RU2793671C2 - Heat transfer wall of a heat exchanger and method for forming of the coating to intensify heat transfer of a heat transfer wall of a heat exchanger - Google Patents

Abstract

FIELD: heat exchange.

SUBSTANCE: group of inventions relates to a heat transfer wall of a heat exchanger and a method for forming of a coating to intensify heat transfer of a heat transfer wall of a heat exchanger. The base of the heat transfer wall of the heat exchanger is made of an aluminum-containing material and provided with said coating, which is a ceramic coating obtained by microarc oxidation of the surface of the said base. The surface layer of the coating is made in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous framework, which ensures its complete permeability and the absence of deactivation of vaporization centers. The coating is made with a thickness at which the pores formed in it have are through pores. The pore size of the coating is comparable to the critical nucleation size at nucleate boiling or exceeds it with the surface layer porosity of not less than 6%, but not more than 12%, and the contact angle of the surface layer for water is less than 40 degrees.

EFFECT: increase in the intensity of heat transfer during boiling, stabilization of the heat transfer coefficient over time.

8 cl, 8 dwg, 1 tbl, 10 ex

Description

Технические решения относятся к области теплообмена, а именно, к конструктивным элементам теплообменного оборудования, и могут быть использованы при разработке теплообменных устройств, в частности, для холодильных и криогенных установок со спиральновитым теплообменником, используемых, например, в энергетике и смежных с ней отраслях промышленности, в химической промышленности в крупномасштабных установках по ожижению природного газа.Technical solutions relate to the field of heat transfer, namely, to the structural elements of heat exchange equipment, and can be used in the development of heat exchange devices, in particular, for refrigeration and cryogenic installations with a spiral heat exchanger, used, for example, in the energy sector and related industries, in the chemical industry in large-scale natural gas liquefaction plants.

Известна теплопередающая стенка теплообменника (описание к патенту RU 2508497, опубликовано 27.02.2014), содержащая металлическую основу криволинейной конфигурации, выполненную с возможностью образования для прокачки теплоносителя трубки, поверхность которой, характеризуемая большим радиусом кривизны изгиба и омываемая хладагентом, снабжена оребрением из проволоки, навитой в виде спирали вдоль трубы и зафиксированной на указанной поверхности посредством пайки.A heat transfer wall of a heat exchanger is known (description of the patent RU 2508497, published on February 27, 2014), containing a metal base of a curvilinear configuration, made with the possibility of forming a tube for pumping the coolant, the surface of which, characterized by a large radius of curvature of the bend and washed by the refrigerant, is equipped with fins made of wire wound in the form of a spiral along the pipe and fixed on the specified surface by soldering.

Данный аналог не может решить техническую проблему создания спиральновитого теплообменника, обеспечивающего высокую эффективность, снижение массы и габаритов теплообменного аппарата. Его недостатки обусловлены традиционным подходом конструктивной реализации с ограниченным ресурсом повышения интенсификации теплообмена при кипении.This analog cannot solve the technical problem of creating a spiral-wound heat exchanger that provides high efficiency, reduced weight and dimensions of the heat exchanger. Its shortcomings are due to the traditional approach of constructive implementation with a limited resource for increasing the intensification of heat transfer during boiling.

Известна теплопередающая стенка теплообменника (патентный документ TW 201438834, опубликовано 16.10.2014, реферат). Известная стенка принята за ближайший аналог. Стенка выполнена в составе металлической основы из содержащего алюминий, или магний, или титан материала и керамического покрытия, полученного микродуговым оксидированием поверхности указанной основы.Known heat transfer wall of the heat exchanger (patent document TW 201438834, published 10/16/2014, abstract). The known wall is taken as the closest analogue. The wall is made as part of a metal base made of a material containing aluminum, or magnesium, or titanium, and a ceramic coating obtained by microarc oxidation of the surface of said base.

Приведенным ближайшим аналогом не может достигаться решение технической проблемы создания высокоэффективного спиральновитого теплообменника, обеспечивающего высокую тепловую эффективность, снижение массы и габаритов теплообменного аппарата.Given the closest analogue can not be achieved by the solution of the technical problem of creating a highly efficient spiral heat exchanger, providing high thermal efficiency, reducing the weight and dimensions of the heat exchanger.

Керамическое покрытие, полученное микродуговым оксидированием поверхности металлической основы, не соответствует требуемым характеристикам в целях обеспечения высокой интенсивности теплообмена. Информация о достигаемых параметрах интенсификации теплообмена отсутствует.The ceramic coating obtained by microarc oxidation of the surface of the metal base does not meet the required characteristics in order to ensure a high intensity of heat transfer. There is no information on the achieved parameters of heat transfer intensification.

Известен способ формирования покрытия для интенсификации теплообмена на теплопередающей стенке теплообменника (описание к патенту RU 2727406, опубликовано 21.07.2020). Запатентованным способом обеспечивают формирование пористого покрытия из наночастиц, а именно, формирование на плоской поверхности покрытия из наночастиц оксида алюминия. В этих целях осуществляют нанесение на поверхность раствора из наночастиц, а именно, готовят коллоидный раствор наночастиц в воде, затем его наносят распылением на плоскую поверхность с временными промежутками в 10 сек, в течение указанных временных промежутков поверхность нагревают до температуры в 250°С и осуществляют испарение капель воды при атмосферном давлении на воздухе.A known method of forming a coating to intensify heat transfer on the heat transfer wall of the heat exchanger (description to the patent RU 2727406, published 21.07.2020). A patented method provides for the formation of a porous coating of nanoparticles, namely, the formation of a coating of aluminum oxide nanoparticles on a flat surface. For this purpose, a solution of nanoparticles is applied to the surface, namely, a colloidal solution of nanoparticles in water is prepared, then it is sprayed onto a flat surface at time intervals of 10 seconds, during the indicated time intervals the surface is heated to a temperature of 250 ° C and carried out evaporation of water droplets at atmospheric pressure in air.

Разработка приведенного способа направлена на получение на поверхности изделия слоя с высокими капиллярными свойствами. Разработчики указывают, что способ может быть использован при изготовлении изделий, содержащих теплообменные поверхности с микро- и нанорельефом для интенсификации теплообмена.The development of the above method is aimed at obtaining a layer with high capillary properties on the surface of the product. The developers indicate that the method can be used in the manufacture of products containing heat-exchange surfaces with micro- and nano-relief to intensify heat transfer.

Однако данный способ не обеспечивает решение технической проблемы создания спиральновитого теплообменника, обеспечивающего высокую эффективность, снижение массы и габаритов теплообменного аппарата.However, this method does not provide a solution to the technical problem of creating a spiral heat exchanger that provides high efficiency, reduced weight and dimensions of the heat exchanger.

Указанным способом обеспечивается получение покрытия, которое подвержено разрушению. Покрытие не обладает механической устойчивостью и сохранением своей целостности. Капиллярно-пористая структура покрытия не оптимизирована в целях достижения высокой интенсивности теплообмена при пузырьковом кипении со стабилизированным коэффициентом теплоотдачи.This method provides a coating that is susceptible to destruction. The coating does not have mechanical stability and maintain its integrity. The capillary-porous structure of the coating is not optimized in order to achieve a high intensity of heat transfer during nucleate boiling with a stabilized heat transfer coefficient.

Известен способ формирования покрытия для интенсификации теплообмена на теплопередающей стенке теплообменника (патентный документ TW 201438834, опубликовано 16.10.2014, реферат). Приведенный способ принят за ближайший аналог. Способ заключается в том, что металлическую основу из материала, содержащего алюминий, или магний, или титан, погружают в электролит, в котором посредством микродугового оксидирования (МДО) проводят окисление поверхности, формируя керамическое покрытие.A known method of forming a coating to enhance heat transfer on the heat transfer wall of the heat exchanger (patent document TW 201438834, published 10/16/2014, abstract). The above method is taken as the closest analogue. The method consists in the fact that a metal base made of a material containing aluminum, or magnesium, or titanium is immersed in an electrolyte, in which the surface is oxidized by means of microarc oxidation (MAO), forming a ceramic coating.

К недостаткам приведенного способа относится отсутствие оптимизации осуществления действий способа, что препятствует достижению необходимых характеристик формируемого покрытия в целях обеспечения высокой интенсивности теплообмена при пузырьковом кипении и стабилизации коэффициента теплоотдачи.The disadvantages of this method include the lack of optimization of the implementation of the actions of the method, which prevents the achievement of the necessary characteristics of the formed coating in order to ensure a high intensity of heat transfer during nucleate boiling and stabilization of the heat transfer coefficient.

Разработка способа направлена на повышение теплопередающей способности трубы. Получаемое капиллярно-пористое покрытие способно интенсифицировать теплообмен при течении одно- и двухфазных сред за счет турбулизации пограничного слоя, закрутки потока, действия в нем капиллярных сил, увеличения центров парообразования и переменной пористости.The development of the method is aimed at increasing the heat transfer capacity of the pipe. The resulting capillary-porous coating is able to intensify heat transfer during the flow of one- and two-phase media due to turbulence of the boundary layer, swirl of the flow, the action of capillary forces in it, an increase in the centers of vaporization and variable porosity.

Тем не менее, разработанный способ не обеспечивает решение технической проблемы создания спиральновитого теплообменника, обеспечивающего высокую эффективность, снижение массы и габаритов теплообменного аппарата.However, the developed method does not provide a solution to the technical problem of creating a spiral-wound heat exchanger that provides high efficiency, reduced weight and dimensions of the heat exchanger.

Способ обеспечивает получение покрытия, которое подвержено разрушению. Покрытие не обладает механической устойчивостью и сохранением своей целостности. Капиллярно-пористая структура покрытия не оптимизирована в целях достижения высокой интенсивности теплообмена при пузырьковом кипении со стабилизированным коэффициентом теплоотдачи.The method provides a coating that is susceptible to destruction. The coating does not have mechanical stability and maintain its integrity. The capillary-porous structure of the coating is not optimized in order to achieve a high intensity of heat transfer during nucleate boiling with a stabilized heat transfer coefficient.

Разработка предлагаемых технических решений направлена на преодоление технической проблемы создания спиральновитого теплообменника, обеспечивающего высокую эффективность, снижение массы и габаритов теплообменного аппарата, за счет достижения технического результата.The development of the proposed technical solutions is aimed at overcoming the technical problem of creating a spiral-wound heat exchanger, providing high efficiency, reducing the weight and dimensions of the heat exchanger, by achieving a technical result.

Техническим результатом является:The technical result is:

- повышение интенсивности теплообмена при кипении;- increasing the intensity of heat transfer during boiling;

- стабилизация коэффициента теплоотдачи во времени.- stabilization of the heat transfer coefficient over time.

Технический результат достигается теплопередающей стенкой теплообменника, содержащая металлическую основу, при этом основа выполнена из содержащего алюминий материала и снабжена покрытием для интенсификации теплообмена теплопередающей стенки теплообменника - керамическим покрытием, полученным микродуговым оксидированием поверхности указанной основы, 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 зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при следующей пористости, пористость поверхностного слоя - не менее 6 %, но не более 12%, а краевой угол смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов.The technical result is achieved by a heat transfer wall of the heat exchanger containing a metal base, while the base is made of an aluminum-containing material and provided with a coating to intensify heat transfer of the heat transfer wall of the heat exchanger - a ceramic coating obtained by microarc oxidation of the surface of the specified base, the surface layer of the coating is made in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, which is characterized by the geometric configuration of the porous framework, which ensures 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 embryonic size during nucleate boiling or more than it at the next porosity, the porosity of the surface layer is not less than 6%, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water is less than 40 degrees.

В стенке толщина покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, равна от 7 до 35 мкм, включая указанные значения интервала.In the wall, the thickness of the coating, at which the pores formed in it have a through character, is from 7 to 35 μm, including the indicated values of the interval.

В стенке размер пор покрытия, сопоставимый с критическим зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его, равен 100 нм или более, но не более 10 мкм.In the wall, the pore size of the coating, comparable to the critical nucleation size at nucleate boiling or more, is 100 nm or more, but not more than 10 μm.

Технический результат достигается способом формирования покрытия для интенсификации теплообмена теплопередающей стенки теплообменника, включающий обработку металлической основы, в котором обрабатывают металлическую основу из содержащего алюминий материала, путем проведения в электролите микродугового оксидирования поверхности металлической основы, чем формируют керамическое покрытие, при этом проводят обработку в анодно-катодном режиме с частотой импульсов напряжения, с плотностью анодного тока, с соотношением катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, с использованием электролита, которыми получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов, время оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при указанной пористости.The technical result is achieved by a method of forming a coating for intensifying heat transfer of the heat transfer wall of the heat exchanger, including processing the metal base, in which the metal base is processed from an aluminum-containing material, by carrying out microarc oxidation of the surface of the metal base in the electrolyte, which forms a ceramic coating, while processing is carried out in the anodic cathode mode with a frequency of voltage pulses, with an anode current density, with a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, using an electrolyte, which produces a surface layer of the coating in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by a geometric configuration of the porous frame, providing its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with the porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water - less than 40 degrees, the oxidation time is chosen taking into account the resulting coating thickness, at which the formed in it, the pores are inherent in a through character, with a pore size of the coating comparable to the critical seed size during nucleate boiling or more than it at the specified porosity.

В способе в качестве электролита, обработкой в котором получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов, используют электролит, обладающий способностью образования полимерных анионов, с присутствующими в их составе элементами, способными к образованию нерастворимых оксидов, которые, встраиваясь в состав покрытия, обеспечивают увеличение линейных размеров формирующегося покрытия, а именно, силикатно-щелочной электролит с содержанием КОН 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 указанные значения интервалов, или фосфатный электролит включающий также добавку КОН или Na₂SiO₃.In the method as an electrolyte, processing in which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous framework, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with a surface layer porosity of at least 6%, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water is less than 40 degrees, an electrolyte is used that has the ability to form polymer anions, with elements present in their composition capable of forming insoluble oxides, which, embedding in the coating composition, provide an increase in linear dimensions of the coating being formed, namely, a silicate-alkaline electrolyte with a content of KOH from 1 to 6 g/l and Na ₂ SiO ₃ from 2 to 20 g/l and/or a phosphate electrolyte with a content of Na ₅ P ₃ O ₁₀ from 10 to 40 g/l, including the specified values of the intervals, or a phosphate electrolyte also including the addition of KOH or Na ₂ SiO ₃ .

В способе при обработке температуру электролита поддерживают от 15 до 55°С, включая указанные значения интервала.In the method, during processing, the temperature of the electrolyte is maintained from 15 to 55°C, including the indicated values of the interval.

В способе при обработке в анодно-катодном режиме с частотой импульсов напряжения, с плотностью анодного тока, с соотношением катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, которыми получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов, используют 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 указанные значения интервалов.In the method, when processed in the anode-cathode mode with a frequency of voltage pulses, with an anode current density, with a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, by which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous frame, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with a porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water - less than 40 degrees, use a frequency from 50 to 3000 Hz, density anode current 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 indicated values of the intervals.

В способе время оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при указанной пористости, а именно, выбирают от 1,5 до 40 минут, включая указанные значения интервала.In the method, the oxidation time is chosen taking into account the resulting thickness of the coating, at which the pores formed in it have a through character, with a pore size of the coating comparable to the critical seed size during nucleate boiling or more than it at the specified porosity, namely, choose from 1.5 to 40 minutes, including the specified interval values.

