[实用新型]一种纳米多孔强化沸腾金属表面结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及技术领域，特别涉及一种纳米多孔强化沸腾金属表面结构。

背景技术

随着现代工业的进展，能源的不断消耗，节约和有效利用自然资源更广泛地受到了人们的关注。

在能源的利用和传递中，有效的强化传热过程对于提高整个传热系统的效率和降低设备的投资与运行费用至关重要。目前，强化沸腾传热的主要方法是改善传热表面结构。

多孔结构作为常用的表面结构，从20世纪60年代开始发展，现今已成为工业应用前景广泛的强化沸腾结构。传统多孔结构的制作方法中，烧结粉末法和机械加工法的强化效果最好。但是，粉末烧结法沸腾严重滞后，加工能耗大，机械加工法孔隙率小，加工尺寸要求严格。

随着微纳米技术的发展，强化沸腾传热的微尺度多孔表面逐渐受到人们的关注。微纳米尺度多孔结构的存在可以有效提高加热壁面的比表面积、改变固液界面的浸润特性、提高汽泡成核密度及脱离频率，从而提高沸腾换热能力。强化传热沸腾的纳米多孔金属表面更是在结构稳定性、力学性能、热导率等方面具有独特的优势，具有很好的研究及应用价值。

目前，制备纳米多孔金属结构比较成熟的方法主要有模板法和脱合金法。模板法制备过程复杂、成本较高，不适合批量生产；而脱合金法主要用来制备纳米多孔块体金属材料。

因此，目前没有合适的开发低成本、易批量化的纳米多孔强化沸腾结构的制备工艺。

实用新型内容

本实用新型的实用新型目的是针对现有纳米多孔强化沸腾结构的技术不足，提供一种纳米多孔强化沸腾金属表面结构。

 [0010] 为实现上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案为：

提供一种纳米多孔强化沸腾金属表面结构，包括金属基体，金属基体上具有双连续的纳米多孔结构；纳米多孔结构的孔径尺寸为15nm~1um。 

优选地，所述金属基体为铜。

进一步地，提供一种纳米多孔强化沸腾金属表面结构的制备方法，包括如下步骤：

1）热浸镀锌，实现表面合金化，形成Cu-Zn前驱体合金层；

2）脱合金化处理，实现Zn组分的选择性溶解，形成纳米多孔铜表面结构；

3）后续热处理。

优选地，步骤（1）中所述热浸镀锌过程为：将金属基体浸渍于500℃~540℃的锌浴中保持3min~5min，以确保金属的组分满足临界脱合金组分的要求。

优选地，所述Cu-Zn前驱体合金层主要由γ-Cu₅Zn₈和β-CuZn形成。

优选地，步骤（2）中所述脱合金化处理的过程为：进行化学或电化学腐蚀，通过控制电解质溶液的组分与腐蚀时间实现纳米多孔表面孔径、形貌的调节；其中，电解质溶液的组分为0.001 M/L ~0.01M/L的硫酸，电解质溶液的外加电势相对于汞—硫酸亚汞电极（MSE）的参比电极在-0.5~-0.1v，电解质溶液的温度为25℃~60℃。

优选地，步骤（3）中所述后续热处理过程为：置于氢气或氩气气氛保护烧结炉中，烧结温度为200℃~600℃，烧结时间为0.5hr~2hr，以进一步调节孔径尺寸及形貌。  

本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：

本实用新型成本低，操作过程简单，且通过脱合金工艺优化及后续热处理工艺可对纳米多孔金属表面结构的孔径尺寸、比表面积、表面浸润性等强化沸腾关键表面参数进行调控，以满足不同强化沸腾性能要求。

附图说明

图1为热镀锌形成Cu-Zn前驱体合金层的示意图；

图2为脱合金化形成的纳米多孔铜表面结构的扫描电镜图；

图3为纳米多孔金属表面和光滑金属表面过热度的比较示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的实用新型目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本实用新型的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非特别说明，本实用新型采用的材料和加工方法为本技术领域常规材料和加工方法。

入图1和2所示，一种纳米多孔强化沸腾金属表面结构，包括铜金属基体，金属基体上具有双连续的纳米多孔结构；纳米多孔结构的孔径尺寸为10nm~9μm。

上述纳米多孔强化沸腾金属表面结构的制备方法，包括如下步骤：

（1）金属基体的预处理：用质量分数5%的氢氧化钠溶液对铜基材料除脂，再用5%盐酸溶液浸洗后助镀，助镀剂配方为180 g/LZnCl_2, 120g/L NH₄Cl。