1.本发明属于换热器技术领域，具体涉及一种含氟涂层及其制备方法和用途。
背景技术：2.航空涡轮发动机由于气动加热效应，使得飞行极限限制在ma2.5。若要对涡轮机的飞行速度提升，主要方案之一是采用换热器对冲压进气进行冷却，抵消高速飞行时气动加热效应造成的高温进气，进而提升涡轮机转速。
3.对于采用镓铟锡合金液态金属进行换热的方案，由于镓元素会与常用的换热器材料，如黄铜和铝产生化学反应造成板材软化失效；现有的防腐方式不能确保效果，必须采用涂料进行物理隔绝以避免腐蚀。此外，实测在运行工况下液态金属仍会和管路内的空气反应生成氧化物，氧化物通常为絮状晶体，对壁面存在刮擦作用，因此还要求涂层具备一定的耐磨能力。
技术实现要素：4.本发明通过在板翅式换热器的翅片和板材表面喷涂含氟涂层的方法实现了换热器板材和翅片的防腐，实现了导热性能较好的铜和铝合金在液态金属-液化气体板翅式换热器中的应用。
5.为了实现以上目的，本发明包括以下步骤：
6.本发明首先提供一种含氟混合物，所述含氟混合物由氟塑料与纳米石墨粉组成；按照质量百分比，氟塑料为45％～60％，其余为纳米石墨粉。
7.优选的，所述氟塑料的粒径不大于1微米；所述纳米石墨粉的粒径不大于0.1微米，所述氟塑料包括聚四氟乙烯、四氟乙烯-乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物和三氟氯乙烯-乙烯共聚物的至少一种。
8.本发明还提供一种含氟涂层，包含上述含氟混合物；含氟涂层的制备方法如下：
9.将纳米石墨粉、氟塑料、蒸馏水和表面活性剂混合均匀得到含氟涂层；(需要储存时在40-75摄氏度下储存)。
10.优选的，所述氟塑料与蒸馏水的质量比为1:(3～3.2)。
11.优选的，所述表面活性剂为聚氧乙烯脂肪醇醚，所述表面活性剂与所述蒸馏水的质量比为(0.4～0.5):100。
12.最后本发明提供一种含氟涂层的用途，所述含氟涂层用于液态金属-液化气体换热器。
13.一种换热器防腐方法，步骤如下，
14.预处理：板翅式换热器芯体钎焊完成后冷却至室温，使用无水乙醇进行表面清洗，清洗后进行干燥，干燥后即得到预处理后的板翅式换热器芯体；
15.将预处理后的板翅式换热器芯体浸入含氟涂层中，排出板翅式换热器芯体内的气体，一定时间后将板翅式换热器芯体取出，静置放置；
16.将板翅式换热器芯体进行干燥，经冲洗后进行再次干燥，完成涂层的涂覆。
17.优选的，所述预处理步骤中干燥温度为100℃～120℃，干燥时间为20min～30min。
18.优选的，所述完成涂层涂覆时，涂层的厚度为0.1～0.8mm。
19.优选的，所述静置放置时应采用板翅式换热器芯体与重力方向垂直的方向放置，静置时间＜10min；若静置时间≥10min，则10min后进行翻转180度，每分钟翻转1次；
20.所述一定时间为30s～40s；
21.所述干燥的方式为热风干燥，所述将板翅式换热器芯体进行干燥的温度为160℃～180℃，时间为100min～120min；
22.所述冲洗使用无水乙醇冲洗，冲洗的时间为20min～30min；
23.所述再次干燥的温度为95℃～100℃，时间25min～30min。
24.本发明的优点和技术效果是：
25.(1)本发明中聚四氟乙烯的作用是隔绝液态金属与换热器板材金属，同时降低涂层表面的摩擦系数，避免氧化物对表面的刮擦和沉积。