Сущность технического решения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами.The essence of the technical solution is illustrated by the following description and the attached figures.

На Фиг. 1 представлена фотография, демонстрирующая морфологию поверхности покрытия, полученного микродуговым оксидированием металлической основы из материала (АД-31), содержащего алюминий, в кислотном электролите - вид поверхности.On FIG. 1 shows a photograph showing the morphology of the surface of the coating obtained by microarc oxidation of a metal base from a material (AD-31) containing aluminum in an acid electrolyte - surface view.

На Фиг. 2 представлена фотография, демонстрирующая морфологию поверхности покрытия, полученного микродуговым оксидированием металлической основы из материала (АД-31), содержащего алюминий, в щелочном электролите - вид поверхности.On FIG. Figure 2 shows a photograph showing the surface morphology of a coating obtained by microarc oxidation of a metal base from an aluminum-containing material (AD-31) in an alkaline electrolyte - a surface view.

На Фиг. 3 представлена фотография, демонстрирующая морфологию поверхности покрытия, полученного микродуговым оксидированием металлической основы из материала (Д16-Т), содержащего алюминий, в щелочном электролите - вид поверхности.On FIG. 3 is a photograph showing the surface morphology of a coating obtained by microarc oxidation of a metal base from a material (D16-T) containing aluminum in an alkaline electrolyte - a surface view.

На Фиг. 4 представлена фотография, демонстрирующая морфологию поверхности покрытия, полученного микродуговым оксидированием металлической основы из материала (Д16-Т), содержащего алюминий, в фосфатном электролите - вид поверхности.On FIG. 4 is a photograph showing the surface morphology of a coating obtained by microarc oxidation of a metal base from an aluminum-containing material (D16-T) in a phosphate electrolyte - a surface view.

На Фиг. 5 продемонстрировано уменьшение угла смачивания поверхности в случае покрытия толщиной 30 мкм, полученного микродуговым оксидированием металлической основы из материала (Д16-Т), содержащего алюминий, в щелочном электролите по сравнению со случаем отсутствия указанного покрытия: а) угол смачивания поверхности покрытия; б) угол смачивания поверхности металлической основы.On FIG. Figure 5 shows a decrease in the contact angle of the surface in the case of a coating 30 μm thick obtained by microarc oxidation of a metal base from a material containing aluminum (D16-T) in an alkaline electrolyte compared to the case of the absence of the specified coating: a) the contact angle of the coating surface; b) contact angle of the surface of the metal base.

На Фиг. 6 показаны зависимости общего коэффициента теплопередачи от температуры теплоносителя на входе в рабочие участки при Re=1000 для трубы с покрытием, полученным микродуговым оксидированием в силикатно-щелочном электролите до достижения его толщины 109-124 мкм, и для трубы из того же материала без покрытия.On FIG. Figure 6 shows the dependences of the total heat transfer coefficient on the temperature of the coolant at the inlet to the working sections at Re=1000 for a pipe with a coating obtained by microarc oxidation in a silicate-alkaline electrolyte until its thickness reaches 109–124 μm, and for a pipe made of the same material without a coating.

На Фиг. 7 демонстрируется влияние параметров покрытий, полученных микродуговым оксидированием, на интенсификацию теплообмена в стекающей пленке на пакете горизонтальных труб в режиме пузырькового кипения.On FIG. Figure 7 demonstrates the influence of the parameters of coatings obtained by microarc oxidation on the intensification of heat transfer in a falling film on a stack of horizontal pipes in the nucleate boiling mode.

На Фиг. 8 демонстрируется влияние условий формирования покрытия на интенсификацию теплообмена - показаны зависимости относительного значения коэффициента теплоотдачи от температуры теплоносителя на входе в рабочие участки труб, которые снабжены покрытиями, полученными микродуговым оксидированием в различных условиях, с различными параметрами.On FIG. Figure 8 demonstrates the influence of the conditions of coating formation on the intensification of heat transfer - the dependences of the relative value of the heat transfer coefficient on the temperature of the heat carrier at the inlet to the working sections of pipes, which are provided with coatings obtained by microarc oxidation under various conditions, with various parameters, are shown.

Тепловая эффективность устройства является задающим фактором компактности (снижения массы и габаритов) теплообменного аппарата. Повышением тепловой эффективности обуславливается снижение металлоемкости и, следовательно, стоимости теплообменного аппарата при сохранении его тепловой мощности. В свою очередь, повышение тепловой эффективности обеспечивается посредством интенсификации процесса теплоотдачи - путем повышения интенсивности теплообмена при кипении, со стабилизацией коэффициента теплоотдачи.The thermal efficiency of the device is a key factor in the compactness (reduction in weight and dimensions) of the heat exchanger. An increase in thermal efficiency is due to a decrease in metal consumption and, consequently, the cost of a heat exchanger while maintaining its thermal power. In turn, the increase in thermal efficiency is provided by intensifying the heat transfer process - by increasing the intensity of heat transfer during boiling, with the stabilization of the heat transfer coefficient.

Существенным преимуществом практического использования в целях теплообмена покрытий, формируемых методом МДО, является их высокая износостойкость и прочность, эластичность, возможность формирования методом МДО покрытий на длинномерных объектах. При производстве спиральновитых теплообменников современных крупномасштабных установок для ожижения природного газа используются трубы большой длины, которые послойно навиваются на центральный сердечник. Метод МДО, обладая высоким потенциалом адаптивности к встраиванию в технологический процесс модифицирования поверхности труб большой длины, может быть эффективно использован в технологии создания спиральных теплообменников. Высокие прочностные характеристики МДО-покрытий способны обеспечить сохранение целостности покрытия при навивке теплообменных труб.A significant advantage of the practical use of coatings formed by the MAO method for heat transfer is their high wear resistance and strength, elasticity, and the possibility of forming coatings on long objects by the MAO method. The spiral wound heat exchangers of modern large-scale natural gas liquefaction plants use long pipes that are wound in layers around a central core. The MAO method, having a high adaptability potential to be integrated into the technological process of modifying the surface of long pipes, can be effectively used in the technology of creating spiral heat exchangers. The high strength characteristics of MAO coatings are capable of maintaining the integrity of the coating during coiling of heat exchange tubes.

Предлагаемые технические решения направлены на достижение реализации эффективного теплообмена при пузырьковом кипении. Пузырьковый режим кипения в практическом отношении предпочтителен по сравнению с режимом испарения и режимом пленочного кипения.The proposed technical solutions are aimed at achieving the implementation of efficient heat transfer during nucleate boiling. The bubbly boiling mode is practically preferable compared to the evaporation mode and the film boiling mode.

Отличия предлагаемых решений по сравнению с уровнем техники, посредством которых достигается технический результат и решается техническая проблема, заключаются в получении и использовании керамического МДО-покрытия с характеристиками, а именно, с физико-химическим (смачиваемость) и геометрическим (шероховатость, пористость) факторами, обуславливающими при реализации процесса получение больших плотностей активных (работающих) центров образования пузырей пара, что приводит к повышению интенсивности теплообмена и стабилизации коэффициента теплоотдачи. Поверхностный слой покрытия для интенсификации теплообмена 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. То есть, покрытие выполняют толщиной, обеспечивающей отсутствие запуска при микродуговом оксидировании процесса зарастания пор. Размер пор покрытия сопоставим с критическим зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при задаваемой пористости. Пористость поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевой угол смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов. В способе получения МДО-покрытия для интенсификации теплообмена теплопередающей стенкой теплообменника проводят обработку металлической основы в электролите. В качестве металлической основы используют основу из содержащего алюминий материала. Обработку проводят в электролите посредством микродугового оксидирования поверхности металлической основы. Обработку осуществляют в анодно-катодном режиме с частотой импульсов напряжения, с плотностью анодного тока, с соотношением катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, с использованием электролита, которыми получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя -не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов. Время оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим зародышевым размером или более его при указанной пористости.The differences between the proposed solutions in comparison with the prior art, through which a technical result is achieved and a technical problem is solved, lie in the production and use of a ceramic MAO coating with characteristics, namely, with physicochemical (wettability) and geometric (roughness, porosity) factors, causing during the implementation of the process to obtain high densities of active (working) centers for the formation of steam bubbles, which leads to an increase in the intensity of heat transfer and stabilization of the heat transfer coefficient. The surface layer of the coating for intensifying heat transfer is made in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous framework, which ensures 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. That is, the coating is made with a thickness that ensures that the process of pore overgrowth is not triggered during microarc oxidation. The pore size of the coating is comparable to the critical nucleation size at nucleate boiling or more than it at a given porosity. The porosity of the surface layer is not less than 6%, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water is less than 40 degrees. In the method of obtaining MAO-coating for the intensification of heat transfer by the heat-transfer wall of the heat exchanger, the metal base is processed in an electrolyte. As the metal base, a base of an aluminum-containing material is used. The treatment is carried out in the electrolyte by microarc oxidation of the surface of the metal base. The treatment is carried out in the anode-cathode mode with a frequency of voltage pulses, with an anode current density, with a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, using an electrolyte, which produces a surface layer of the coating in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by a geometric configuration of the porous frame, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with the porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more than 12%, and the contact angle of the surface layer for water - less than 40 degrees. The oxidation time is chosen taking into account the resulting thickness of the coating, at which the pores formed in it have a through character, with a pore size of the coating comparable to the critical seed size or more of it at the specified porosity.

В отличие от гладкой поверхности, для пористой поверхности покрытия при теплообмене в режимах кипения и испарения характерен меньший требуемый температурный напор, более высокий коэффициент теплоотдачи в результате наличия большого и стабильного во времени количества активных центров парообразования, стабильных изменения диаметра и частоты отрыва паровых пузырей. Указанными выше центрами являются микроскопические пузырьки пара в порах.In contrast to a smooth surface, the porous surface of the coating during heat exchange in the boiling and evaporation modes is characterized by a lower required temperature difference, a higher heat transfer coefficient as a result of the presence of a large and stable over time number of active centers of vaporization, stable changes in the diameter and frequency of detachment of steam bubbles. The centers mentioned above are microscopic vapor bubbles in the pores.

К условиям, обеспечивающим кипение, относится:Boiling conditions include:

- нагрев жидкости до температуры насыщения;- heating the liquid to saturation temperature;

- наличие центров образования пузырей пара;- the presence of centers of formation of steam bubbles;

- постоянный подвод теплоты для создания температурного напора.- a constant supply of heat to create a temperature difference.

Из приведенных условий видно, что для реализации стремления к повышению интенсивности теплообмена - увеличению отводимых тепловых потоков, коэффициента теплоотдачи при кипении - диктуется необходимость, в частности, достижения больших плотностей активных (работающих) центров образования пузырей пара.From the above conditions, it can be seen that in order to implement the desire to increase the intensity of heat transfer - to increase the removed heat fluxes, the heat transfer coefficient during boiling - it is necessary, in particular, to achieve high densities of active (working) centers for the formation of vapor bubbles.

Возникновение большой плотности активных центров образования пузырей пара и, как следствие, достижений высоких значений отводимых тепловых потоков и/или коэффициента теплоотдачи характерно для развитого пузырькового кипения, наблюдающегося в области относительно больших значений температурного напора. В области малых значений температурного напора плотность активных центров образования пузырей пара низка. Соответственно, значения отводимых тепловых потоков и/или коэффициента теплоотдачи низки.The occurrence of a high density of active centers for the formation of vapor bubbles and, as a result, the achievement of high values of the removed heat fluxes and/or the heat transfer coefficient is characteristic of developed nucleate boiling, which is observed in the region of relatively large values of the temperature difference. In the region of small values of the temperature difference, the density of active centers for the formation of vapor bubbles is low. Accordingly, the values of the removed heat fluxes and/or the heat transfer coefficient are low.

С другой стороны, независимо от величины конкретного температурного напора, для получения большой плотности активных центров образования пара оказываются значимыми следующие предпосылки.On the other hand, regardless of the magnitude of a specific temperature difference, the following prerequisites are significant for obtaining a high density of active centers for the formation of steam.

Известно, что при фиксированных температурных условиях, то есть, независимо от области значений температурного напора, среднее количество действующих, активных, центров кипения определяется как физико-химическим фактором - локальными адгезионными характеристиками (локальной смачиваемостью), так и геометрическим фактором - поверхностным рельефом, характеризуемым наличием особенностей в форме углублений, впадин, царапин, то есть, атрибутами, которые свойственны для развитой поверхности (Д.А. Лабунцов «Физические основы энергетики. Избранные труды по теплообмену, гидродинамике, термодинамике», параграф «Приближенная теория теплообмена при развитом пузырьковом кипении», М.: Издательство МЭИ, 2000, 388 с.).It is known that under fixed temperature conditions, that is, regardless of the temperature difference range, the average number of active, active, boiling centers is determined both by the physicochemical factor - local adhesion characteristics (local wettability), and by the geometric factor - surface relief, characterized by the presence of features in the form of depressions, depressions, scratches, that is, attributes that are characteristic of a developed surface (D.A. Labuntsov “Physical foundations of energy. Selected works on heat transfer, hydrodynamics, thermodynamics”, paragraph “Approximate theory of heat transfer with developed nucleate boiling ”, M.: MPEI Publishing House, 2000, 388 p.).

В приведенном источнике показано, что способность участка поверхности к парообразованию характеризуется величиной энергетического барьера (приращение термодинамического потенциала) для перехода от системы без паровой фазы к системе с жизнеспособным зародышем, описываемой выражением:The above source shows that the ability of a surface area to vaporization is characterized by the value of the energy barrier (thermodynamic potential increment) for the transition from a system without a vapor phase to a system with a viable nucleus, described by the expression:

где ΔФ - приращение термодинамического потенциала;where ΔФ - increment of thermodynamic potential;

V - объем пузыря;V is the volume of the bubble;

S - полная поверхность пузыря;S is the total surface of the bubble;

Sw - поверхность твердого тела, занимаемая пузырем;Sw is the surface of the solid body occupied by the bubble;

ρ_v - плотность пара;ρ _v - vapor density;

σ - поверхностное натяжение на границе раздела пар-жидкость;σ - surface tension at the vapor-liquid interface;

- удельный (на единицу массы) термодинамический потенциал Гиббса для жидкой фазы;

- specific (per unit mass) Gibbs thermodynamic potential for the liquid phase;

- удельный (на единицу массы) термодинамический потенциал Гиббса для паровой фазы;

- specific (per unit mass) Gibbs thermodynamic potential for the vapor phase;

θ - величина локального краевого угла.θ is the value of the local contact angle.

Второе слагаемое указанного выражения, представляющее собой работу по созданию поверхности раздела фаз, зависит от физико-химических (θ) и геометрических (Sw/S) факторов элемента поверхности. Видно, что для фиксированных θ и S работа, совершаемая по образованию новых поверхностей, будет тем меньше, чем большая часть Sw поверхности пузыря S соприкасается с твердой фазой. Таким образом, особенности поверхности типа углублений, впадин, царапин являются потенциальными центрами кипения в большей степени, чем ровные участки и различные выступы.The second term of this expression, which is the work to create the interface, depends on the physico-chemical (θ) and geometric (Sw/S) factors of the surface element. It can be seen that for fixed θ and S, the work done on the formation of new surfaces will be the smaller, the larger part Sw of the bubble surface S is in contact with the solid phase. Thus, surface features such as depressions, depressions, scratches are potential centers of boiling to a greater extent than even areas and various protrusions.

