专利名称：一种实现滴状冷凝传热的纳米颗粒强化复合镀层的制作方法
一种实现滴状冷凝传热的纳米颗粒强化复合镀层
技术领域：
本发明涉及纳米颗粒强化金属基复合材料的制备及其冷凝传热性能，具体地说， 是一种采用纳米二氧化硅颗粒强化复合化学镀层的制备方法，通过在镍磷化学镀层中添加 纳米二氧化硅颗粒，降低了镀层的表面能，在其表面形成了稳定的滴状冷凝传热形态。
背景技术：
自20世纪30年代发现滴状冷凝传热现象以来，由于其传热系数比膜状冷凝要高 几倍甚至十几倍，许多传热研究者对滴状冷凝实现方法进行了大量的研究，已成功实现滴 状冷凝的方法有涂镀贵重金属、表面涂覆有机促进剂、分子自组装膜等，但这些方法都存在 不同程度的缺陷，如涂镀贵重金属成本太高，限制了其大规模的工业化；有机促进剂的使用 寿命不长，而且容易带来污染；分子自组装膜存在与基体结合力不好，容易脱落的缺点。由于非晶态的化学镀层具有表面能低、与基体的结合力好、耐腐蚀性能好、成本低 廉、工艺简单等优点，在实现滴状冷凝方面具有很好的应用前景，但国内外现采用镍基化学 镀技术强化冷凝传热的研究不多。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型的能够产生滴状冷凝传热 的纳米颗粒强化复合化学镀层的制备方法。本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种实现滴状冷凝传热的纳米颗粒强化复合镀层，为非晶态，镀层厚度为20 30 μ m,表面言旨25 30mN/m ；—种实现滴状冷凝传热的纳米颗粒强化复合镀层的制备方法，其特征在于，包括 配制镀液、纳米SW2颗粒的加入、化学复合镀，具体步骤为，(1)配制镀液在以下组分中加入去离子水配制镀液，并使各组分在每升镀液中的含量为硫酸 镍28 30g/L，次亚磷酸钠30 35g/L，柠檬酸20 25g/L，醋酸钠15 20g/L，碘化钾 10 30mg/L,表面活性剂3 8mg/L,镀液调整pH值至4 5 ；(2)纳米SiO2颗粒的加入在步骤(1)制备的镀液中加入纳米SiO2颗粒，添加量为5 10g/L，加入的过程中 采用机械搅拌，颗粒加入后采用超声波分散，搅拌时间为0. 75 1. 25小时，得到含SiO2悬 浮颗粒的镀液；(3)将试样在金相预磨机上去除氧化皮后，放入盛有丙酮的容器中，在超声波里 清洗，清洗完毕后用去离子水清洗，然后放入重量比5% 10%的稀硫酸溶液中，浸渍1 3min进行酸洗活化；(4)化学复合镀将步骤( 制得的含SiO2颗粒的镀液加热到80°C，然后将步骤C3)的酸洗活化后的试样放入到镀液中，维持镀液温度在85 90°C，采用连续的机械搅拌，搅拌速度200 300rpm，施镀2 3小时，得到含纳米二氧化硅颗粒的化学复合镀层；所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠；所述的纳米S^2颗粒是用气相法制得的一种高纯、精细、无定形态的纳米粉体，粒 径为10 40nm,比表面积为150 380m2/g ；所述的试样为能够进行化学复合镀的金属试样；与现有技术相比，本发明的积极效果是本发明将SiO2颗粒加入到化学镀液中，通过超声搅拌配制出复合镀液，并成功地 在金属试样表面进行施镀，得到了纳米二氧化硅颗粒强化复合化学镀层，复合镀表面能低； 且采用本发明的方法制备的复合镀层表面能实现稳定的滴状冷凝传热形态。
图1是化学复合镀层表面形貌SEM照片；图2是化学复合镀层的X射线衍射图；图3是空气中水在镀层表面的接触角；图4是镀层表面的滴状冷凝传热形态。
具体实施方式
以下提供本发明一种实现滴状冷凝传热的纳米颗粒强化复合镀层的具体实施方 式。实施例1请参见附图1-4，一种纳米颗粒强化复合化学镀层的制备方法，其特征在于，包括 配制镀液、纳米S^2颗粒的加入、化学复合镀，具体步骤为，(1)配制化学复合镀液，每升镀液中各组分含量为硫酸镍30g/L，次亚磷酸钠 32g/L，柠檬酸20g/L，醋酸钠16g/L，碘化钾20mg/L，十二烷基苯磺酸钠％ig/L，加入去离子 水配制镀液，用氢氧化钠调整镀液PH值为4. 5 ；(2)在上述镀液中一边机械搅拌一边加入纳米SW2颗粒5g/L，然后超声搅拌1小 时后，将镀液加热到80°C ；(3)将试样在金相预磨机上先后用600#和1200#砂皮去除氧化皮后，放入盛有丙 酮的容器中，在超声波里清洗0. 5小时；(4)把超声清洗后的试样用去离子水冲洗后放入重量比为10%的稀硫酸溶液中， 浸渍aiiin进行酸洗活化；(5)将酸洗后的试样放入镀液中，连续机械搅拌，搅拌速度200rpm，保持镀液温度 恒定在88 0C ；(6)施镀2. 5小时后取出试样，用水冲洗，得到含纳米二氧化硅颗粒的化学复合镀层。将上述施镀后的试样进行表面润湿性分析和冷凝传热性能测试采用光学接触角测量仪(0CA20)测得复合镀层表面水滴的静态接触角为105°， 如图3所示，表面能为27. 53mN/m,比一般的金属表面表面能明显降低。
