[发明专利]在不锈钢基底上制备微纳米二氧化钛强化传热和防垢涂层方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在不锈钢基底上用液相沉积法制备微纳米TiO₂涂层的方法，尤其涉及一 种在奥氏体300系列、马氏体400系列等不锈钢基底上微纳米级厚度TiO₂强化传热和防垢表 面的液相沉积制备方法。

背景技术

目前，90％以上的换热设备在运行中普遍存在污垢问题。换热设备表面污垢的形成，不 仅影响热能利用和生产正常安全运转，而且增加了生产成本。2007年的统计数据表明，发达 国家的换热设备的污垢损失约占GNP的0.15-0.25％，而发展中国家则更高，达到0.3％。工 业上污垢的预防和消除一般采用添加化学阻垢剂等化学方法及机械清洗、施加外场等物理方 法，普遍存在着清洗成本高和二次污染等问题。

污垢的沉积与污垢-传热表面间的附着力有关，而附着力的大小与传热表面的表面能密切 相关，表面能越小，附着力就越小。因此可通过对换热表面进行处理，减少其表面能，从而 减少污垢沉积。目前国内外已发展起来的一系列较为有效的防垢或强化池沸腾或流动沸腾传 热的技术，主要包括：磁控溅射、离子注入、化学复合镀、热喷涂、化学气相沉积、溶胶- 凝胶、分子自组装等。但这些制备方法普遍存在着制备费用昂贵、设备复杂、工业化困难或 者涂层不均匀、热阻较大、与基底结合不牢等缺点。

液相沉积法是一种比较适合于大面积制备薄膜表面的方法。该法1988年首次报道。其成 膜方法具有操作方便、设备简单、成膜条件较温和及可在形状复杂的基片上成膜等优点，现 已广泛应用于功能薄膜的制备，尤其是微电子行业中超大规模集成电路、金属-氧化物半导体 及液晶显示器件形成氧化物薄膜过程中得到了应用。

液相沉积法相关的专利有：中国专利200710168732.1用液相沉积法制备二氧化钛涂层毛 细管柱的方法，其特征是以氟钛酸铵为原料，通过液相沉积法在石英毛细管内壁沉积二氧化 钛薄膜层，存在烧结温度较低，为300℃，对薄膜性质也无详细表征等。中国专利 200710060653.9一种在紫铜表面制备纳米厚度的薄膜表面的方法，其特征是采用液相沉积方 法在紫铜基底上制备纳米厚度TiO₂等薄膜，并用于强化水池沸腾传热、防垢和防腐。该方法 存在空气氛下烧结时基底易氧化，烧结温度较低，不耐高温、强度低等问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在不锈钢基底上制备微纳米二氧化钛 强化传热和防垢涂层方法，采用本方法制得的涂层致密均匀、表面能较低、耐高温并且强度 高。

在不锈钢基底上制备微纳米二氧化钛强化传热和防垢涂层方法，它包括以下步骤：

(a)对不锈钢基底进行预处理，使其表面的粗糙度Ra＜50nm；

(b)将化学纯的氟钛酸铵、分析纯的硼酸分别配制成均一的溶液，并过滤杂质得到澄清 的溶液，将两种溶液混合均匀，得到的混合液中氟钛酸铵和硼酸的浓度分别为0.05-0.5mol/L 和0.07-0.6mol/L；

(c)将制备的混合液放在水浴中控制其温度在20-80℃，混合液温度恒定以后，将不锈钢 基底垂直悬挂于混合溶液中开始沉积2-50小时制得涂覆有TiO₂薄膜的基片；

(d)沉积完毕后，将涂覆有TiO₂薄膜的基片取出，用蒸馏水冲洗表面以去除表面残留 物；

(e)将基片自然晾干，然后放入N₂保护的电阻炉中加热，加热速率为2-8℃/min，当温度 升高到450-800℃时，保持恒温30-150分钟，关闭电阻炉，自然冷却至室温得到微纳米TiO₂表面涂层；所述的表面涂层厚度介于32.6-180.5nm之间，所述的表面涂层为锐钛矿型和金红 石型晶型；

所述的步骤(a)中的预处理步骤依次包括打磨步骤和超声清洗步骤；其中经所述的打磨 步骤打磨后的不锈钢基底的表面的粗糙度Ra＜50nm，所述的超声清洗步骤包括：将金属样片 首先在质量百分比为3-10％，温度为30-60℃的NaOH溶液中超声浸泡清洗5-10min，除去顽 固性油脂；再将样片浸入质量百分比为3％，温度为30-60℃的盐酸中超声浸泡清洗5-10min， 去除样片表面氧化层；最后用蒸馏水冲洗干净，风干后置于密闭容器中保存。