Условия начала образования пара на поверхности зависят от величины локального краевого угла (локальной смачиваемости) θ. Для обычно встречающихся на практике случаев значений θ, когда значение последнего определено диапазоном 0<θ<π, величина барьера ΔФ задана совместным влиянием как геометрического фактора Sw/S, так и самого уровня смачиваемости 9.The conditions for the onset of vapor formation on the surface depend on the value of the local contact angle (local wettability) θ. For the cases of θ values commonly encountered in practice, when the value of the latter is determined in the range 0<θ<π, the barrier value ΔФ is set by the joint influence of both the geometric factor Sw/S and the wettability level itself 9.

Размеры углублений, в которых могут возникнуть зародыши, сопоставимы с размерами жизнеспособных зародышей при объемном вскипании, задающими масштабный зародышевый размер, являющийся критическим размером, выражением:The dimensions of the depressions in which nuclei can appear are comparable to the sizes of viable nuclei during bulk effervescence, which determine the scale embryonic size, which is the critical size, by the expression:

где l₀ - масштабный зародышевый размер;where l ₀ - scale embryonic size;

σ - поверхностное натяжение на границе раздела пар-жидкость;σ - surface tension at the vapor-liquid interface;

ρ_v - плотность пара;ρ _v - vapor density;

- удельный (на единицу массы) термодинамический потенциал Гиббса для жидкой фазы;

- specific (per unit mass) Gibbs thermodynamic potential for the liquid phase;

- удельный (на единицу массы) термодинамический потенциал Гиббса для паровой фазы.

is the specific (per unit mass) Gibbs thermodynamic potential for the vapor phase.

Потенциальные центры образования пузырей пара, которыми являются особенности неровности поверхности в виде углублений, становятся активными центрами (работающими) при определенном температурном напоре, если их размеры сопоставимы с критическими зародышевыми размерами.Potential centers for the formation of vapor bubbles, which are features of surface irregularities in the form of depressions, become active centers (working) at a certain temperature difference, if their dimensions are comparable to the critical embryonic dimensions.

С другой стороны, в качестве центров образования пузырей пара следует рассматривать отдельные углубления, царапины, другие особенности неровности поверхности, в отношении которых локальная смачиваемость понижена, то есть, значения θ близки к π/2. Увеличение θ может быть обусловлено разными причинами, например, начиная с загрязнений поверхности и заканчивая локальными механическими напряжениями. Локальный краевой угол смачивания θ (микроскопический), определяющий меру энергетического взаимодействия жидкости, твердого тела и пара и являющийся физико-химической характеристикой, связан со средним краевым углом θ₀ (макроскопическим), являющимся более сложной характеристикой, учитывающей также характер и структуру мелкомасштабной неровности поверхности, соотношением:On the other hand, individual depressions, scratches, and other surface irregularities should be considered as centers for the formation of vapor bubbles, in relation to which the local wettability is reduced, that is, the values of θ are close to π/2. An increase in θ can be due to various reasons, for example, starting with surface contamination and ending with local mechanical stresses. The local wetting angle θ (microscopic), which determines the measure of the energy interaction of liquid, solid and vapor and is a physicochemical characteristic, is associated with the average wetting angle θ ₀ (macroscopic), which is a more complex characteristic that also takes into account the nature and structure of small-scale surface roughness , ratio:

где θ - величина локального краевого угла;where θ is the value of the local contact angle;

θ₀ - величина среднего краевого угла;θ ₀ - the value of the average contact angle;

ξ - величина, обратная коэффициенту шероховатости.ξ is the reciprocal of the roughness coefficient.

Величина ξ равна отношению площадей гладкой поверхности к площади рельефной поверхности с учетом ее масштабного рельефа, ξ<1. Таким образом, при θ<π/2 микроскопический краевой угол больше макроскопического - θ>θ₀, а при θ>π/2 θ<θ₀.The value of ξ is equal to the ratio of the areas of a smooth surface to the area of a relief surface, taking into account its scale relief, ξ<1. Thus, at θ<π/2 the microscopic contact angle is greater than the macroscopic one - θ>θ ₀ , and at θ>π/2 θ<θ ₀ .

Как правило, при измерении смачиваемости измеряется краевой угол θ₀ - макроскопическая характеристика. Измерения θ₀ на металлических поверхностях, в частности, для воды и некоторых органических жидкостей показывают значения от 30 до 50 градусов. Поэтому, θ>θ₀, и вполне возможно, что значения θ в этих случаях достаточно близки к π/2. В связи с этим на таких металлических поверхностях для начала парообразования не требуется значительных перегревов жидкости.As a rule, when measuring wettability, the contact angle θ ₀ is measured - a macroscopic characteristic. Measurements of θ ₀ on metal surfaces, in particular for water and some organic liquids, show values from 30 to 50 degrees. Therefore, θ>θ ₀ , and it is quite possible that the values of θ in these cases are quite close to π/2. In this regard, on such metal surfaces, significant overheating of the liquid is not required to start vaporization.

Основной вывод из приведенного: среднее количество работающих центров образования пузырей пара при определенном, фиксированном, температурном напоре, главным образом определяется локальными адгезионными характеристиками (локальной смачиваемостью θ) и рельефом поверхности. Плотность работающих центров пропорциональна среднему количеству особенностей поверхности типа углублений с размерами, сопоставимыми с критическим зародышевым размером, приходящихся на единицу поверхности. При этом коэффициент пропорциональности зависит от среднего уровня θ.The main conclusion from the above: the average number of operating centers for the formation of vapor bubbles at a certain, fixed, temperature difference is mainly determined by local adhesion characteristics (local wettability θ) and surface topography. The density of working centers is proportional to the average number of surface features such as depressions with dimensions comparable to the critical seed size per surface unit. In this case, the proportionality coefficient depends on the average level θ.

Известно (Е.Д. Щукин, А.В. Перцов, Е.А. Амелина, «Коллоидная химия», Москва, Издательство Московского университета, 1982, 348 с., стр. 100), что на смачивание жидкостями твердых тел оказывает влияние состояние поверхности твердого тела, в частности микрогеометрия (шероховатость). Увеличение реальной площади поверхности твердого тела приводит к соответствующему возрастанию вклада в энергетику смачивания границ раздела твердое тело - жидкость и твердое тело - газ. Отмечено (С.С. Воюцкий, «Курс коллоидной химии», Москва, Издательство «Химия», 1976, 512 с, стр. 159-160) влияние шероховатости на характеристику смачиваемости, выражающееся в том, что чем больше шероховатость, тем резче проявляются свойства поверхности, обуславливающие притяжение или отталкивание воды. Считается, если при краевом угле (макроскопический) меньше 90°, гладкая поверхность гидрофильна, то при наличии шероховатости жидкость проникает в углубления поверхности таким же образом, как она всасывается в капилляры. Шероховатость улучшает смачиваемость. Если относительно гладкой поверхности указанный угол больше 90°, жидкость не проникает в углубления поверхности. В этом случае шероховатость поверхности обеспечивает ухудшение смачиваемости. Гидрофильной поверхности наличие шероховатости придает большую гидрофильность, а в случае гидрофобной поверхности имеет место обратный эффект. С другой стороны, на величину краевого угла смачивания могут влиять условия образования поверхности. При разработке предлагаемых технических решений был установлен факт, что если гладкая поверхность пластины алюминия, обычно покрытая оксидной пленкой Al₂O₃, гидрофильна, хорошо смачиваема водой (краевой угол смачивания составляет 40°), то поверхность оксидного покрытия Al₂O₃, сформированная методом МДО, являясь развитой поверхностью, при определенных условиях осуществления МДО может характеризоваться как улучшенной смачиваемостью, с краевым углом смачивания менее 40°, так и ухудшенной смачиваемостью, с краевым углом смачивания более 40°. Возможно управление характеристикой смачиваемости путем выбора условий формирования покрытия при микродуговом оксидировании.It is known (E.D. Shchukin, A.V. Pertsov, E.A. Amelina, "Colloid Chemistry", Moscow, Moscow University Press, 1982, 348 p., p. 100) that wetting of solids by liquids is influenced by the state of the surface of a solid body, in particular microgeometry (roughness). An increase in the real surface area of a solid body leads to a corresponding increase in the contribution to the wetting energy of the solid-liquid and solid-gas interfaces. It was noted (S.S. Voyutsky, "Course of colloidal chemistry", Moscow, Publishing house "Chemistry", 1976, 512 p., pp. 159-160) the effect of roughness on the wettability characteristic, which is expressed in the fact that the greater the roughness, the more pronounced surface properties that attract or repel water. It is believed that if at a contact angle (macroscopic) less than 90°, a smooth surface is hydrophilic, then in the presence of roughness, the liquid penetrates into the depressions of the surface in the same way as it is absorbed into the capillaries. Roughness improves wettability. If, relative to a smooth surface, the specified angle is greater than 90°, the liquid does not penetrate into the recesses of the surface. In this case, the surface roughness provides a deterioration in wettability. For a hydrophilic surface, the presence of roughness imparts greater hydrophilicity, and in the case of a hydrophobic surface, the opposite effect takes place. On the other hand, the contact angle can be affected by the conditions of surface formation. When developing the proposed technical solutions, it was established that if the smooth surface of an aluminum plate, usually covered with an Al ₂ O ₃ oxide film, is hydrophilic, well wetted by water (the contact angle is 40°), then the surface of the Al ₂ O ₃ oxide coating, formed by the method MAO, being a developed surface, under certain conditions for the implementation of MAO can be characterized by both improved wettability, with a contact angle of less than 40°, and degraded wettability, with a contact angle of more than 40°. It is possible to control the wettability characteristic by choosing the conditions for the formation of a coating during microarc oxidation.

Пористые покрытия, характеризуясь развитой поверхностью, необходимой смачиваемостью и, как следствие, значительным количеством потенциальных центров образования пузырей пара, причем активных, при определенных условиях, их характеристиках, являются перспективными для использования в целях интенсификации теплообмена. Пористые покрытия позволяют получать развитый пузырьковый режим кипения уже при малых температурных напорах, повышать коэффициенты теплоотдачи практически во всем диапазоне температурных напоров, а также повышать величину критического теплового потока, соответствующего первому кризису. Упомянутое покрытие МДО относится к пористым покрытиям. Пористость покрытия МДО является имманентно присущим свойством, обусловленным природой протекания процесса. Пористое покрытие из оксида алюминия характеризуется развитой поверхностью и большим количеством микропор (микрокаверн). Возможно управление пористостью путем выбора условий формирования покрытия, но невозможно получить МДО-покрытие, не содержащее пор.Porous coatings, characterized by a developed surface, the necessary wettability and, as a consequence, a significant number of potential centers for the formation of vapor bubbles, and their active, under certain conditions, characteristics, are promising for use in order to intensify heat transfer. Porous coatings make it possible to obtain a developed bubble boiling regime even at low temperature differences, to increase heat transfer coefficients in almost the entire range of temperature differences, and also to increase the critical heat flux corresponding to the first crisis. Said MAO coating refers to porous coatings. The porosity of the MAO coating is an immanent property determined by the nature of the process. The porous aluminum oxide coating is characterized by a developed surface and a large number of micropores (microcavities). It is possible to control the porosity by choosing the conditions for the formation of the coating, but it is impossible to obtain an MAO coating that does not contain pores.

При использовании данного покрытия в целях интенсификации теплообмена тепло подводится к увеличивающимся пузырькам пара в порах (микрокавернах) за счет высокой теплопроводности не через пленку жидкости, характеризующуюся высоким термическим сопротивлением, а, например, от кристаллических частиц α-Al₂O₃ и γ-Al₂O₃ мелкокристаллической матрицы. Наличие большого количества охватываемого определенным диапазоном микрокаверн с реализующейся их формой и изменяемость параметров при заданной толщине покрытия являются одними из факторов, способствующими обеспечению благоприятных условий для зарождения и роста пузырьков пара, изменению микрохарактеристик кипения, уменьшению отрывного диаметра и повышению частоты отрыва паровых пузырей, локальному уменьшению смачиваемости в зоне микрокаверн и, как следствие, значительному повышению интенсивности теплообмена. Фактически реализуются условия создания распределенной по теплоот дающей поверхности, приближенной к контрастной смачиваемости. Реализующаяся форма пор (микрокаверн) МДО-покрытия и приближенная к контрастной смачиваемость обеспечивают отсутствие условий деактивации центров парообразования.When using this coating in order to intensify heat transfer, heat is supplied to increasing vapor bubbles in pores (microcavities) due to high thermal conductivity not through a liquid film characterized by high thermal resistance, but, for example, from crystalline particles of α-Al ₂ O ₃ and γ-Al ₂ O ₃ fine crystalline matrix. The presence of a large number of microcaverns covered by a certain range with their realized shape and the variability of parameters at a given coating thickness are one of the factors that contribute to providing favorable conditions for the nucleation and growth of vapor bubbles, changing the boiling microcharacteristics, reducing the separation diameter and increasing the frequency of detachment of vapor bubbles, local reduction wettability in the zone of microcaverns and, as a result, a significant increase in the intensity of heat transfer. In fact, the conditions for creating a heat-releasing surface distributed over a heat-releasing surface close to contrasting wettability are realized. The shape of the pores (microcavities) of the MAO coating and the wettability close to contrast ensure the absence of conditions for the deactivation of vaporization centers.

При заданном температурном напоре T_W-T_S геометрические особенности твердой поверхности (шероховатость, углубления, впадины) становятся реальными центрами кипения если их размеры порядка масштабного зародышевого размера

задаваемого выражением (2). Для не очень больших перегревов (что относится к предлагаемым техническим решениям) величину

в выражении (2) можно заменить на r(T_W-T_S)/T_S(r - теплота парообразования), таким образом,

At a given temperature difference T _W -T _S, the geometric features of a solid surface (roughness, depressions, depressions) become real boiling centers if their dimensions are of the order of the scale germ size

given by expression (2). For not very large overheating (which refers to the proposed technical solutions), the value

in expression (2) can be replaced by r(T _W -T _S )/T _S (r is the heat of vaporization), thus,

Очевидно, отрыв паровых пузырей, сформировавшихся в отношении отдельных пор, оптимально должен происходить на менисках большей частью у верхних краев, без проникновения жидкости вглубь. Заполненная паром малая часть полости выполняет функцию генератора последовательности пузырей. Периодичность отделения пузырей для разных размеров углублений неодинакова. Общий тренд состоит в том, что центры кипения (поры, микрокаверны), размеры которых превосходят зародышевый размер

пузырей, обеспечивают высокие гарантии отсутствия проникновения жидкости вглубь в отличие от центров меньших размеров. На основании этого первые должны обеспечивать более существенную производительность в работе, чем последние. Для малых углублений имеется возможность возникновения моментов, когда поверхность раздела пар-жидкость проникает в их глубь, что выводит их из работы, деактивирует, на некоторое время. В связи с чем такие центры не могут вносить значительного вклада в интенсификацию теплообмена. Кроме того, роль в интенсификации может играть также геометрическая конфигурация углублений (пор, микрокаверн). Предпочтительно в целях большей интенсификации теплообмена наличие углублений типа пор, микрокаверн с ответвлениями и образованием внутренних пространств (кратерообразные поры), сообщающихся с внешним пространством посредством устья, которое визуализируется на представленных фотографиях (Фиг. 1-4) с оплавленными краями. Такая геометрическая конфигурация оптимальна для нахождения менисков пор у их верхних краев и гарантированно должна препятствовать деактивации центров парообразования.Obviously, the detachment of vapor bubbles formed in relation to individual pores should optimally occur on the menisci, mostly at the upper edges, without penetration of the liquid into the depths. A small part of the cavity filled with steam acts as a bubble sequence generator. The frequency of separation of bubbles for different sizes of depressions is not the same. The general trend is that the centers of boiling (pores, microcavities), the size of which exceeds the embryonic size

bubbles, provide high guarantees that liquid does not penetrate deep into, unlike centers of smaller sizes. Based on this, the former should provide a more significant performance in work than the latter. For small recesses, there is the possibility of occurrence of moments when the vapor-liquid interface penetrates into their depth, which takes them out of operation, deactivates them, for a while. In this connection, such centers cannot make a significant contribution to the intensification of heat transfer. In addition, the geometric configuration of depressions (pores, microcaverns) can also play a role in intensification. Preferably, in order to intensify heat transfer, the presence of recesses such as pores, microcaverns with branches and the formation of internal spaces (crater-shaped pores) communicating with the external space through the mouth, which is visualized in the presented photographs (Fig. 1-4) with melted edges. Such a geometric configuration is optimal for finding the pore menisci at their upper edges and should definitely prevent the deactivation of vaporization centers.