采用垂直表面冷凝传热试验的方法测试含纳米二氧化硅复合化学镀层的冷凝传 热性能，并与垂直表面膜状冷凝传热性能进行对比，传热系数显著增大，复合镀层表面能实 现稳定的滴状冷凝传热形态，如图4所示。本发明的特点在于通过超声搅拌配制含S^2悬浮颗粒的复合镀液，并成功地在金 属试样表面得到了含纳米二氧化硅颗粒的化学复合镀层，所得到的化学复合镀层表面纳米 SiO2表面分布均勻，镀层与金属基体结合力好，表面能低，其表面实现了常压下水蒸气稳定 的滴状冷凝。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为 本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种实现滴状冷凝传热的纳米颗粒强化复合镀层，其特征在于，所述的纳米颗粒强 化复合化学镀层为非晶态，镀层厚度为20 30 μ m，表面能25 30mN/m。
2.一种实现滴状冷凝传热的纳米颗粒强化复合镀层的制备方法，其特征在于，包括配 制镀液、纳米SiO2颗粒的加入、化学复合镀，具体步骤为，(1)配制镀液(2)纳米SiO2颗粒的加入在步骤(1)制备的镀液中加入纳米SiO2颗粒，添加量为5 10g/L，加入的过程中采用 机械搅拌，颗粒加入后采用超声波分散，搅拌时间为0. 75 1. 25小时，得到含SiO2悬浮颗 粒的镀液；(3)将试样在金相预磨机上去除氧化皮后，放入盛有丙酮的容器中，在超声波里清洗， 清洗完毕后用去离子水清洗，然后放入重量比5% 10%的稀硫酸溶液中，浸渍1 3min 进行酸洗活化；(4)化学复合镀将步骤(2)制得的含SiO2颗粒的镀液加热到80°C，然后将步骤(3)的酸洗活化后的 试样放入到镀液中，维持镀液温度在85 90°C，采用连续的机械搅拌，搅拌速度200 300rpm，施镀2 3小时，得到纳米颗粒强化复合化学镀层。
3.如权利要求2所述的一种实现滴状冷凝传热的纳米颗粒强化复合镀层的制备方法， 其特征在于，所述的配制镀液的具体步骤为在以下组分中加入去离子水配制镀液，并使各 组分在每升镀液中的含量为硫酸镍28 30g/L，次亚磷酸钠30 35g/L，柠檬酸20 25g/L，醋酸钠15 20g/L，碘化钾10 30mg/L，表面活性剂3 8mg/L，镀液调整pH值至 4 5。
4.如权利要求3所述的一种实现滴状冷凝传热的纳米颗粒强化复合镀层的制备方法， 其特征在于，所述的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
5.如权利要求2所述的一种实现滴状冷凝传热的纳米颗粒强化复合镀层的制备方法， 其特征在于，所述的纳米SiO2颗粒的粒径为10 40nm，比表面积为150 380m2/g。
6.如权利要求2所述的一种实现滴状冷凝传热的纳米颗粒强化复合镀层的制备方法， 其特征在于，所述的试样为能够进行化学复合镀的金属试样。
全文摘要
本发明涉及一种实现滴状冷凝传热的纳米颗粒强化复合镀层，为非晶态，镀层厚度为20～30μm，表面能25～30mN/m；其制备方法为，主要步骤包括配制镀液、纳米SiO2颗粒的加入、化学复合镀，其特点在于通过超声搅拌配制含SiO2悬浮颗粒的复合镀液，并成功地在金属试样表面得到了含纳米二氧化硅颗粒的化学复合镀层，纳米SiO2在化学复合镀层均匀分布，镀层与金属基体结合力好，表面能低，附件热阻小，其表面实现了常压下水蒸气稳定的滴状冷凝。
文档编号C23C18/36GK102134711SQ201010575289
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者侯峰, 张莉, 徐宏, 徐鹏, 曾斌, 齐宝金 申请人:华东理工大学