文档介绍：中国工程热物理学会传热传质学
学术会议论文编号:123534
热交换器防垢镀层结构及热稳定性研究基金项目:国家自然科学基金项目();中国博士后科学基金项目()
作者简介:程延海(1977-),男,江苏徐州人,博士后,主要从事热交换器污垢及传热方面的研究。
程延海1 张世举1陈衡阳1 朱真才1 程林2
(1 中国矿业大学,徐州,221116
2 山东大学热科学与工程研究中心,济南,250061)
摘要:通过化学镀的方法在低碳钢基体表面获得三元Ni-Cu-P镀层,采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)以及差热扫描(DSC)等分析方法,对三元Ni-Cu-P镀层的表面微观形貌、晶态结构和热稳定性进行了分析。结果表明,镀液中CuSO4含量在(-)的变化范围内增加,镀层表面的胞状颗粒变化明显;镀层为非晶态结构,晶粒尺寸呈现增大趋势;镀层材料发生晶粒异常生长的温度值增大,镀层热稳定性提高。
关键词化学镀;Ni-Cu-P镀层;晶态结构;热稳定性
0 引言
在工业循环冷却水系统、电厂锅炉系统以及大型设备的热交换器系统中,污垢的沉积仍然是换热设备运行时所面临的最重要而又严重的问题之一,污垢降低了生产效率、缩短了设备使用寿命、提高了运行成本、增加了事故停车发生率等问题,因此严重地影响了工业生产的可靠性[1]。从表面科学的角度来讲,结垢是一个与表面科学密切相关的问题,金属表面污垢的形成可以看成污垢与换热面相互作用的结果,采用表面改性防垢是一个值得重视的研究方向[2]。在表面改性防垢的研究中,采用Ni-P镀层改性的换热表面不仅抑制了污垢在换热表面的粘附,而且能够强化换热表面传热性能[3]。然而,在探索Ni-P镀层应用于热交换器防垢领域的过程中也发现,二元Ni-P合金是不稳定的非晶体,有向晶态转变的趋势[4],一旦二元Ni-P镀层出现晶化,原子排列有序的晶体污垢则容易在其上聚集长大,从而加快污垢的生长,镀层的防垢能力将严重下降。因此,提高二元Ni-P镀层的晶化温度十分具有意义。Lee通过扫面电镜对镀层材料的表面微观形貌进行了观察分析[5]。Mahalingam和Abdel Hameed等人通过X射线衍射的方法对同类镀层材料的晶态结构进行了分析[6,7]。Kong通过差热分析的方法对聚合物材料的热稳定性进行了分析[8]。但没有给出整体工艺参数与镀层材料特性间的相互关系,不能对实际中的应用提供充分可靠的理论基础[9-11]。
本文通过化学镀的方法,在低碳钢基体上获得三元Ni-Cu-P合金镀层。采用扫描电镜、X射线衍射以及差热分析等方法,对镀层沉积速度、晶态结构类型以及热稳定性等特性进行了综合分析。以探明Cu元素的引入,对合金镀层的沉积镀速以及表面微观形貌的影响作用规律,明确镀层材料的晶态结构类型以及热稳定性的变化规律。为镀层在热交换器防垢领域的应用提供理论基础。
1 试验方法及流程
采用化学镀的方法将三元Ni-Cu-P镀层沉积在尺寸为1××,施镀前,低碳钢基体需要用砂纸进行打磨处理,并用碱液进行除油,用10%和15%的硫酸进行除锈、活化等预处理。镀液工艺中采用硫酸镍和硫酸铜作为主盐,次亚磷酸钠作为还原剂;
分别作为镀层中Ni、Cu、P元素的