В связи с обеспечением эффективного протекания теплообмена необходимо отметить еще одну особенность МДО-покрытий.In connection with ensuring efficient heat transfer, one more feature of MAO coatings should be noted.

Известно, что покрытие, получаемое микродуговым оксидированием на поверхностях металлической основы, содержащей алюминий, отличается высокой износостойкостью в атмосферных условиях, в различных коррозионных средах, включая химически агрессивные растворы и пары. Кроме того, покрытие обладает высокой механической стойкостью - изломостойкостью, высокой сопротивляемостью к растрескиванию при воздействии факторов различной природы. Это способствует стабилизации коэффициента теплоотдачи, высокой интенсивности теплообмена. Указанные качества покрытия МДО на алюминии привлекательны в следующем практическом аспекте.It is known that the coating obtained by microarc oxidation on the surfaces of a metal base containing aluminum is characterized by high wear resistance in atmospheric conditions, in various corrosive environments, including chemically aggressive solutions and vapors. In addition, the coating has high mechanical resistance - fracture resistance, high resistance to cracking when exposed to factors of various nature. This contributes to the stabilization of the heat transfer coefficient, high intensity of heat transfer. These qualities of the MAO coating on aluminum are attractive in the following practical aspect.

Природный газ содержит следовые количества ртути. Производителям сжиженного природного газа необходимо извлекать из него ртуть перед охлаждением. Так как присутствующая в газе ртуть, агрессивно воздействуя на алюминиевые теплообменники, используемые на заводах по сжижению газа, способствует постепенному их разрушению и снижению эффективности теплообмена. МДО-покрытие на алюминии не подвержено агрессивному воздействию ртути, сохраняет свою целостность и, таким образом, способствует высокой интенсивности теплообмена, стабилизации коэффициента теплоотдачи.Natural gas contains trace amounts of mercury. Liquefied natural gas producers need to remove mercury from it before cooling. Since the mercury present in the gas, aggressively acting on aluminum heat exchangers used in gas liquefaction plants, contributes to their gradual destruction and a decrease in heat transfer efficiency. The MAO coating on aluminum is not subject to the aggressive action of mercury, retains its integrity and, thus, contributes to a high intensity of heat transfer and stabilization of the heat transfer coefficient.

Процесс МДО характеризуется сложным механизмом, включающем несколько стадий с переходом к каждой последующей стадии, сопровождающимся изменением структуры оксидного слоя, при повышении напряжения с течением времени. На первой стадии происходит формирование оксидной пленки в безыскровом режиме, образуется беспористый барьерный (переходный) слой. После этого процесс переходит в стадию искрового режима с малыми короткоживущими микроразрядами, обеспечивающими возникновение пор. Считается, что разряды возникают в результате пробоя парогазовых пробок, образующихся в микропорах при электролизе воды и вскипании электролита на дне пор. Вторую стадию сменяют стадии микродугового и дугового разряда. Микродуговые и дуговые разряды приводят к разогреву прилегающей к каналу пробоя оксидной области до 1000÷2000°С, на поверхности металлической основы происходит перемещение более крупных в отличие от искрового режима разрядов. Дальнейшее увеличение напряжения приводит к росту мощности дуговых разрядов и уменьшению их количества, меняется характер перемещения их по поверхности, а выделяемая мощность достаточна для прожигания покрытия до металлической основы. Значительная энергия, выделяющаяся в канале разряда, обеспечивает выброс всей плазмы в электролит, что приводит к формированию локальных кратерообразных макродефектов в покрытии. Переход от одной стадии к другой обусловлен изменениями электрических и тепловых параметров микроплазменных процессов.The MAO process is characterized by a complex mechanism that includes several stages with the transition to each subsequent stage, accompanied by a change in the structure of the oxide layer, with increasing voltage over time. At the first stage, an oxide film is formed in a non-sparking mode, and a non-porous barrier (transition) layer is formed. After that, the process passes into the stage of the spark mode with small short-lived microdischarges, which provide the appearance of pores. It is believed that the discharges occur as a result of the breakdown of gas-vapor plugs formed in micropores during the electrolysis of water and boiling of the electrolyte at the bottom of the pores. The second stage is replaced by the stages of microarc and arc discharge. Microarc and arc discharges lead to the heating of the oxide region adjacent to the breakdown channel up to 1000÷2000°C; A further increase in voltage leads to an increase in the power of arc discharges and a decrease in their number, the nature of their movement over the surface changes, and the released power is sufficient to burn through the coating to the metal base. Significant energy released in the discharge channel ensures the ejection of the entire plasma into the electrolyte, which leads to the formation of local crater-like macrodefects in the coating. The transition from one stage to another is due to changes in the electrical and thermal parameters of microplasma processes.

Считается, что рост покрытия МДО включает три этапа. На первом этапе материал в каналах микроразряда нагревается до температуры порядка 10⁴ К, анионные компоненты электролита втягиваются в каналы. Параллельно с этим алюминий и легирующие его примеси плавятся, вводятся в каналы и окисляются. На втором этапе продукты окисления выбрасываются из канала на поверхность покрытия, увеличивая локально толщину покрытия. На третьем этапе каналы остывают, а продукты окисления осаждаются на стенках. Расплавленный оксид выбрасывается на поверхность покрытия, на которой протекают процессы затвердевания и рекристаллизации под действием электролита. В результате происходит разложение гидроксида металла до оксида и сложных комплексных соединений. Очередность и интенсивность этих процессов зависит от плотности тока и мощности разрядов, определяемых толщиной оксидного слоя.It is believed that the growth of MDO coverage includes three stages. At the first stage, the material in the microdischarge channels is heated to a temperature of about ¹⁰⁴ K, and the anionic components of the electrolyte are drawn into the channels. In parallel with this, aluminum and its alloying impurities are melted, introduced into the channels and oxidized. At the second stage, the oxidation products are ejected from the channel to the surface of the coating, increasing the local thickness of the coating. At the third stage, the channels cool down, and the oxidation products are deposited on the walls. The molten oxide is ejected onto the surface of the coating, on which the processes of solidification and recrystallization occur under the action of the electrolyte. As a result, the metal hydroxide decomposes to oxide and complex complex compounds. The sequence and intensity of these processes depend on the current density and the power of the discharges, which are determined by the thickness of the oxide layer.

В случае МДО режима на поверхности металлической основы (анода) наблюдается перемещение немногочисленных разрядов в результате нерегулярного их затухания и зажигания новых. Оксидирование протекает неравномерно. При микродуговом разряде в какой-либо точке поверхности за счет высокой температуры в разрядном канале происходит прогрев прилежащей к нему области покрытия с развитой структурой микропор. Канал, в котором осуществляется горение разряда, в определенный промежуток времени доминирует в разогретой области. Термически активируя соседние области, разряд способствует переходу его через некоторое время к другой поре. В течение этого времени в соседних порах происходит электрохимическое взаимодействие электролита с металлом основы через барьерный слой на дне пор, которое термически ускорено, и обеспечивает локальный рост области покрытия с формированием его вглубь металлической основы. После перехода микродугового разряда в другое место, пора, в которой он отработал, превращается в канал с кратерообразным оплавленным устьем. Указанный внешний вид обусловлен тем, что его поверхность на границе раздела с электролитом находится под воздействием горячей катодной области разряда, тогда как на границе металлическая основа-покрытие температура в разряде недостаточна для оплавления. Морфология поверхности покрытия (в частности, размеры и количество пор), сформированного методом МДО, определяются режимами формирования, используемыми электролитами и самой металлической основой. Тем не менее, для всех МДО-покрытий характерно наличие оплавленных областей и устья пор, выходящих на поверхность, являющихся каналами электрических пробоев.In the case of the MAO mode, on the surface of the metal base (anode), there is a movement of a few discharges as a result of their irregular damping and the ignition of new ones. Oxidation proceeds unevenly. During a microarc discharge at any point on the surface, due to the high temperature in the discharge channel, the adjacent region of the coating with a developed structure of micropores is heated. The channel in which the discharge is burning dominates in the heated region for a certain period of time. By thermally activating neighboring regions, the discharge facilitates its transition to another pore after some time. During this time, electrochemical interaction of the electrolyte with the base metal through the barrier layer at the bottom of the pores occurs in neighboring pores, which is thermally accelerated, and provides local growth of the coating area with its formation deep into the metal base. After the transition of the microarc discharge to another place, the pore in which it worked out turns into a channel with a crater-shaped melted mouth. This appearance is due to the fact that its surface at the interface with the electrolyte is under the influence of the hot cathode region of the discharge, while at the metal base-coating interface, the temperature in the discharge is insufficient for melting. The surface morphology of the coating (in particular, the size and number of pores) formed by the MAO method is determined by the formation modes used by the electrolytes and the metal base itself. Nevertheless, all MAO coatings are characterized by the presence of melted areas and mouths of pores emerging on the surface, which are channels for electrical breakdowns.

В режиме МДО, когда происходят изменения условий протекания обычных электродных процессов и возникают термические, диффузионные, электрофизические процессы и плазмохимические реакции, может происходить формирование кристаллических фаз в оксидном слое, модифицирование поверхностного слоя компонентами электролита, и формирование пленок, содержащих оксиды, шпинели и соли. Подбирая состав электролита и режимы формирования покрытия можно получать соединения как содержащие, так и не содержащие элементы матрицы.In the MAO mode, when the conditions for the course of ordinary electrode processes change and thermal, diffusion, electrophysical processes and plasma-chemical reactions occur, the formation of crystalline phases in the oxide layer, the modification of the surface layer by electrolyte components, and the formation of films containing oxides, spinels, and salts can occur. By selecting the composition of the electrolyte and the modes of formation of the coating, it is possible to obtain compounds both containing and not containing matrix elements.

Принимая во внимание состав формируемого покрытия, можно разделить электролиты на две группы. В одну группу входят оксидообразующие, к ним относятся электролиты, обладающие способностью образовывать полимерные анионы - алюминаты, силикаты, вольфраматы, фосфаты. Анионы указанных электролитов включают элементы, способные образовывать нерастворимые оксиды, которые встраиваются в состав покрытия. Это дает увеличение линейных размеров при формировании покрытия. Ко второй группе относятся электролиты, которые не способны образовывать нерастворимые оксиды. В число таковых входят кислотные растворы, растворы гидроксида (натрия, калия). При использовании указанных электролитов происходит углубление формируемого модифицированного слоя в металлическую основу.Taking into account the composition of the formed coating, electrolytes can be divided into two groups. One group includes oxide-forming, these include electrolytes that have the ability to form polymer anions - aluminates, silicates, tungstates, phosphates. The anions of these electrolytes include elements capable of forming insoluble oxides, which are incorporated into the coating composition. This gives an increase in linear dimensions during the formation of the coating. The second group includes electrolytes that are not capable of forming insoluble oxides. These include acid solutions, hydroxide solutions (sodium, potassium). When using these electrolytes, the formed modified layer is deepened into the metal base.

При использовании в целях получения МДО-покрытия конкретного электролита, необходимо руководствоваться следующим:When using a specific electrolyte for MAO coating, the following should be taken into account:

- свойствами компонентов электролита - их растворимость, степень диссоциации, гидролиза, полимеризации, что определяет характер взаимодействия на границе раздела электролит-основа;- properties of the electrolyte components - their solubility, degree of dissociation, hydrolysis, polymerization, which determines the nature of the interaction at the electrolyte-base interface;

- присутствие в электролите нерастворимых или малорастворимых добавок, влияющих на процессы термолиза и режим МДО, на фазовый состав покрытия;- the presence in the electrolyte of insoluble or slightly soluble additives that affect the processes of thermolysis and the MAO mode, the phase composition of the coating;

- изменение формы комплексных анионов и кинетики процесса формирования покрытия, химического состава анионов в результате снижения рН в локальных областях при аноде;- change in the form of complex anions and the kinetics of the process of coating formation, the chemical composition of anions as a result of a decrease in pH in local areas at the anode;

- влияние на химический состав покрытия характера взаимодействия ионов друг с другом;- influence on the chemical composition of the coating of the nature of the interaction of ions with each other;

- физико-химические свойства образуемых соединений;- physical and chemical properties of the formed compounds;

- наличие легирующих примесей в составе металлической основы.- the presence of alloying impurities in the composition of the metal base.

Как правило, состав электролита подбирается экспериментально. Критерием подбора служит наличие элементов в составе анионов, минимизация времени зажигания микродуговых разрядов при заданной плотности тока.As a rule, the electrolyte composition is selected experimentally. The selection criterion is the presence of elements in the composition of anions, minimization of the ignition time of microarc discharges at a given current density.

Для формирования МДО-покрытий необходимо поддерживать заданную температуру электролита, используя, например, ванну с водоохлаждаемой рубашкой. Температурным режимом обеспечивается надлежащая работа электролита.To form MAO coatings, it is necessary to maintain a given electrolyte temperature, using, for example, a bath with a water-cooled jacket. The temperature regime ensures the proper operation of the electrolyte.

Важными параметрами электролита, принимаемыми во внимание при проектировании процесса, являются состав и концентрация компонентов электролита.Important electrolyte parameters taken into account in process design are the composition and concentration of electrolyte components.

Покрытия, получаемые на алюминии или его сплавах, как правило, имеют трехслойную структуру с последовательным расположением на металлической основе слоев: барьерного (переходного) слоя, внутреннего (рабочего) слоя с низкой пористостью, технологического (внешнего) слоя, высокой пористости, которая является управляемой посредством выбора режимов формирования и электролита. Указанные трехслойные покрытия характеризуются неравномерным распределением встраиваемых компонентов электролита, переменным составом.Coatings obtained on aluminum or its alloys, as a rule, have a three-layer structure with a sequential arrangement of layers on a metal base: a barrier (transition) layer, an inner (working) layer with low porosity, a technological (outer) layer, high porosity, which is controlled through the choice of modes of formation and electrolyte. These three-layer coatings are characterized by an uneven distribution of embedded electrolyte components, variable composition.

Для реализации предлагаемого способа используют щелочно-силикатный и/или фосфатный электролиты.To implement the proposed method, alkali-silicate and/or phosphate electrolytes are used.

