RU2021113255A

RU2021113255A - Heat transfer wall of a heat exchanger and method of forming a coating for intensifying heat transfer on a heat transfer wall of a heat exchanger

Info

Publication number: RU2021113255A
Application number: RU2021113255A
Authority: RU
Inventors: Алексей Александрович Никифоров; Александр Николаевич Павленко; Михаил Юрьевич Куприков; Николай Иванович Печеркин; Андрей Иванович Катаев; Олег Александрович Володин; Ирина Борисовна Миронова
Original assignee: Алексей Александрович Никифоров
Filing date: 2021-05-06
Publication date: 2022-11-07

Claims

1. Теплопередающая стенка теплообменника, выполненная в составе металлической основы из содержащего алюминий материала, которая снабжена керамическим покрытием, полученным микродуговым оксидированием поверхности указанной основы, отличающаяся тем, что поверхностный слой покрытия выполнен в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, покрытие выполнено толщиной, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, при этом размер пор покрытия сопоставим с критическим размером зародышеобразования или более его при заданной пористости, пористость поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевой угол смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов.1. The heat transfer wall of the heat exchanger, made as part of a metal base made of an aluminum-containing material, which is provided with a ceramic coating obtained by microarc oxidation of the surface of the specified base, characterized in that the surface layer of the coating is made in the form of a capillary-porous structure with centers of vaporization, characterized by the geometric configuration of the porous skeleton, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, the coating is made with a thickness at which the pores formed in it have a through character, while the pore size of the coating is comparable to the critical size of nucleation or more at a given porosity, the porosity of the surface layer is at least 6 %, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water is less than 40 degrees.

2. Стенка по п. 1, отличающаяся тем, что толщина покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, равна от 7 до 35 мкм, включая указанные значения интервала.2. The wall according to claim 1, characterized in that the thickness of the coating, at which the pores formed in it have a through character, is from 7 to 35 microns, including the indicated interval values.

3. Стенка по п. 1, отличающаяся тем, что размер пор покрытия, сопоставимый с критическим размером зародышеобразования или более его, равен 100 нм или более, но не более 10 мкм.3. The wall according to claim 1, characterized in that the pore size of the coating, comparable to the critical nucleation size or more, is 100 nm or more, but not more than 10 μm.

4. Способ формирования покрытия для интенсификации теплообмена на теплопередающей стенке теплообменника, включающий погружение металлической основы из содержащего алюминий материала в электролит, проведение в электролите микродугового оксидирования поверхности металлической основы и формирование керамического покрытия, отличающийся тем, что при этом проводят обработку металлической основы с использованием электролита, обеспечивающего для поверхностного слоя покрытия краевой угол смачивания для воды не более 40 градусов, электрическую обработку проводят в анодно-катодном режиме, при частоте импульсов напряжения, при плотности анодного тока и при соотношении катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, при которых в отношении поверхностного слоя покрытия получают капиллярно-пористую структуру с центрами парообразования, характеризующуюся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, время оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим размером зародышеобразования или более его при указанной пористости.4. A method for forming a coating for intensifying heat transfer on a heat transfer wall of a heat exchanger, which includes immersing a metal base from an aluminum-containing material into an electrolyte, conducting microarc oxidation of the surface of the metal base in the electrolyte, and forming a ceramic coating, characterized in that the metal base is processed using an electrolyte , providing for the surface layer of the coating a contact angle for water of not more than 40 degrees, electrical processing is carried out in the anode-cathode mode, at the frequency of voltage pulses, at the anode current density and at the ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, at which in relation to the surface layer of the coating, a capillary-porous structure with vaporization centers is obtained, characterized by the geometric configuration of the porous framework, which ensures its complete permeability and the absence of deactivation of centers Arrow formation, with a surface layer porosity of at least 6%, but not more than 12%, the oxidation time is selected taking into account the resulting coating thickness, at which the pores formed in it have a through character, with a pore size of the coating comparable to the critical size of nucleation or more than it at the specified porosity.

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве электролита, обеспечивающего для поверхностного слоя покрытия краевой угол смачивания для воды не более 40 градусов, используют силикатно-щелочной электролит с содержанием KOH от 1 до 6 г/л и Na₂SiO₃ от 2 до 20 г/л и/или фосфатный электролит с содержанием Na₅P₃O₁₀ от 10 до 40 г/л, включая значения указанных интервалов, или фосфатный электролит включающий также добавку KOH или Na₂SiO₃.5. The method according to p. 4, characterized in that as an electrolyte providing for the surface layer of the coating a contact angle for water of not more than 40 degrees, a silicate-alkaline electrolyte with a KOH content of 1 to 6 g/l and Na ₂ SiO is used ₃ from 2 to 20 g/l and/or a phosphate electrolyte containing Na ₅ P ₃ O ₁₀ from 10 to 40 g/l, including the values of the indicated intervals, or a phosphate electrolyte also including the addition of KOH or Na ₂ SiO ₃ .

6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что при обработке температуру электролита поддерживают от 15 до 55°С, включая указанные значения интервала.6. The method according to p. 4, characterized in that during processing, the temperature of the electrolyte is maintained from 15 to 55°C, including the indicated values of the interval.

7. Способ по п. 4, отличающийся тем, что при электрической обработке в анодно-катодном режиме, при частоте импульсов напряжения, при плотности анодного тока и при соотношении катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, при которых в отношении поверхностного слоя покрытия получают капиллярно-пористую структуру с центрами парообразования, характеризующуюся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, используют анодно-катодный импульсный режим, частоту от 50 до 3000 Гц, плотность анодного тока от 3 до 50 А/дм², соотношение катодной составляющей силы тока к анодной составляющей силы тока от 0,8 до 1,1, включая значения указанных интервалов.7. The method according to claim 4, characterized in that during electrical processing in the anode-cathode mode, at the frequency of voltage pulses, at the anode current density and at the ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, at which, in relation to the surface layer of the coating a capillary-porous structure with vaporization centers is obtained, characterized by the geometric configuration of the porous framework, which ensures its complete permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with a surface layer porosity of at least 6%, but not more than 12%, anode-cathode pulse mode is used, the frequency is from 50 to 3000 Hz, anode current density from 3 to 50 A/dm ² , the ratio of the cathode component of the current strength to the anode component of the current strength from 0.8 to 1.1, including the values of the indicated intervals.

8. Способ по п. 4, отличающийся тем, что время оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим размером зародышеобразования или более его при указанной пористости, а именно, выбирают от 1,5 до 40 мин, с учетом получаемой толщины от 7 до 35 мкм, включая указанные значения интервала.8. The method according to p. 4, characterized in that the oxidation time is chosen taking into account the resulting thickness of the coating, in which the pores formed in it have a through character, with a pore size of the coating comparable to the critical size of nucleation or more of it at the specified porosity, namely , choose from 1.5 to 40 min, taking into account the resulting thickness from 7 to 35 microns, including the specified values of the interval.