26.(2)石墨粉的作用主要是增加涂料在换热器金属表面的附着性，并提高涂层的导热系数，如果石墨粉含量过低则会使得涂层的导热系数显著下降；聚四氟乙烯的作用是隔绝液态金属与换热器板材金属，同时降低涂层表面的摩擦系数。现有氟涂层的导热系数均小于基材金属，应用于换热器表面会显著降低换热器的换热系数，而本发明中所添加的石墨粉可以将原有氟涂层的导热系数由小于10w/(m
·
k)提升到70w/(m
·
k)以上，取得显著的技术效果；由于石墨的导热系数比聚四氟乙烯高两个数量级以上，因此若需要涂层具有更高的导热系数，可以提高石墨粉的质量比例；但是其含量也不宜过高，如果过高则涂层容易脱落。
27.(3)本发明提出一种具有含氟涂层的板翅式换热器防腐蚀技术，可以用于进气预冷技术中液态金属与液氢的换热。含氟涂层可以实现液态金属与换热器材料之间的隔离，避免液态金属对铜或铝制换热器板材的腐蚀。同时含氟涂层较低的表面摩擦系数可以显著降低液态金属侧的摩擦阻力损失，避免液态金属氧化物在换热器表面的沉积。
具体实施方式
28.以下结合实例对本发明进行详细描述，但本发明不局限于这些实施例。本发明实施例的换热器采用铝合金作为换热器基体材料，换热器液态金属侧采用锯齿翅片，液氢侧采用打孔的锯齿翅片；换热器长0.2m，宽0.2m，高0.36m，板厚为0.5mm，翅片厚度为0.1mm；换热器芯体已完成钎焊工序。
29.实施例1：
30.(1)一种含氟混合物，由聚四氟乙烯粉末和纳米石墨粉组成，其中聚四氟乙烯粉末和纳米石墨粉的用量均为52.4kg；
31.(2)一种含氟涂层，包含上述含氟混合物；含氟涂层的制备步骤如下：称量聚四氟乙烯粉末52.4kg，纳米石墨粉52.4kg，蒸馏水157.2kg，聚氧乙烯脂肪醇醚表面活性剂0.62kg；首先将聚四氟乙烯粉末和纳米石墨粉在池子中进行混合，随后将蒸馏水和表面活性剂进行混合后倒入池中，使用电动搅拌器顺时针30rpm的转速搅拌2小时，搅拌后获得均匀的涂料乳液，即得到含氟涂层；(最终获得的涂料乳液内应不存在肉眼可见的石墨团或聚
四氟乙烯团)。
32.(3)含氟涂层用于液态金属-液化气体板翅式换热器防腐的用途；
33.a.预处理：使用无水乙醇对换热器芯体进行清洗，乙醇流量可以通过换热器结构参数进行换算，为了达到较好的冲洗效果，乙醇在换热器内的雷诺数应大于50000，本例中乙醇流量为1.4kg/s，冲洗30秒后使用烘干炉120摄氏度30分钟烘干，去除芯体表面残留的乙醇(其中清洗目的是将钎焊后的换热器芯体内部残存的杂质清洗干净；清洗的要求是使用孔探仪进行抽样检测，内部翅片表面无残留钎料和灰尘)；
34.b.将换热器芯体外侧的挂钩用钢丝固定后，将换热器芯体放入涂料池中，涂料液面应将芯体完全淹没，芯体上表面与叶片的高度差应不小于10cm，将换热器芯体放入涂料池中并不断上下晃动，确保芯体内的气体完全排出，40秒后将芯体取出涂料池；取出后的板翅式换热器芯体静置放置时，应采用板翅式换热器芯体与重力方向垂直的方向放置，然后将芯体放入热风干燥炉内，180摄氏度恒温干燥2小时后取出冷却，再用无水乙醇清洗液进行冲洗20分钟，乙醇冲洗的流量为1.4kg/s，完成后再放入热风干燥炉内100摄氏度30分钟后取出，即可完成涂层制作，涂层的导热系数为79w/(m
·
k)。
