行粗糙化處理，然后將經粗糙化處理后的不銹鋼板上的油污清洗干凈后烘干；步驟二、選取顆粒直徑為100 μ π! 120 μ m的不銹鋼粉末，加入質量濃度為2%的聚乙二醇水溶液中配制成不銹鋼粉末質量濃度為2%的懸浮液；步驟三、將不銹鋼纖維氈與不銹鋼板結合的一面浸漬在步驟二中所述懸浮液中， 利用毛細管力吸附懸浮液；所述不銹鋼纖維氈浸漬于懸浮液中的厚度為0. 5mm ；步驟四、將步驟三中吸附懸浮液的不銹鋼纖維氈按照吸附有懸浮液的一面與不銹鋼板接觸的方式置于步驟一中烘干后的不銹鋼板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；步驟五、將步驟四中所述坯料置于燒結爐中，在氬氣保護下，升溫速率為5°C /min的條件下升溫至1200°C 1250°C進行燒結，保溫lh，燒結過程中對坯料施加150 壓力，隨爐冷卻得到不銹鋼纖維復合多孔表面；采用線切割機對燒結后的不銹鋼纖維復合多孔表面進行修剪，然后采用100噸液壓機，在壓力不大于IMPa的條件下對修剪后的不銹鋼纖維復合多孔表面進行平整處理。本實施例制備的不銹鋼纖維復合多孔表面的熱阻比不銹鋼板與不銹鋼纖維氈直接復合的材料的熱阻降低1/2左右，復合多孔表面的傳熱性能比不銹鋼光表面的傳熱性能提高3 5倍。實施例4步驟一、選取燒結過的絲徑為20 μ m，孔隙度90%的不銹鋼纖維氈作為多孔材料， Imm厚的不銹鋼板作為基板，裁剪尺寸為IOOmmX 100mm,采用砂紙打磨不銹鋼板上與不銹鋼纖維氈結合的一面進行粗糙化處理，然后將經粗糙化處理后的不銹鋼板上的油污清洗干凈后烘干；步驟二、選取顆粒直徑為60 μ m 80 μ m的不銹鋼粉末，加入質量濃度為5%的聚乙烯醇水溶液中配制成不銹鋼粉末質量濃度為10%的懸浮液；步驟三、將不銹鋼纖維氈與不銹鋼板結合的一面浸漬在步驟二中所述懸浮液中， 利用毛細管力吸附懸浮液；所述不銹鋼纖維氈浸漬于懸浮液中的厚度為0. 3mm ；步驟四、將步驟三中吸附懸浮液的不銹鋼纖維氈按照吸附有懸浮液的一面與不銹鋼板接觸的方式置于步驟一中烘干后的不銹鋼板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；步驟五、將步驟四中所述坯料置于燒結爐中，在升溫速率為15°C /min的條件下升溫至1000°c 1050°C進行真空燒結，保溫池，燒結過程中對坯料施加2001 壓力，隨爐冷卻得到不銹鋼纖維復合多孔表面；采用線切割機對燒結后的不銹鋼纖維復合多孔表面進行修剪，然后采用100噸液壓機，在壓力不大于IMPa的條件下對修剪后的不銹鋼纖維復合多孔表面進行平整處理。本實施例制備的不銹鋼纖維復合多孔表面的熱阻比不銹鋼板與不銹鋼纖維氈直接復合的材料的熱阻降低1/2左右，復合多孔表面的傳熱性能比不銹鋼光表面的傳熱性能提高3 5倍。實施例5步驟一、選取燒結過的絲徑為12 μ m，孔隙度80%的不銹鋼纖維氈作為多孔材料， Imm厚的不銹鋼板作為基板，裁剪尺寸為IOOmmX 100mm,采用砂紙打磨不銹鋼板上與不銹鋼纖維氈結合的一面進行粗糙化處理，然后將經粗糙化處理后的不銹鋼板上的油污清洗干凈后烘干；步驟二、選取顆粒直徑為40 μ m 50 μ m的不銹鋼粉末，加入質量濃度為10%的聚乙二醇水溶液中配制成不銹鋼粉末質量濃度為8%的懸浮液；步驟三、將不銹鋼纖維氈與不銹鋼板結合的一面浸漬在步驟二中所述懸浮液中， 利用毛細管力吸附懸浮液；所述不銹鋼纖維氈浸漬于懸浮液中的厚度為0. Imm ；步驟四、將步驟三中吸附懸浮液的不銹鋼纖維氈按照吸附有懸浮液的一面與不銹鋼板接觸的方式置于步驟一中烘干后的不銹鋼板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；
步驟五、將步驟四中所述坯料置于燒結爐中，在升溫速率為8°C /min的條件下升溫至1200°C 1250°C進行真空燒結，保溫池，燒結過程中對坯料施加50 壓力，隨爐冷卻得到不銹鋼纖維復合多孔表面；采用線切割機對燒結后的不銹鋼纖維復合多孔表面進行修剪，然后采用100噸液壓機，在壓力不大于IMPa的條件下對修剪后的不銹鋼纖維復合多孔表面進行平整處理。本實施例制備的不銹鋼纖維復合多孔表面的熱阻比不銹鋼板與不銹鋼纖維氈直接復合的材料的熱阻降低1/2左右，復合多孔表面的傳熱性能比不銹鋼光表面的傳熱性能提高3 5倍。實施例6步驟一、選取燒結過的絲徑為50μπι，孔隙度70%的紫銅纖維氈作為多孔材料， 2mm厚的紫銅板作為基板，裁剪尺寸為IOOmmX 100mm,采用砂紙打磨紫銅板上與紫銅纖維氈結合的一面進行粗糙化處理，然后將經粗糙化處理后的紫銅板上的油污清洗干凈后烘干；步驟二、選取顆粒直徑為80 μ m 90 μ m的紫銅粉末，加入質量濃度為6%的聚乙二醇水溶液中配制成紫銅粉末質量濃度為2%的懸浮液；步驟三、將紫銅纖維氈與紫銅板結合的一面浸漬在步驟二中所述懸浮液中，利用毛細管力吸附懸浮液；所述紫銅纖維氈浸漬于懸浮液中的厚度為0. 