Выявление подходящего электролита проводили экспериментально, тестируя щелочно-силикатный, кислотный и фосфатный электролиты, принимая во внимание геометрический фактор (получаемую морфологию покрытия) и физико-химический фактор (смачиваемость).The identification of a suitable electrolyte was carried out experimentally by testing the alkaline silicate, acid and phosphate electrolytes, taking into account the geometric factor (obtained coating morphology) and the physico-chemical factor (wettability).

Компонентами, используемыми в щелочно-силикатном электролите, являются КОН и Na₂SiO₃. Гидроксид калия - электропроводящая составляющая. Указанный гидроксид влияет на агрессивность электролита, что проявляется в травлении формирующегося покрытия и поверхности металлической основы. С другой стороны, гидроксид калия обеспечивает удельную электропроводность, в связи с чем концентрация гидроксида калия взята от 1 до 6 г/л. Силикат натрия - составляющая, обеспечивающая увеличение линейных размеров формируемого покрытия, влияющая на износостойкость, а также определяющая время зажигания микроразряда. Концентрация силиката натрия взята от 2 до 20 г/л.The components used in the alkaline silicate electrolyte are KOH and Na ₂ SiO ₃ . Potassium hydroxide is an electrically conductive component. The specified hydroxide affects the aggressiveness of the electrolyte, which manifests itself in the etching of the emerging coating and the surface of the metal base. On the other hand, potassium hydroxide provides electrical conductivity, and therefore the concentration of potassium hydroxide is taken from 1 to 6 g/l. Sodium silicate is a component that provides an increase in the linear dimensions of the formed coating, affects wear resistance, and also determines the ignition time of a microdischarge. The concentration of sodium silicate is taken from 2 to 20 g/L.

Компонент фосфатного электролита - Na₂P₃O₁₀ взят в концентрации от 10 до 40 г/л. Указанный компонент при приготовлении электролита обеспечивает составляющую, которая обуславливает требуемую удельную электропроводность при ведении процесса МДО, оказывает воздействие на формирующееся покрытие и поверхность металлической основы, а также составляющую, в функцию которой входит увеличение линейных размеров формируемого покрытия. Фосфатный электролит может включать дополнительно добавку КОН или Na₂SiO₃.The component of the phosphate electrolyte - Na ₂ P ₃ O ₁₀ is taken at a concentration of 10 to 40 g/l. During the preparation of the electrolyte, the specified component provides a component that determines the required electrical conductivity during the MAO process, affects the coating being formed and the surface of the metal base, as well as a component whose function is to increase the linear dimensions of the coating being formed. Phosphate electrolyte may optionally include the addition of KOH or Na ₂ SiO ₃ .

Для приготовления электролитов использовали дистиллированную воду и соответствующие коммерчески доступные реактивы марки «хч».For the preparation of electrolytes, we used distilled water and the corresponding commercially available reagents of the “chemically pure” brand.

В предлагаемом способе используют анодно-катодный режим, как наиболее оптимальный для формирования покрытия на металлической основе из материала, содержащего алюминий. Для указанного режима характерна возможность регулирования соотношения амплитуд катодного и анодного токов, за счет чего возможно получать покрытия с требуемой толщиной, их структурой, управлять их пористостью. Для алюминиевых сплавов, как определено экспериментально, оптимальными при использовании анодно-катодного режима являются щелочно-силикатный электролит и фосфатный электролит с режимами оксидирования: плотности анодного тока от 3 до 50 А/дм³ при соотношении катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока I_k/I_a от 0,8 до 1,1. В указанных интервалах значений параметров пористость и твердость формируемых покрытий практически не меняется, а происходит изменение скорости оксидирования и толщины формируемого покрытия. Увеличение анодной плотности тока и, как следствие, уменьшения I_k/I_a приводит к увеличению скорости оксидирования.The proposed method uses the anode-cathode mode, as the most optimal for the formation of a coating on a metal base from a material containing aluminum. This mode is characterized by the ability to control the ratio of the amplitudes of the cathode and anode currents, due to which it is possible to obtain coatings with the required thickness, their structure, and control their porosity. For aluminum alloys, as determined experimentally, alkaline-silicate electrolyte and phosphate electrolyte with oxidation modes are optimal when using the anode-cathode mode: anode current density from 3 to 50 A / dm ³ at a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density I _k /I _a from 0.8 to 1.1. In the indicated ranges of parameter values, the porosity and hardness of the formed coatings practically do not change, but the rate of oxidation and the thickness of the formed coating change. An increase in the anode current density and, as a consequence, a decrease in I _k /I _a leads to an increase in the rate of oxidation.

Для реализации предлагаемого способа используют форму импульсов напряжения как прямоугольную, так и синусоидальную.To implement the proposed method, the shape of the voltage pulses is used, both rectangular and sinusoidal.

Применение импульсных токов имеет следующие преимущества. В момент подачи как катодного, так и анодного импульсов, происходит пробой покрытия и в точке пробоя возникает дуга. В точке пробоя катодный импульс обнажает участок поверхности металлической основы, но сам по себе не формирует покрытия. Указанный участок обнажен до прихода анодного импульса. При приходе анодный импульс не расходует свою энергию на совершение пробоя. Катодный импульс, не принимая непосредственного участия формировании оксида образуемого покрытия, косвенным образом способствует его росту.The use of pulsed currents has the following advantages. At the moment of applying both cathodic and anode pulses, the coating breakdown occurs and an arc appears at the breakdown point. At the breakdown point, the cathode pulse exposes a portion of the surface of the metal base, but does not form a coating by itself. The specified area is exposed before the arrival of the anode pulse. Upon arrival, the anode pulse does not expend its energy on breakdown. The cathode pulse, not directly participating in the formation of the oxide of the formed coating, indirectly contributes to its growth.

Для реализации предлагаемого способа используют частоту импульсов от 50 до 3000 Гц.To implement the proposed method, a pulse frequency of 50 to 3000 Hz is used.

Выбор частоты оказывает влияние на интенсивность и плотность микроразрядов. Микроразряды, возникающие при ведении процесса МДО, влияют на формирование покрытий и их морфологию. Увеличение частоты приводит к возрастанию толщины покрытий. При частоте 50 Гц или более в покрытиях образуется много микротрещин и пор относительно большого диаметра. При частоте 1000 Гц формируется микропористая структура покрытия с выходящими на поверхность устьями, окруженными застывшими продуктами, выброшенными на поверхность в расплавленном состоянии. Указанный частотный диапазон является приемлемым в целях формирования требуемого покрытия. При частотах менее 50 Гц возникающие микроразряды неэффективны. При частотах более 3000 Гц происходит формирование ускоренными темпами, и может происходить формирование покрытия чрезмерной толщины, приводящей к зарастанию пор. Кроме того, на поверхность покрытия может происходить выброс глобул α-Al₂O₃, являющихся гидрофобными, в частности, при использовании щелочно-силикатного электролита, что в сочетании с получаемой значительной толщиной, при которой происходит зарастание пор, приводит к ухудшению смачиваемости поверхности покрытия.The choice of frequency affects the intensity and density of microdischarges. Microdischarges arising during the MAO process affect the formation of coatings and their morphology. An increase in frequency leads to an increase in the thickness of the coatings. At a frequency of 50 Hz or more, many microcracks and relatively large diameter pores form in the coatings. At a frequency of 1000 Hz, a microporous coating structure is formed with mouths emerging on the surface, surrounded by solidified products ejected to the surface in a molten state. The specified frequency range is acceptable in order to form the required coverage. At frequencies less than 50 Hz, the resulting microdischarges are ineffective. At frequencies above 3000 Hz, formation occurs at an accelerated rate, and formation of an excessive thickness of the coating may occur, leading to overgrowth of the pores. In addition, globules of α-Al ₂ O ₃ , which are hydrophobic, can be ejected onto the coating surface, in particular, when using an alkali-silicate electrolyte, which, in combination with a significant thickness obtained, at which pores are overgrown, leads to a deterioration in the wettability of the coating surface. .

В нижеследующей Таблице выборочно представлены данные измерения характеристик, полученных параметров покрытий с приведением условий их формирования на опытных образцах. Характеристики покрытий (толщина, состав, морфология поверхности) определены на сканирующем электронном микроскопе «Hitachi» S-3400N с использованием энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX). По энергетическому спектру излучения получены выводы о качественном и количественном составе образца. Угол смачивания поверхности измерен на установке «KRUSS» DSA 100 методом лежачей капли.The following Table selectively presents the measurement data of the characteristics, the obtained parameters of the coatings, with the conditions for their formation on prototypes. Coating characteristics (thickness, composition, surface morphology) were determined on a Hitachi S-3400N scanning electron microscope using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX). Based on the energy spectrum of the radiation, conclusions were obtained about the qualitative and quantitative composition of the sample. The contact angle of the surface was measured on a KRUSS DSA 100 setup using the sessile drop method.

Кроме определения характеристик покрытий, полученных МДО, на металлической основе из содержащего алюминий материала (сплавов) при различных условиях оксидирования, проведены эксперименты, демонстрирующие пригодность полученных покрытий в целях интенсификации теплообмена.In addition to determining the characteristics of coatings obtained by MAO on a metal base from an aluminum-containing material (alloys) under various oxidation conditions, experiments were carried out to demonstrate the suitability of the obtained coatings for the purpose of intensifying heat transfer.

В отношении образцов покрытий, параметры которых указаны в Таблице, на Фиг. 1-4 приведены фотографии, демонстрирующие морфологию поверхности покрытия

With regard to the coating samples, the parameters of which are indicated in the Table, in Fig. 1-4 are photographs showing the surface morphology of the coating

для образца II (Фиг. 1), морфологию поверхности покрытия для образца I (Фиг. 2), морфологию поверхности покрытия для образца 111 (Фиг. 3) и морфологию поверхности покрытия для образца IV (Фиг. 4), получаемые в разных условиях оксидирования.for sample II (Fig. 1), the surface morphology of the coating for sample I (Fig. 2), the surface morphology of the coating for sample 111 (Fig. 3) and the surface morphology of the coating for sample IV (Fig. 4) obtained under different oxidation conditions .

На Фиг. 5 показаны параметры смачиваемости поверхности покрытия образца III в сравнении со смачиваемостью металлической основы.On FIG. 5 shows the wettability parameters of the coating surface of sample III in comparison with the wettability of the metal substrate.

Покрытия с морфологией поверхности, представленной на фотографиях, получены на металлической основе из содержащего алюминий материала, в частности, сплавов АД-31, Д16-Т, посредством микродугового оксидирования указанной основы, содержат, как правило, слои: поверхностный слой и твердый оксидный слой, расположенный между металлической основой и поверхностным слоем. Поверхностный слой представляет собой пористый слой, содержащий муллит и различные химические комплексы, образующиеся в результате протекания электрохимических реакций. Твердый оксидный слой содержит модификации α-Al₂O₃ и γ-Al₂O₃.Coatings with the surface morphology shown in the photographs are obtained on a metal base from an aluminum-containing material, in particular, AD-31, D16-T alloys, by means of microarc oxidation of the specified base, as a rule, contain layers: a surface layer and a solid oxide layer, located between the metal base and the surface layer. The surface layer is a porous layer containing mullite and various chemical complexes formed as a result of electrochemical reactions. The solid oxide layer contains modifications of α-Al ₂ O ₃ and γ-Al ₂ O ₃ .

