[发明专利]一种热喷涂型铁基粉末多孔表面换热管的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及到换热管及其制造领域，具体地说，是一种热喷涂型铁基粉末多孔表面换热管的制备方法。

【背景技术】

炼油、石油化工等行业大量使用换热器，其投资一般占全部投资的30％～40％。因此，通过强化传热提高换热器的传热效率，降低能量消耗具有重要的工程价值。目前强化沸腾传热的主要方法是改善传热表面结构。常用的表面结构有各种形状的沟槽、肋片和多孔表面。其中自20世纪60年代发展起来的多孔表面换热管以其高效沸腾换热、低温差沸腾、高临界热通量和良好的抗结垢能力，已成为一种工业应用前景广泛的换热元件。

多孔表面换热管的制造方法主要有烧结金属粉末法、机械加工法、电镀法、电化学腐蚀法、覆盖金属丝网法、热喷涂金属粉末法等。1956年8月，美国人Milton进行了烧结多孔薄层应用于各类换热结构的研究，并于1968年申请了烧结型表面多孔材料方面的第一个专利(美国专利)，美国专利号为US3384154。1975年，美国盖茨橡胶公司的Dahl等人首先采用火焰喷涂技术实现了在管材和板材上喷涂能提高沸腾传热系数的金属多孔层，并申请了第一个热喷涂法制造多孔表面换热管的发明专利(美国专利)，美国专利号为US3990862。北京化工研究院公开了国内首个热喷涂法制造多孔表面金属管的制造方法，中国专利号为CN1003522，其采用具有高分解温度的有机高分子材料粉末为造孔剂，与金属粉末按一定比例混合后，通过氧-乙炔火焰喷涂在经过预处理的金属管表面形成金属多孔层；该方法适用于喷涂低熔点金属粉末，以形成多孔层，如铝多孔层的喷涂。但是该方法生产出来的多孔表面换热管因管材和多孔层物理性能不同，结合牢固性较差。根据同种材料相宜原则，大规模使用的铁基换热管表面应该是铁基粉末；同基材料可避免管材基体与多孔层之间发生电化学反应以及在高温高压状况下产生温度应力和变形应力等导致多孔层脱落。目前，多孔表面换热管的制造以烧结金属粉末法为主。华东理工大学先后公开了三种多孔表面换热管的低温烧结方法，中国专利号分别为CN1449880、CN101088675和CN101251351，三种方法均采用低熔点合金粉末作为多孔层成分，可以有效降低烧结温度，用于制造铜、铁换热管的多孔表面。这种烧结加工方法虽然多孔层的孔隙率较高，为30～70％，但工序复杂，加工周期长，能耗大，成本高；而且管材在烧结时会经过长时间的热处理，这必然使基体管材的组织恶化，力学性能降低，难以满足换热管的相关标准规定。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种热喷涂型铁基粉末多孔表面换热管的制备方法。

本发明的构思为：该换热管由管子基体和表面多孔层构成；表面多孔层以铁或铁合金细粒度粉末为主要成分，含有一定比例的镍包铝粉末和喷涂助剂经热喷涂而成；表面多孔层位于管子的外表面，内表面为光面或具有强化冷凝作用的纵槽结构；其制备方法为：先将铁基合金粉末、镍包铝粉末与喷涂助剂按一定比例均匀混合，形成机械合金化粉末；再通过氧-乙炔火焰以一定角度喷涂在经过预处理的金属管外表面形成铁基合金粉末金属多孔层。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种热喷涂型铁基粉末多孔表面换热管的制备方法，具体步骤为：

(1)将铁基合金粉末、镍包铝粉末与喷涂助剂混合均匀，形成机械合金化粉末；

所述的铁基合金粉末为细粒度球状粉末，其粒度为100～400目，使用微碳化焰或中性焰进行喷涂，温度为600～900℃；

所述的铁基合金粉末与镍包铝粉末的混合重量比为5∶1～8∶1；

所述的喷涂助剂为低熔点合金元素Cr、Ni、Ti、Al、Sn、B、P、Si中的一种或几种，其在喷涂粉末中的重量分数为10～30％，其作用是降低铁基合金粉末的熔点；

(2)对金属管进行表面清洁处理，即除锈、去除氧化皮及油污；

所述的金属管为碳钢、低合金钢、不锈钢等普通换热管；

(3)对表面处理好的金属管进行预热，预热温度控制在90～130℃；

(4)采用氧-乙炔火焰喷枪喷涂打底粉，在金属管外表面形成底层；

(5)采用氧-乙炔火焰喷枪喷涂机械合金化粉末，形成金属多孔层，得到热喷涂型铁基粉末多孔表面换热管；

所述的热喷涂型铁基粉末多孔表面换热管厚度为0.2～0.5mm，孔隙率为35～65％，孔隙半径为0.05～0.4mm；

热喷涂时喷涂角度(即氧-乙炔火焰喷枪的喷嘴与管子基体之间的夹角)为55°～85°，并且采用单向间歇式喷涂方法，保持喷涂角度一致。