5mm ；步驟四、將步驟三中吸附懸浮液的紫銅纖維氈按照吸附有懸浮液的一面與紫銅板接觸的方式置于步驟一中烘干后的紫銅板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；步驟五、將步驟四中所述坯料置于燒結爐中，在氬氣保護下，升溫速率為5°C /min 的條件下升溫至950°C 1000°C進行燒結，保溫lh，燒結過程中對坯料施加100 壓力，隨爐冷卻得到紫銅纖維復合多孔表面；采用線切割機對燒結后的紫銅纖維復合多孔表面進行修剪，然后采用100噸液壓機，在壓力不大于IMPa的條件下對修剪后的紫銅纖維復合多孔表面進行平整處理。本實施例制備的紫銅纖維復合多孔表面的熱阻比紫銅板與紫銅纖維氈直接復合的材料的熱阻降低1/2左右，復合多孔表面的傳熱性能比紫銅光表面的傳熱性能提高3 6倍。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明做任何限制，凡是根據發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、采用打磨法對金屬基板上與金屬纖維多孔材料結合的一面進行粗糙化處理， 然后將經粗糙化處理后的金屬基板上的油污清洗干凈后烘干；所述金屬基板和金屬纖維多孔材料的材質相同；步驟二、配制分散劑質量濃度為2% 10%的水溶液，然后將金屬粉末加入水溶液中， 得到懸浮液；步驟三、將金屬纖維多孔材料與金屬基板結合的一面浸漬在步驟二中所述懸浮液中， 利用毛細管力吸附懸浮液；所述金屬纖維多孔材料浸漬于懸浮液中的厚度為0. Imm 0. 5mm ；步驟四、將步驟三中吸附懸浮液的金屬纖維多孔材料按照吸附有懸浮液的一面與金屬基板接觸的方式置于步驟一中烘干后的金屬基板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；步驟五、將步驟四中所述坯料置于燒結爐中進行燒結，隨爐冷卻得到金屬纖維復合多孔表面。
2.根據權利要求1所述的一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，其特征在于，步驟二中所述分散劑為聚乙烯醇或聚乙二醇。
3.根據權利要求1所述的一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，其特征在于，步驟二中所述懸浮液中金屬粉末的質量濃度為2% 10% ；
4.根據權利要求1所述的一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，其特征在于，步驟五中所述燒結的制度為燒結溫度900°C 1250°C，升溫速率5°C /min 15°C / min，保溫時間Ih 3h。
5.根據權利要求1所述的一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，其特征在于，步驟五中所述燒結過程中對坯料施加50 200Pa的壓力。
6.根據權利要求1所述的一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，其特征在于，步驟五中所述燒結過程是在氫氣或氬氣的氣氛保護下進行，或者在真空下進行。
7.根據權利要求1所述的一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，其特征在于，步驟五中所述燒結后還包括采用線切割機對燒結后的金屬纖維復合多孔表面進行修剪，然后采用液壓機對修剪后的金屬纖維復合多孔表面進行平整處理。
8.根據權利要求7所述的一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，其特征在于，所述液壓機為100噸液壓機，平整處理的壓力不大于IMPa。
全文摘要
本發明公開了一種傳熱用金屬纖維復合多孔表面的制備方法，該方法為一、采用打磨法對金屬基板上與金屬纖維多孔材料結合的一面進行粗糙化處理，然后將經粗糙化處理后的金屬基板上的油污清洗干凈后烘干；二、將金屬粉末配制成懸浮液；三、將金屬纖維多孔材料與金屬基板結合的一面浸漬在懸浮液中，利用毛細管力吸附懸浮液；四、將吸附懸浮液的金屬纖維多孔材料置于金屬基板表面，然后一同放入烘箱中烘干，得到坯料；五、將坯料置于燒結爐中進行燒結，隨爐冷卻得到金屬纖維復合多孔表面。本發明的方法在不破壞金屬多孔材料的同時使金屬基板與金屬纖維多孔材料之間進行較強結合，獲得的金屬纖維復合多孔表面熱阻小，傳熱效果好。
文檔編號B22F3/11GK102430752SQ20111039652
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月3日 優先權日2011年12月3日
發明者支浩, 敖慶波, 朱紀磊, 湯慧萍, 王建忠, 馬軍 申請人:西北有色金屬研究院