На фотографиях, представленных на Фиг. 1-4, демонстрируется поверхность покрытия образцов I-IV (см. Таблица) с отверстыми порами и шероховатостью, диаметр пор составляет 20 мкм (см. Фиг. 2, отверстие поры), может достигать как до 40 мкм (образец I, образец II), так и менее, до 1-2 мкм (см. Фиг. 3 и 4). Диаметр формирующихся при оксидировании внутренних пор может составлять от 100 до 200 нм. Пористость поверхностного слоя достигает наибольших значений - 24-37% для образца I при толщине покрытия 109-124 мкм и минимальных значений 6-8% для образца II при толщине покрытия 26,1 мкм, плотность пор для указанных образцов составляет 2×10⁴ см^-2, что значительно ниже по сравнению с плотностью пор в покрытии образцов III и IV, составляющей, соответственно, 4×10⁵ см^-2 и 1,4×10⁶ см^-2. При этом пористость поверхностного слоя покрытия образцов III и IV составляет, соответственно, 6-10% и 8-12% при толщине их покрытия 30 мкм. На основании приведенных данных можно сделать вывод, что в случае толстого покрытия (образец I), обеспечиваемого более длительным временем оксидирования, благодаря длительному процессу происходит зарастание частичное и/или полное пор, в частности выходящих на поверхность пор. Покрытие образца I характеризуется высокой пористостью поверхностного слоя. Сравнивая данные покрытий по образцам I и III, условия получения которых отличаются продолжительностью оксидирования и, как следствие, получаемой толщиной покрытия, определяемой по границе залегания кислорода, можно прийти к выводу, что более продолжительный процесс обеспечивает меньшие плотности пор, составляющие, соответственно, для образца I - 2×10⁴ см^-2, для образца III - 4×10⁵ см^-2 и большую пористость поверхностного слоя, составляющую, соответственно, для образца I - 24-37%, а для образца III - 6-10%. Таким образом, в случае более толстых покрытий, более длительном оксидировании, происходит формирование наряду с мелкими и средними достаточно крупных пор и подповерхностных полостей. Поскольку получение оксида может происходить в самих порах, то это может приводить к полному зарастанию относительно мелких пор и частичному зарастанию пор средних размеров, в частности их выходных отверстий. Поэтому на фотографии поверхности (см. Фиг. 2) можно видеть шероховатость и выходное отверстие относительно большого размера, около 20 мкм в диаметре, в виде кратера с оплавленным устьем, которое может быть выходным отверстием из подповерхностной полости. Видимые поры являются лишь устьями плазменных каналов. Наряду с ними в покрытии присутствуют крупные полости, превосходящие, судя по большим значениям пористости, в размерах видимые поры. Объяснить наличие крупных полостей можно слиянием нескольких хаотически ориентированных дуговых каналов, образующихся при микродуговом оксидировании. В отличие от покрытия образцов I и III покрытие образца II с толщиной, сопоставимой с покрытием образца III, получено в кислотном электролите. Судя по фотографии поверхности данного покрытия (см. Фиг. 1), а также на основании представленных в Таблице данных, использование кислотного электролита для оксидирования приводит к низкой пористости с малой плотностью пор, но относительно крупных, диаметром от 5 до 40 мкм, с неоднородным распределением по поверхности. В отношении данных по смачиваемости (см. Таблица) покрытия образцов I и образца II по сравнению с покрытием образца III, а также покрытием образца IV, характеризуются худшей смачиваемостью. Относительно покрытий образцов I и II угол смачивания составляет, соответственно, 39-50° и 48-52°, в то время как угол смачивания покрытия образца III составляет 32-34° (см. Фиг. 5), а покрытия образца IV - 30-36° (см. Таблица). Худшая смачиваемость покрытия образца I относительно смачиваемости покрытия образца III может быть связана с более длительным оксидированием и, соответственно, получением более толстого покрытия с зарастанием пор, с выбросом на поверхность, в частности, частиц твердого оксида Al₂O₃, являющихся гидрофобными, что в совокупности обеспечивает ухудшение смачиваемости, увеличивая краевой угол смачивания от 40°, который соответствует аморфному оксиду алюминия. В соответствии с приведенным выше, формирование покрытия МДО происходит в три этапа, при этом на втором этапе продукты окисления выбрасываются из канала на поверхность, приводя к локальному увеличению толщины покрытия, а на третьем этапе происходит остывание канала с осаждением продуктов окисления на стенках, затвердеванием и рекристаллизацией расплавленного оксида на поверхности, поэтому с увеличением продолжительности оксидирования масса частиц твердого оксида Al₂O₃, являющихся гидрофобными, может достигать величины, приводящей в целом к гидрофобизации поверхности покрытия и ухудшению смачиваемости. При менее длительном оксидировании и, как следствие, меньшей толщине получаемого покрытия, например, как в случае покрытия образца III или покрытия образца IV, масса частиц твердого оксида Al₂O₃, выброшенных на поверхность, может не достигать критической величины, приводящей к гидрофобизации поверхности покрытия в целом, и приводить к созданию распределенной по поверхности покрытия приближенной к контрастной смачиваемости. При этом указанное менее длительное оксидирование также соответствует получаемой толщине покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим зародышевым размером или более его при указанной пористости.In the photographs shown in Fig. 1-4 shows the coating surface of samples I-IV (see table) with open pores and roughness, the pore diameter is 20 µm (see Fig. 2, pore opening), can reach as much as 40 µm (sample I, sample II ), or less, up to 1-2 microns (see Fig. 3 and 4). The diameter of internal pores formed during oxidation can range from 100 to 200 nm. The porosity of the surface layer reaches the highest values - 24-37% for sample I with a coating thickness of 109-124 microns and minimum values of 6-8% for sample II with a coating thickness of 26.1 microns, the pore density for these samples is 2 × 10 ⁴ cm ^-2 , which is significantly lower than the density of pores in the coating of samples III and IV, which is, respectively, 4×10 ⁵ cm ^-2 and 1.4×10 ⁶ cm ^-2 . In this case, the porosity of the surface layer of the coating of samples III and IV is 6–10% and 8–12%, respectively, with a coating thickness of 30 μm. Based on the above data, it can be concluded that in the case of a thick coating (sample I) provided by a longer oxidation time, due to the long process, partial and/or complete pores, in particular pores emerging from the surface, are overgrown. Coating sample I is characterized by high porosity of the surface layer. Comparing the coating data for samples I and III, the conditions for obtaining which differ in the duration of oxidation and, as a result, the resulting coating thickness, determined by the oxygen boundary, we can conclude that a longer process provides lower pore densities, which, respectively, for the sample I - 2×10 ⁴ cm ^-2 , for sample III - 4×10 ⁵ cm ^-2 and a large porosity of the surface layer, constituting, respectively, for sample I - 24-37%, and for sample III - 6-10%. Thus, in the case of thicker coatings, more prolonged oxidation, the formation of rather large pores and subsurface cavities along with small and medium ones takes place. Since the production of oxide can occur in the pores themselves, this can lead to complete overgrowth of relatively small pores and partial overgrowth of medium-sized pores, in particular their outlets. Therefore, in the photograph of the surface (see Fig. 2) one can see the roughness and the exit hole of a relatively large size, about 20 microns in diameter, in the form of a crater with a melted mouth, which can be an exit hole from the subsurface cavity. Visible pores are only mouths of plasma channels. Along with them, the coating contains large cavities, which, judging by the large porosity values, are larger than visible pores. The presence of large cavities can be explained by the merging of several randomly oriented arc channels formed during microarc oxidation. In contrast to the coating of samples I and III, the coating of sample II with a thickness comparable to that of sample III was obtained in an acidic electrolyte. Judging by the photograph of the surface of this coating (see Fig. 1), as well as based on the data presented in the Table, the use of an acid electrolyte for oxidation leads to low porosity with a low pore density, but relatively large, with a diameter of 5 to 40 microns, with a non-uniform surface distribution. With regard to the wettability data (see Table), the coatings of samples I and sample II compared to the coating of sample III, as well as the coating of sample IV, are characterized by poorer wettability. With respect to the coatings of samples I and II, the contact angle is 39-50° and 48-52°, respectively, while the contact angle of the coating of sample III is 32-34° (see Fig. 5), and the coating of sample IV is 30 -36° (see table). The worse wettability of the sample I coating relative to the wettability of the sample III coating can be associated with longer oxidation and, accordingly, obtaining a thicker coating with overgrown pores, with the ejection to the surface, in particular, particles of solid oxide Al ₂ O ₃ , which are hydrophobic, which in together, provides a deterioration in wettability by increasing the contact angle from 40°, which corresponds to amorphous alumina. In accordance with the above, the formation of the MAO coating occurs in three stages, while at the second stage, the oxidation products are ejected from the channel to the surface, leading to a local increase in the coating thickness, and at the third stage, the channel cools down with precipitation of the oxidation products on the walls, solidification and recrystallization of the molten oxide on the surface, therefore, with an increase in the duration of oxidation, the mass of particles of solid oxide Al ₂ O ₃ that are hydrophobic can reach a value that generally leads to hydrophobization of the coating surface and deterioration of wettability. With a shorter oxidation time and, as a result, a smaller thickness of the resulting coating, for example, as in the case of coating sample III or coating sample IV, the mass of particles of solid oxide Al ₂ O ₃ ejected onto the surface may not reach a critical value, leading to surface hydrophobization coating as a whole, and lead to the creation of a surface-distributed coating close to contrast wettability. At the same time, the specified shorter oxidation also corresponds to the resulting coating thickness, at which the pores formed in it are characterized by a through character, with a coating pore size comparable to the critical seed size or more at the specified porosity.

Смачиваемость покрытия образца II, характеризующаяся краевым углом 48-52°, вероятно обусловлена использованием кислотного электролита с тенденцией к формированию в нем покрытия низкой пористости - 6-8%, с плотностью пор 2×10⁴ см^-2, с прорастанием его вглубь металлической основы, с модификацией поверхности в сторону ее гидрофобизации. Использование кислотного электролита не благоприятствует получению требуемых параметров покрытия в целях интенсификации теплообмена. Относительно геометрических особенностей покрытий образцов III и IV, на фотографиях (см. Фиг. 3 и 4) показаны поверхности данных покрытий с регулярной шероховатостью и отверстыми порами диаметром от 1 до 3 мкм, расположенными на расстояниях друг относительно друга от 15 до 25 мкм. Пористость поверхностного слоя покрытия образца III составляет 6-10 %, пористость поверхностного слоя покрытия образца IV, немного больше, но сопоставима, и составляет 8-12%. При этом плотность пор для покрытия образца III равна 4×10⁵ см^-2, а плотность пор для покрытия образца IV - 1,4×10⁶ см^-2. Таким образом, в случае менее толстых покрытий, менее длительном оксидировании, использовании щелочно-силикатного или фосфатного электролитов происходит формирование мелких, диаметром в сотни нанометров, пор и средних, диаметром в несколько микрометров, менее 10 мкм, отверстых пор. Капиллярно-пористая структура с активными центрами парообразования поверхностного слоя покрытия соответствует геометрической конфигурации ее пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость, с толщиной, обеспечивающей отсутствие при оксидировании зарастания пор, отсутствие деактивации центров парообразования.The wettability of the coating of sample II, characterized by a contact angle of 48-52°, is probably due to the use of an acid electrolyte with a tendency to form a coating of low porosity in it - 6-8%, with a pore density of 2×10 ⁴ cm ^-2 , with its growth deep into the metal base , with surface modification towards its hydrophobization. The use of an acid electrolyte is not conducive to obtaining the required coating parameters in order to intensify heat transfer. Regarding the geometric features of the coatings of samples III and IV, the photographs (see Fig. 3 and 4) show the surfaces of these coatings with regular roughness and open pores with a diameter of 1 to 3 μm, located at distances from each other from 15 to 25 μm. The porosity of the surface layer of the sample III coating is 6-10%, the porosity of the surface layer of the sample IV coating is slightly larger, but comparable, and is 8-12%. The pore density for coating sample III is 4×10 ⁵ cm ^-2 and the pore density for coating sample IV is 1.4×10 ⁶ cm ^-2 . Thus, in the case of thinner coatings, less prolonged oxidation, and the use of alkaline silicate or phosphate electrolytes, small pores, hundreds of nanometers in diameter, and medium-sized, several micrometers in diameter, less than 10 μm, open pores are formed. The capillary-porous structure with active centers of vaporization of the surface layer of the coating corresponds to the geometric configuration of its porous framework, which ensures its complete permeability, with a thickness that ensures the absence of pore overgrowth during oxidation, the absence of deactivation of vaporization centers.

Об эффективности покрытий (см. Таблица) в целях интенсификации теплообмена позволяют судить экспериментальные данные, представленные на Фиг. 6-7.The effectiveness of coatings (see Table) for the purpose of intensifying heat transfer can be judged by the experimental data presented in Fig. 6-7.

На Фиг. 6 приведены данные по общему коэффициенту теплопередачи в зависимости от температуры теплоносителя - горячей воды на входе в рабочий участок трубы с покрытием образца I толщиной 109-124 мкм (см. Таблица). Диапазону температур горячей воды на входе в рабочие участки 43-46°С соответствуют тепловые потоки не более 10⁴ Вт/м², для которых основной механизм отвода тепла-испарение. Общие коэффициенты теплопередачи для эталонной трубы (без покрытия) и трубы с покрытием образца I практически одинаковы. В диапазоне температур теплоносителя 48-50°С, как показывают визуальные наблюдения, на трубе без покрытия начинается переход к режиму пузырькового кипения, что соответствует тепловым потокам (10÷15)×10³ Вт/м². При температуре горячей воды на входе в рабочие участки более 51-53°С тепловые потоки на поверхности рабочих участков возрастают до 2×10⁴ Вт/м². В этой области развитого пузырькового кипения коэффициенты теплопередачи на трубе с покрытием образца I существенно уменьшаются по сравнению с трубой без покрытия.On FIG. 6 shows the data on the overall heat transfer coefficient depending on the temperature of the coolant - hot water at the inlet to the working section of the pipe with a coating of sample I with a thickness of 109-124 microns (see Table). The temperature range of hot water at the entrance to the working areas of 43-46°C correspond to heat fluxes of not more than 10 ⁴ W/m ² , for which the main mechanism of heat removal is evaporation. The overall heat transfer coefficients for the reference pipe (uncoated) and the coated pipe sample I are almost the same. In the temperature range of the coolant 48-50°C, as shown by visual observations, on the uncoated pipe, the transition to the bubble boiling mode begins, which corresponds to heat fluxes (10÷15)×10 ³ W/m ² . When the temperature of hot water at the inlet to the working sections is more than 51-53°C, the heat fluxes on the surface of the working sections increase to 2×10 ⁴ W/m ² . In this region of developed nucleate boiling, the heat transfer coefficients on the coated pipe of sample I are significantly reduced compared to the uncoated pipe.

Результаты исследования интенсификации теплообмена в стекающей пленке на пакете горизонтальных труб с покрытиями образцов I - IV приведены на Фиг. 7. Соответствующие данные по коэффициентам теплоотдачи, отнесенным к коэффициентам теплоотдачи на трубах без покрытий для соответствующих материалов, приведены на Фиг. 8. Для корректного сравнения данные приведены для одинаковых температур теплоносителя на входе, поскольку из-за разницы коэффициентов теплоотдачи в стекающей пленке на экспериментальных образцах с различными покрытиями тепловые потоки на их поверхностях существенно различаются. При низких тепловых потоках q<1×10⁴ Вт/м² в режиме испарения коэффициенты теплоотдачи на трубе без покрытия и на всех трубах, снабженных покрытиями образцов I - IV, практически одинаковы, и слабо зависят от величины теплового потока (см. Фиг. 7). При больших тепловых потоках в режиме пузырькового кипения (q>15-20 кВт/м²) наблюдается как ухудшение теплообмена на некоторых трубах, снабженных покрытием, по сравнению с трубой без покрытия, так и интенсификация теплообмена.The results of the study of heat transfer intensification in a flowing film on a package of horizontal pipes with coatings of samples I - IV are shown in Fig. 7. Relevant data on heat transfer coefficients related to heat transfer coefficients on uncoated pipes for the respective materials are shown in FIG. 8. For correct comparison, the data are given for the same coolant temperatures at the inlet, because due to the difference in heat transfer coefficients in the falling film on experimental samples with different coatings, the heat fluxes on their surfaces differ significantly. At low heat fluxes q<1×10 ⁴ W/m ² in the evaporation mode, the heat transfer coefficients on an uncoated pipe and on all pipes provided with coatings of samples I - IV are almost the same, and weakly depend on the heat flux (see Fig. 7). At high heat fluxes in the nucleate boiling mode (q>15-20 kW/m ² ), there is both a deterioration in heat transfer in some pipes provided with a coating compared to an uncoated pipe, and an intensification of heat transfer.

На Фиг. 8 продемонстрировано, что коэффициенты теплоотдачи на трубах с покрытиями образцов I и II уменьшаются на 30-40%, а наибольшая интенсификация теплообмена на трубе с покрытием образца III достигает 3-кратной величины. Морфология поверхности покрытия образца II показана на Фиг. 1. Его толщина существенно уменьшена по сравнению с покрытием образца I (см. Таблица). Однако это не привело к интенсификации теплообмена, напротив, коэффициенты теплоотдачи при использовании этого покрытии в режиме пузырькового кипения существенно уменьшились по сравнению с трубой без покрытия. Данное покрытие представляет собой сплошной достаточно рыхлый слой. На поверхности (см. Фиг. 1) наблюдаются отдельные редкие участки с пористой структурой, которая может быть образована в процессе нанесения покрытия в результате взаимодействия металла основы и кислотного электролита. Наибольшая интенсификация теплообмена в стекающей пленке получена в случае трубы с покрытием образца III. Характерная для режима испарения область, в которой коэффициент теплоотдачи не зависит от теплового потока для этого покрытия, наблюдается только при низких тепловых потоках q<5000 Вт/м². При более высоких тепловых потоках наблюдается режим пузырькового кипения. На Фиг. 3 приведена фотография морфологии поверхности этого покрытия. На поверхности имеется регулярная шероховатость с редкими порами диаметром примерно 2 мкм, расположенными на расстояниях от 15 до 20 мкм друг от друга.On FIG. Figure 8 shows that the heat transfer coefficients on pipes coated with samples I and II decrease by 30-40%, and the greatest intensification of heat transfer on a pipe coated with sample III reaches a 3-fold value. The surface morphology of the sample II coating is shown in FIG. 1. Its thickness is significantly reduced compared to the coating of sample I (see Table). However, this did not lead to an intensification of heat transfer; on the contrary, the heat transfer coefficients when using this coating in the nucleate boiling mode decreased significantly compared to an uncoated pipe. This coating is a continuous rather loose layer. On the surface (see Fig. 1) there are separate rare areas with a porous structure, which can be formed during the coating process as a result of the interaction of the base metal and acidic electrolyte. The greatest intensification of heat transfer in the falling film was obtained in the case of a coated pipe of sample III. The area characteristic of the evaporation mode, in which the heat transfer coefficient does not depend on the heat flux for this coating, is observed only at low heat fluxes q<5000 W/m ² . At higher heat fluxes, the nucleate boiling regime is observed. On FIG. 3 shows a photograph of the surface morphology of this coating. The surface has a regular roughness with rare pores about 2 µm in diameter located at distances of 15 to 20 µm from each other.