35.换热器试验采用镓铟锡合金(ga78％in19％se3％)作为热侧流体，水代替危险性高的液氢作为低温流体，进行了试验，试验工况为液态金属进口温度606k，水进口温度288k。换热器出口液态金属出口温度355k，水出口温度为330k，试验持续时间30分钟。试验后，将芯体切开，分别在翅片和板材上取5mm见方的试样进行检测，检测前使用无水乙醇洗去表面的液态金属残留物，可以观察到涂层表面完整光滑，无鼓包和裂缝，断口处测量涂层厚度为0.7mm，基底铝材结构完整，电镜观察未出现镓原子，可以认为未出现腐蚀。
36.实施例2：
37.(1)一种含氟混合物，由聚四氟乙烯粉末和纳米石墨粉组成，其中聚四氟乙烯粉末的用量为60kg，纳米石墨粉的用量为40kg；
38.(2)一种含氟涂层，包含上述含氟混合物；含氟涂层的制备步骤如下：称量聚四氟乙烯粉末60kg，纳米石墨粉40kg，蒸馏水192kg，聚氧乙烯脂肪醇醚表面活性剂0.96kg；首先将聚四氟乙烯粉末和纳米石墨粉在池子中进行混合，随后将蒸馏水和表面活性剂进行混合后倒入池中，使用电动搅拌器顺时针30rpm的转速搅拌2小时，搅拌后获得均匀的涂料乳液，即得到含氟涂层；(最终获得的涂料乳液内应不存在肉眼可见的石墨团或聚四氟乙烯团)。
39.(3)含氟涂层用于液态金属-液化气体板翅式换热器防腐的用途；
40.a.预处理：使用无水乙醇对换热器芯体进行清洗，乙醇流量可以通过换热器结构参数进行换算，为了达到较好的冲洗效果，乙醇在换热器内的雷诺数应大于50000，本例中乙醇流量为1.4kg/s，冲洗30秒后使用烘干炉110摄氏度30分钟烘干，去除芯体表面残留的乙醇(其中清洗目的是将钎焊后的换热器芯体内部残存的杂质清洗干净；清洗的要求是使用孔探仪进行抽样检测，内部翅片表面无残留钎料和灰尘)；
41.b.将换热器芯体外侧的挂钩用钢丝固定后，将换热器芯体放入涂料池中，涂料液面应将芯体完全淹没，芯体上表面与叶片的高度差应不小于10cm，将换热器芯体放入涂料池中并不断上下晃动，确保芯体内的气体完全排出，40秒后将芯体取出涂料池；取出后的板翅式换热器芯体静置放置时，应采用板翅式换热器芯体与重力方向垂直的方向放置，然后将芯体放入热风干燥炉内，180摄氏度恒温干燥2小时后取出冷却，再用无水乙醇清洗液进
行冲洗20分钟，乙醇冲洗的流量为1.4kg/s，完成后再放入热风干燥炉内100摄氏度30分钟后取出，即可完成涂层制作，涂层的导热系数为86w/(m
·
k)。
42.换热器试验采用镓铟锡合金(ga78％in19％se3％)作为热侧流体，水代替危险性高的液氢作为低温流体，进行了试验，试验工况为液态金属进口温度606k，水进口温度288k。换热器出口液态金属出口温度355k，水出口温度为330k，试验持续时间30分钟。试验后，将芯体切开，分别在翅片和板材上取5mm见方的试样进行检测，检测前使用无水乙醇洗去表面的液态金属残留物，可以观察到涂层表面完整光滑，无鼓包和裂缝，断口处测量涂层厚度为0.2mm，基底铝材结构完整，电镜观察未出现镓原子，可以认为未出现腐蚀。
43.实施例3：
44.(1)一种含氟混合物，由聚四氟乙烯粉末和纳米石墨粉组成，其中聚四氟乙烯粉末的用量为45kg，纳米石墨粉的用量为55kg；