На основании вышеприведенного способ формирования покрытия для интенсификации теплообмена теплопередающей стенки теплообменника в обобщенном случае включает следующие действия: обработку металлической основы, из содержащего алюминий материала, путем проведения в электролите микродугового оксидирования поверхности металлической основы и формирование керамическое покрытие. Обработку осуществляют в анодно-катодном режиме с частотой импульсов напряжения, с плотностью анодного тока, с соотношением катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, с использованием электролита, которыми получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов. Продолжительность обработки - время оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при указанной пористости.Based on the above, the method for forming a coating for intensifying heat transfer of the heat transfer wall of the heat exchanger in the general case includes the following steps: processing a metal base made of an aluminum-containing material by conducting microarc oxidation of the surface of the metal base in an electrolyte and forming a ceramic coating. The treatment is carried out in the anode-cathode mode with a frequency of voltage pulses, with an anode current density, with a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, using an electrolyte, which produces a surface layer of the coating in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by a geometric configuration of the porous frame, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with the porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more than 12%, and the contact angle of the surface layer for water - less than 40 degrees. The duration of treatment - the oxidation time is chosen taking into account the resulting thickness of the coating, in which the pores formed in it are inherent in a through character, with a pore size of the coating comparable to the critical embryonic size during nucleate boiling or more than it at the specified porosity.

При этом в качестве электролита используют электролит, обладающий способностью образования полимерных анионов, с присутствующими в их составе элементами, способными к образованию нерастворимых оксидов, которые, встраиваясь в состав покрытия, обеспечивают увеличение линейных размеров формирующегося покрытия. В частности, используют силикатно-щелочной электролит с содержанием КОН 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 указанные значения интервалов, или фосфатный электролит включающий также добавку КОН или Na₂SiO₃. Относительно обработки в электролите оксидированием предпочтительно использовать анодно-катодный импульсный режим, с параметрами: частота импульсов 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 указанные значения интервалов. Длительность обработки предпочтительна в течение времени от 1,5 до 40 минут.In this case, an electrolyte is used as an electrolyte, which has the ability to form polymer anions, with elements present in their composition capable of forming insoluble oxides, which, embedding in the coating composition, provide an increase in the linear dimensions of the coating being formed. In particular, a silicate-alkaline electrolyte is used with a KOH content of 1 to 6 g/l and Na ₂ SiO ₃ from 2 to 20 g/l and/or a phosphate electrolyte with a Na ₅ P ₃ O ₁₀ content of 10 to 40 g/l , including the specified ranges, or a phosphate electrolyte also including the addition of KOH or Na ₂ SiO ₃ . Regarding processing in the electrolyte by oxidation, it is preferable to use the anode-cathode pulsed mode, with the following parameters: pulse frequency 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 specified values of the intervals. The duration of treatment is preferably between 1.5 and 40 minutes.

Таким образом, предлагаемая теплопередающая стенка теплообменника выполнена в составе металлической основы из содержащего алюминий материала и керамического покрытия для интенсификации теплообмена теплопередающей стенки теплообменника, полученного микродуговым оксидированием поверхности указанной основы. Поверхностный слой покрытия реализован в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования. Указанная структура характеризуется 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 зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при следующей пористости поверхностного слоя. Пористость поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%. Краевой угол смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов.Thus, the proposed heat transfer wall of the heat exchanger is made in the composition of a metal base from an aluminum-containing material and a ceramic coating to intensify heat transfer of the heat transfer wall of the heat exchanger obtained by microarc oxidation of the surface of the specified base. The surface layer of the coating is implemented in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers. This structure is characterized by the geometric configuration of the porous framework, which ensures its complete permeability and the absence of deactivation of the centers of vaporization. The coating is made with a thickness at which the pores formed in it have a through character. In this case, the pore size of the coating is comparable to the critical nucleation size at nucleate boiling or more than it at the next porosity of the surface layer. The porosity of the surface layer is not less than 6%, but not more than 12%. The contact angle of wetting of the surface layer for water is less than 40 degrees.

В частности, толщина покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, равна от 7 до 35 мкм, включая указанные значения интервала. Размер пор покрытия, сопоставимый с критическим зародышевым размером или более его, равен 100 нм или более, но не более 10 мкм.In particular, the thickness of the coating, at which the pores formed in it have a through character, is from 7 to 35 μm, including the indicated interval values. The pore size of the coating, comparable to or greater than the critical seed size, is 100 nm or more, but not more than 10 μm.

Покрытие содержит поверхностный слой (технологический слой), являющийся в данном случае рабочим слоем. Указанный слой наиболее удален от металлической основы. В покрытии имеется твердый оксидный слой, расположенный между поверхностным слоем и металлической основой, представляющий собой продукт окисления металлической основы в виде мелкокристаллической матрицы α-Al₂O₃ и γ-Al₂O₃. Также в покрытии присутствует расположенный на поверхности металлической основы барьерный (промежуточный) слой. Интенсификацию теплообмена обуславливает структура поверхностного слоя.The coating contains a surface layer (technological layer), which in this case is a working layer. The specified layer is the most remote from the metal base. The coating has a solid oxide layer located between the surface layer and the metal base, which is a product of the oxidation of the metal base in the form of a fine-grained matrix of α-Al ₂ O ₃ and γ-Al ₂ O ₃ . The coating also contains a barrier (intermediate) layer located on the surface of the metal base. The intensification of heat transfer is determined by the structure of the surface layer.

Теплопередающая стенка теплообменника функционирует следующим образом, реализуя эффективный теплоперенос с высокими коэффициентами теплоотдачи, являющимися стабильными во времени.The heat transfer wall of the heat exchanger functions as follows, realizing efficient heat transfer with high heat transfer coefficients that are stable over time.

При обтекании жидкостью покрытия стенки происходит подпитка жидкостью капиллярно-пористой структуры с геометрической конфигурацией пористого каркаса с центрами парообразования, обеспечивающей ее полную проницаемость. Жидкость подтекает в поры под действием сил поверхностного натяжения. От кристаллических частиц α-Al₂O₃ и γ-Al₂O₃ мелкокристаллической матрицы твердого оксидного слоя подводится тепло, в порах протекает процесс зарождения и роста пузырей пара до достижения отрывного диаметра в перегретом пристенном слое жидкости. При отрыве пузырей пара под действием силы Архимеда при разветвленной системе сообщающихся между собой пор - капиллярных каналов - происходит эвакуация пара.When the liquid flows around the wall coating, the capillary-porous structure is replenished with liquid with the geometric configuration of the porous framework with vaporization centers, which ensures its complete permeability. Liquid flows into the pores under the action of surface tension forces. Heat is supplied from the crystalline particles of α-Al ₂ O ₃ and γ-Al ₂ O ₃ of the fine-crystalline matrix of the solid oxide layer, the process of nucleation and growth of vapor bubbles proceeds in the pores until the separation diameter is reached in the superheated near-wall liquid layer. When steam bubbles break off under the action of the Archimedes force with a branched system of interconnected pores - capillary channels - steam is evacuated.

В качестве сведений, подтверждающих возможность осуществления способа с достижением технического результата, приводим нижеследующие примеры реализации. Пример 1.As information confirming the possibility of implementing the method with the achievement of a technical result, we present the following examples of implementation. Example 1

Для реализации способа получения покрытия для интенсификации теплообмена теплопередающей стенки теплообменника, металлическая основа которой выполнена из содержащего алюминий материала, используют установку, в составе которой имеется источник питания, ванна, наполненная электролитом, в котором размещают обрабатываемую металлическую основу.To implement a method for producing a coating for intensifying heat transfer of a heat transfer wall of a heat exchanger, the metal base of which is made of an aluminum-containing material, an installation is used, which includes a power source, a bath filled with electrolyte, in which the metal base being processed is placed.

В качестве обрабатываемой основы берут трубу наружным диаметром 10 мм и длиной 100 мм, толщиной стенки трубы 1,5 мм из сплава Д16Т. Трубу помещают в электролитическую ванну, она выполняет функцию рабочего электрода. Покрытие наносят на внешнюю поверхность. В качестве вспомогательного электрода (противоэлектрода) используют трубу из титана, покрытую иридием, устанавливая ее на оси обрабатываемую основу. Для этого изготавливают оснастку, обеспечивающую требуемое осевое расположение противоэлектрода и циркуляцию электролита в отношении внешней поверхности обрабатываемой трубы. В качестве электролита, обработкой в котором получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов, используют электролит, обладающий способностью образования полимерных анионов, с присутствующими в их составе элементами, способными к образованию нерастворимых оксидов, которые, встраиваясь в состав покрытия, обеспечивают увеличение линейных размеров формирующегося покрытия. Ванну объемом 800 л заполняют электролитом с составом (компоненты растворены в дистиллированной воде): КОН 2 г/л, Na₂SiO₃ 5 г/л. За счет объема электролита обеспечивают отсутствие прогрева электролита в результате протекания процесса и поддержание постоянной температуры 25°С.A pipe with an outer diameter of 10 mm and a length of 100 mm, a pipe wall thickness of 1.5 mm from an alloy D16T is taken as a processed base. The tube is placed in an electrolytic bath, it acts as a working electrode. The coating is applied to the outer surface. As an auxiliary electrode (counter electrode), a titanium tube coated with iridium is used, setting it on the axis of the base being processed. To do this, a tooling is made that provides the required axial location of the counter electrode and electrolyte circulation in relation to the outer surface of the pipe being processed. As an electrolyte, processing in which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous framework, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with a porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more 12%, and the wetting angle of the surface layer for water is less than 40 degrees, an electrolyte is used that has the ability to form polymer anions, with elements present in their composition capable of forming insoluble oxides, which, embedding in the coating composition, provide an increase in the linear dimensions of the formed coatings. A bath with a volume of 800 l is filled with an electrolyte with the composition (the components are dissolved in distilled water): KOH 2 g/l, Na ₂ SiO ₃ 5 g/l. Due to the volume of the electrolyte ensure the absence of heating of the electrolyte as a result of the process and maintaining a constant temperature of 25°C.

В целях обработки используют анодно-катодный режим с частотой импульсов напряжения, с плотностью анодного тока, с соотношением катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, которыми получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов.For processing purposes, an anode-cathode mode is used with a frequency of voltage pulses, with an anode current density, with a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, by which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous frame , ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with the porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water - less than 40 degrees.

Обрабатывают основу с использованием вспомогательного электрода в виде трубы в указанном электролите в указанном режиме, при прикладывании переменного электрического напряжения к обрабатываемой металлической основе и противоэлектроду из условия поочередного выполнения функции катода и анода и поочередного протекания между ними, соответственно, анодного и катодного токов с образованием на поверхности обрабатываемой основы оксидного покрытия. Осуществляют оксидирование в режиме МДО. На рабочий и вспомогательный электроды подают напряжение от тиристорного источника питания. Напряжение подают в форме прямоугольных импульсов с частотой 200 Гц и равной длительностью анодных и катодных импульсов, каждый из которых равен половине периода. Соотношение катодной составляющей силы тока к анодной составляющей силы тока равно единице. Плотность анодного тока составляет 10 А/дм². Продолжительность оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при указанной пористости, а именно, выбирают 7 минут. В течение указанного времени наращивают толщину поверхностного (технологического) слоя и параллельно формируют твердый оксидный слой. Максимальное анодное напряжение, достигающее в режиме МДО, равно 520 В. Максимальное катодное напряжение составляет 140 В. Толщина получаемого покрытия равна 12 мкм.The base is processed using an auxiliary electrode in the form of a pipe in the specified electrolyte in the specified mode, when an alternating electrical voltage is applied to the metal base being processed and the counter electrode from the condition of alternately performing the function of the cathode and anode and alternately flowing between them, respectively, the anode and cathode currents with the formation of surface of the treated base of the oxide coating. Oxidation is carried out in the MAO mode. The working and auxiliary electrodes are energized from a thyristor power source. The voltage is applied in the form of rectangular pulses with a frequency of 200 Hz and an equal duration of the anode and cathode pulses, each of which is equal to half the period. The ratio of the cathode component of the current to the anode component of the current is equal to one. The anode current density is 10 A/dm ² . The duration of oxidation is chosen taking into account the thickness of the coating obtained, at which the pores formed in it have a through character, with a pore size of the coating comparable to the critical germinal size during nucleate boiling or more than it at the specified porosity, namely, 7 minutes are chosen. During the specified time, the thickness of the surface (technological) layer is increased and, in parallel, a solid oxide layer is formed. The maximum anode voltage, reaching in the MAO mode, is 520 V. The maximum cathode voltage is 140 V. The thickness of the resulting coating is 12 μm.

Если оребрение, используемое в первом их вышеуказанных аналогов, может привести к повышению интенсивности теплообмена до 2,5 раз (коэффициента теплоотдачи), то получаемое покрытие МДО обеспечивает повышение интенсивности в 3 раза.If the fins used in the first of the above analogs can lead to an increase in heat transfer intensity up to 2.5 times (heat transfer coefficient), then the resulting MAO coating provides an increase in intensity by 3 times.

Пример 2.Example 2

Для реализации способа получения покрытия для интенсификации теплообмена на теплопередающей стенке теплообменника, металлическая основа которой выполнена из содержащего алюминий материала, используют установку, в составе которой имеется источник питания, ванна, наполненная электролитом, в котором размещают обрабатываемую металлическую основу.To implement the method of obtaining a coating for intensifying heat transfer on the heat transfer wall of the heat exchanger, the metal base of which is made of an aluminum-containing material, an installation is used, which includes a power source, a bath filled with electrolyte, in which the metal base being processed is placed.

В качестве обрабатываемой основы берут трубу наружным диаметром 10 мм и длиной 100 мм, толщиной стенки трубы 1,5 мм из сплава Д16Т. Трубу помещают в электролитическую ванну, она выполняет функцию рабочего электрода. Покрытие наносят на внешнюю поверхность. В качестве вспомогательного электрода (противоэлектрода) используют трубу из титана, покрытую иридием, устанавливая ее на оси обрабатываемой основы. Для этого изготавливают оснастку, обеспечивающую требуемое осевое расположение противоэлектрода и циркуляцию электролита в отношении внешней поверхности обрабатываемой трубы. В качестве электролита, обработкой в котором получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов, используют электролит, обладающий способностью образования полимерных анионов, с присутствующими в их составе элементами, способными к образованию нерастворимых оксидов, которые, встраиваясь в состав покрытия, обеспечивают увеличение линейных размеров формирующегося покрытия. Ванну объемом 800 л заполняют электролитом с составом (компоненты растворены в дистиллированной воде): КОН 2 г/л, Na₂SiO₃ 5 г/л. За счет объема электролита обеспечивают отсутствие прогрева электролита в результате протекания процесса и поддержание постоянной температуры 30°С.A pipe with an outer diameter of 10 mm and a length of 100 mm, a pipe wall thickness of 1.5 mm from an alloy D16T is taken as a processed base. The tube is placed in an electrolytic bath, it acts as a working electrode. The coating is applied to the outer surface. As an auxiliary electrode (counter electrode), a titanium tube coated with iridium is used, installing it on the axis of the base being processed. To do this, a tooling is made that provides the required axial location of the counter electrode and electrolyte circulation in relation to the outer surface of the pipe being processed. As an electrolyte, processing in which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous framework, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with a porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more 12%, and the wetting angle of the surface layer for water is less than 40 degrees, an electrolyte is used that has the ability to form polymer anions, with elements present in their composition capable of forming insoluble oxides, which, embedding in the coating composition, provide an increase in the linear dimensions of the formed coatings. A bath with a volume of 800 l is filled with an electrolyte with the composition (the components are dissolved in distilled water): KOH 2 g/l, Na ₂ SiO ₃ 5 g/l. Due to the volume of the electrolyte ensure the absence of heating of the electrolyte as a result of the process and maintaining a constant temperature of 30°C.