45.(2)一种含氟涂层，包含上述含氟混合物；含氟涂层的制备步骤如下：称量聚四氟乙烯粉末45kg，纳米石墨粉55kg，蒸馏水135kg，聚氧乙烯脂肪醇醚表面活性剂0.54kg；首先将聚四氟乙烯粉末和纳米石墨粉在池子中进行混合，随后将蒸馏水和表面活性剂进行混合后倒入池中，使用电动搅拌器顺时针40rpm的转速搅拌2小时，搅拌后获得均匀的涂料乳液，即得到含氟涂层；(最终获得的涂料乳液内应不存在肉眼可见的石墨团或聚四氟乙烯团)。
46.(3)含氟涂层用于液态金属-液化气体板翅式换热器防腐的用途；
47.a.预处理：使用无水乙醇对换热器芯体进行清洗，乙醇流量可以通过换热器结构参数进行换算，为了达到较好的冲洗效果，乙醇在换热器内的雷诺数应大于50000，本例中乙醇流量为1.4kg/s，冲洗30秒后使用烘干炉120摄氏度30分钟烘干，去除芯体表面残留的乙醇(其中清洗目的是将钎焊后的换热器芯体内部残存的杂质清洗干净；清洗的要求是使用孔探仪进行抽样检测，内部翅片表面无残留钎料和灰尘)；
48.b.将换热器芯体外侧的挂钩用钢丝固定后，将换热器芯体放入涂料池中，涂料液面应将芯体完全淹没，芯体上表面与叶片的高度差应不小于10cm，将换热器芯体放入涂料池中并不断上下晃动，确保芯体内的气体完全排出，30秒后将芯体取出涂料池；取出后的板翅式换热器芯体静置放置时，应采用板翅式换热器芯体与重力方向垂直的方向放置，然后将芯体放入热风干燥炉内，180摄氏度恒温干燥2小时后取出冷却，再用无水乙醇清洗液进行冲洗20分钟，乙醇冲洗的流量为1.4kg/s，完成后再放入热风干燥炉内100摄氏度30分钟后取出，即可完成涂层制作，涂层的导热系数为71w/(m
·
k)。
49.换热器试验采用镓铟锡合金(ga78％in19％se3％)作为热侧流体，水代替危险性高的液氢作为低温流体，进行了试验，试验工况为液态金属进口温度606k，水进口温度288k。换热器出口液态金属出口温度355k，水出口温度为330k，试验持续时间为30分钟。试验后，将芯体切开，分别在翅片和板材上取5mm见方的试样进行检测，检测前使用无水乙醇洗去表面的液态金属残留物，可以观察到涂层表面完整光滑，无鼓包和裂缝，断口处测量涂层厚度为0.8mm，基底铝材结构完整，电镜观察未出现镓原子，可以认为未出现腐蚀。
50.通过实施例1-3可以看出，本发明所制备的含氟涂层用于液态金属-液氢的板翅式换热器表面防腐蚀，具有显著的效果；本换热器若不采用本发明中的防腐蚀技术，则需要使用304不锈钢作为材料，虽然不锈钢结构强度优于铝合金，但由于制造工艺的限制，换热器板材厚度与翅片厚度仍为0.5mm和0.1mm。由于304不锈钢的导热系数仅为18w/(m
·
k)，在忽
略涂层与铝材表面的接触热阻的情况下，铝板材和涂层的总导热系数仍可达158.35w/(m
·
k)，以实施例1为例，换算可得达到相同的换热量需要的换热器尺寸为长0.24m，宽0.24m，高1.29m，重量由10.69kg增加到104.2kg。
51.由此可见，采用本发明的防腐蚀技术可以确保换热器铝材料不被镓铟锡合金液态金属腐蚀，通过使用铝合金材料替代不锈钢材料，可以大幅度降低换热器的体积和重量，满足航空用途中对部件体积和重量的严苛要求。
52.说明：以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离本发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围。