В целях обработки используют анодно-катодный режим с частотой импульсов напряжения, с плотностью анодного тока, с соотношением катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, которыми получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов.For processing purposes, an anode-cathode mode is used with a frequency of voltage pulses, with an anode current density, with a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, by which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous frame , ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with the porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water - less than 40 degrees.

Обрабатывают основу с использованием вспомогательного электрода в виде трубы в указанном электролите в указанном режиме, при прикладывании переменного электрического напряжения к обрабатываемой металлической основе и противоэлектроду из условия поочередного выполнения функции катода и анода и поочередного протекания между ними, соответственно, анодного и катодного токов с образованием на поверхности обрабатываемой основы оксидного покрытия. Осуществляют оксидирование в режиме МДО. На рабочий и вспомогательный электроды подают напряжение от тиристорного источника питания. Напряжение подают в синусоидальной форме с частотой 50 Гц и равной длительностью анодных и катодных импульсов, каждый из которых равен половине периода. Соотношение катодной составляющей силы тока к анодной составляющей силы тока равно единице. Плотность анодного тока составляет 15 А/дм². Продолжительность оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при указанной пористости, а именно, выбирают 5 минут. В течение указанного времени наращивают толщину поверхностного (технологического) слоя и параллельно формируют твердый оксидный слой. Максимальное анодное напряжение, достигающее в режиме МДО, равно 500 В. Максимальное катодное напряжение составляет 130 В. Толщина получаемого покрытия равна 10 мкм.The base is processed using an auxiliary electrode in the form of a pipe in the specified electrolyte in the specified mode, when an alternating electrical voltage is applied to the metal base being processed and the counter electrode from the condition of alternately performing the function of the cathode and anode and alternately flowing between them, respectively, the anode and cathode currents with the formation of surface of the treated base of the oxide coating. Oxidation is carried out in the MAO mode. The working and auxiliary electrodes are energized from a thyristor power source. The voltage is applied in a sinusoidal form with a frequency of 50 Hz and an equal duration of the anode and cathode pulses, each of which is equal to half the period. The ratio of the cathode component of the current to the anode component of the current is equal to one. The anode current density is 15 A/dm ² . The duration of oxidation is selected taking into account the thickness of the coating obtained, at which the pores formed in it are of a through nature, with a pore size of the coating comparable to the critical seed size during nucleate boiling or more at the indicated porosity, namely, 5 minutes are selected. During the specified time, the thickness of the surface (technological) layer is increased and, in parallel, a solid oxide layer is formed. The maximum anode voltage, reaching in the MAO mode, is 500 V. The maximum cathode voltage is 130 V. The thickness of the resulting coating is 10 μm.

Если оребрение, используемое в первом их вышеуказанных аналогов, может привести к повышению интенсивности теплообмена до 2,5 раз (коэффициента теплоотдачи), то получаемое покрытие МДО обеспечивает повышение интенсивности в 3,2 раза.If the fins used in the first of the above analogs can lead to an increase in heat transfer intensity up to 2.5 times (heat transfer coefficient), then the resulting MAO coating provides an increase in intensity by 3.2 times.

Пример 3.Example 3

Для реализации способа получения покрытия для интенсификации теплообмена на теплопередающей стенке теплообменника, металлическая основа которой выполнена из содержащего алюминий материала, используют установку, в составе которой имеется источник питания, ванна, наполненная электролитом, в котором размещают обрабатываемую металлическую основу.To implement the method of obtaining a coating for intensifying heat transfer on the heat transfer wall of the heat exchanger, the metal base of which is made of an aluminum-containing material, an installation is used, which includes a power source, a bath filled with electrolyte, in which the metal base being processed is placed.

В качестве обрабатываемой основы берут трубу наружным диаметром 10 мм и длиной 100 мм, толщиной стенки трубы 1,5 мм из сплава АД31. Трубу помещают в электролитическую ванну, она выполняет функцию рабочего электрода. Покрытие наносят на внешнюю поверхность. В качестве вспомогательного электрода (противоэлектрода) используют трубу из титана, покрытую иридием, устанавливая ее на оси обрабатываемой основы. Для этого изготавливают оснастку, обеспечивающую требуемое осевое расположение противоэлектрода и циркуляцию электролита в отношении внешней поверхности обрабатываемой трубы. В качестве электролита, обработкой в котором получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов, используют электролит, обладающий способностью образования полимерных анионов, с присутствующими в их составе элементами, способными к образованию нерастворимых оксидов, которые, встраиваясь в состав покрытия, обеспечивают увеличение линейных размеров формирующегося покрытия. Ванну объемом 800 л заполняют электролитом с составом (компоненты растворены в дистиллированной воде): КОН 1 г/л, Na₅P₃O₁₀ 10 г/л. За счет объема электролита обеспечивают отсутствие прогрева электролита в результате протекания процесса и поддержание постоянной температуры 25°С.A pipe with an outer diameter of 10 mm and a length of 100 mm, a pipe wall thickness of 1.5 mm from the AD31 alloy is taken as the base to be processed. The tube is placed in an electrolytic bath, it acts as a working electrode. The coating is applied to the outer surface. As an auxiliary electrode (counter electrode), a titanium tube coated with iridium is used, setting it on the axis of the base being processed. To do this, a tooling is made that provides the required axial location of the counter electrode and electrolyte circulation in relation to the outer surface of the pipe being processed. As an electrolyte, processing in which a surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous framework, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with a porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more 12%, and the wetting angle of the surface layer for water is less than 40 degrees, an electrolyte is used that has the ability to form polymer anions, with elements present in their composition capable of forming insoluble oxides, which, embedding in the coating composition, provide an increase in the linear dimensions of the formed coatings. A bath with a volume of 800 l is filled with an electrolyte with the composition (the components are dissolved in distilled water): KOH 1 g/l, Na ₅ P ₃ O ₁₀ 10 g/l. Due to the volume of the electrolyte ensure the absence of heating of the electrolyte as a result of the process and maintaining a constant temperature of 25°C.

В целях обработки используют анодно-катодный режим с частотой импульсов напряжения, с плотностью анодного тока, с соотношением катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, которыми получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов.For processing purposes, an anode-cathode mode is used with a frequency of voltage pulses, with an anode current density, with a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, by which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous frame , ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with the porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water - less than 40 degrees.

Обрабатывают основу с использованием вспомогательного электрода в виде трубы в указанном электролите в указанном режиме, при прикладывании переменного электрического напряжения к обрабатываемой металлической основе и противоэлектроду из условия поочередного выполнения функции катода и анода и поочередного протекания между ними, соответственно, анодного и катодного токов с образованием на поверхности обрабатываемой основы оксидного покрытия. Осуществляют оксидирование в режиме МДО. На рабочий и вспомогательный электроды подают напряжение от тиристорного источника питания. Напряжение подают в синусоидальной форме с частотой 50 Гц и равной длительностью анодных и катодных импульсов, каждый из которых равен половине периода. Соотношение катодной составляющей силы тока к анодной составляющей силы тока равно 0,8. Плотность анодного тока составляет 5 А/дм². Продолжительность оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при указанной пористости, а именно, выбирают 10 минут. В течение указанного времени наращивают толщину поверхностного (технологического) слоя и параллельно формируют твердый оксидный слой. Максимальное анодное напряжение, достигающее в режиме МДО, равно 500 В. Максимальное катодное напряжение составляет 190 В. Толщина получаемого покрытия равна 7 мкм.The base is processed using an auxiliary electrode in the form of a pipe in the specified electrolyte in the specified mode, when an alternating electrical voltage is applied to the metal base being processed and the counter electrode from the condition of alternately performing the function of the cathode and anode and alternately flowing between them, respectively, the anode and cathode currents with the formation of surface of the treated base of the oxide coating. Oxidation is carried out in the MAO mode. The working and auxiliary electrodes are energized from a thyristor power source. The voltage is applied in a sinusoidal form with a frequency of 50 Hz and an equal duration of the anode and cathode pulses, each of which is equal to half the period. The ratio of the cathode current component to the anode current component is 0.8. The anode current density is 5 A/dm ² . The duration of oxidation is selected taking into account the thickness of the coating obtained, at which the pores formed in it are of a through nature, with a pore size of the coating comparable to the critical seed size during nucleate boiling or more than it at the indicated porosity, namely, 10 minutes are selected. During the specified time, the thickness of the surface (technological) layer is increased and, in parallel, a solid oxide layer is formed. The maximum anode voltage, reaching in the MAO mode, is 500 V. The maximum cathode voltage is 190 V. The thickness of the resulting coating is 7 μm.

Если оребрение, используемое в первом их вышеуказанных аналогов, может привести к повышению интенсивности теплообмена до 2,5 раз (коэффициента теплоотдачи), то получаемое покрытие МДО обеспечивает повышение интенсивности в 3,5 раза.If the fins used in the first of the above analogs can lead to an increase in heat transfer intensity up to 2.5 times (heat transfer coefficient), then the resulting MDO coating provides an increase in intensity by 3.5 times.

Пример 4.Example 4

Для реализации способа получения покрытия для интенсификации теплообмена на теплопередающей стенке теплообменника, металлическая основа которой выполнена из содержащего алюминий материала, используют установку, в составе которой имеется источник питания, ванна, наполненная электролитом, в котором размещают обрабатываемую металлическую основу.To implement the method of obtaining a coating for intensifying heat transfer on the heat transfer wall of the heat exchanger, the metal base of which is made of an aluminum-containing material, an installation is used, which includes a power source, a bath filled with electrolyte, in which the metal base being processed is placed.

В качестве обрабатываемой основы берут трубу наружным диаметром 10 мм и длиной 100 мм, толщиной стенки трубы 1,5 мм из сплава Д16Т. Трубу помещают в электролитическую ванну, она выполняет функцию рабочего электрода. Покрытие наносят на внешнюю поверхность. В качестве вспомогательного электрода (противоэлектрода) используют трубу из титана, покрытую иридием, устанавливая ее на оси обрабатываемой основы. Для этого изготавливают оснастку, обеспечивающую требуемое осевое расположение противоэлектрода и циркуляцию электролита в отношении внешней поверхности обрабатываемой трубы. В качестве электролита, обработкой в котором получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов, используют электролит, обладающий способностью образования полимерных анионов, с присутствующими в их составе элементами, способными к образованию нерастворимых оксидов, которые, встраиваясь в состав покрытия, обеспечивают увеличение линейных размеров формирующегося покрытия. Ванну объемом 800 л заполняют электролитом с составом (компонент растворен в дистиллированной воде): Na₅P₃O₁₀ 20 г/л. За счет объема электролита обеспечивают отсутствие прогрева электролита в результате протекания процесса и поддержание постоянной температуры 18°С.A pipe with an outer diameter of 10 mm and a length of 100 mm, a pipe wall thickness of 1.5 mm from an alloy D16T is taken as a processed base. The tube is placed in an electrolytic bath, it acts as a working electrode. The coating is applied to the outer surface. As an auxiliary electrode (counter electrode), a titanium tube coated with iridium is used, installing it on the axis of the base being processed. To do this, a tooling is made that provides the required axial location of the counter electrode and electrolyte circulation in relation to the outer surface of the pipe being processed. As an electrolyte, processing in which a surface layer of a coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by a porous framework configuration that 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 %, and the wetting angle of the surface layer for water is less than 40 degrees, an electrolyte is used that has the ability to form polymer anions, with elements present in their composition capable of forming insoluble oxides, which, embedding in the coating composition, provide an increase in the linear dimensions of the coating being formed . A bath with a volume of 800 l is filled with an electrolyte with the composition (the component is dissolved in distilled water): Na ₅ P ₃ O ₁₀ 20 g/l. Due to the volume of the electrolyte ensure the absence of heating of the electrolyte as a result of the process and maintaining a constant temperature of 18°C.

В целях обработки используют анодно-катодный режим с частотой импульсов напряжения, с плотностью анодного тока, с соотношением катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, которыми получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6 %, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов.For processing purposes, an anode-cathode mode is used with a frequency of voltage pulses, with an anode current density, with a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, by which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous frame , ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with the porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water - less than 40 degrees.

Обрабатывают основу с использованием вспомогательного электрода в виде трубы в указанном электролите в указанном режиме, при прикладывании переменного электрического напряжения к обрабатываемой металлической основе и противоэлектроду из условия поочередного выполнения функции катода и анода и поочередного протекания между ними, соответственно, анодного и катодного токов с образованием на поверхности обрабатываемой основы оксидного покрытия. Осуществляют оксидирование в режиме МДО. На рабочий и вспомогательный электроды подают напряжение от тиристорного источника питания. Напряжение подают в форме прямоугольных импульсов с частотой 1000 Гц и равной длительностью анодных и катодных импульсов, каждый из которых равен половине периода. Соотношение катодной составляющей силы тока к анодной составляющей силы тока равно 0,9. Плотность анодного тока составляет 3 А/дм². Продолжительность оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при указанной пористости, а именно, выбирают 15 минут.В течение указанного времени наращивают толщину поверхностного (технологического) слоя и параллельно формируют твердый оксидный слой. Максимальное анодное напряжение, достигающее в режиме МДО, равно 520 В. Максимальное катодное напряжение составляет 150 В. Толщина получаемого покрытия равна 12 мкм.The base is processed using an auxiliary electrode in the form of a pipe in the specified electrolyte in the specified mode, when an alternating electrical voltage is applied to the metal base being processed and the counter electrode from the condition of alternately performing the function of the cathode and anode and alternately flowing between them, respectively, the anode and cathode currents with the formation of surface of the treated base of the oxide coating. Oxidation is carried out in the MAO mode. The working and auxiliary electrodes are energized from a thyristor power source. The voltage is applied in the form of rectangular pulses with a frequency of 1000 Hz and an equal duration of the anode and cathode pulses, each of which is equal to half the period. The ratio of the cathode component of the current to the anode component of the current is 0.9. The anode current density is 3 A/dm ² . The duration of oxidation is selected taking into account the thickness of the coating obtained, at which the pores formed in it are inherent in the through character, with the pore size of the coating comparable to the critical seed size during nucleate boiling or more at the specified porosity, namely, 15 minutes are selected. During the specified time increase the thickness of the surface (technological) layer and simultaneously form a solid oxide layer. The maximum anode voltage, reaching in the MAO mode, is 520 V. The maximum cathode voltage is 150 V. The thickness of the resulting coating is 12 μm.

Если оребрение, используемое в первом их вышеуказанных аналогов, может привести к повышению интенсивности теплообмена до 2,5 раз (коэффициента теплоотдачи), то получаемое покрытие МДО обеспечивает повышение интенсивности в 3,1 раза.If the fins used in the first of the above analogs can lead to an increase in heat transfer intensity up to 2.5 times (heat transfer coefficient), then the resulting MDO coating provides an increase in intensity by 3.1 times.

Пример 5.Example 5

Для реализации способа получения покрытия для интенсификации теплообмена на теплопередающей стенке теплообменника, металлическая основа которой выполнена из содержащего алюминий материала, используют установку, в составе которой имеется источник питания, ванна, наполненная электролитом, в котором размещают обрабатываемую металлическую основу.To implement the method of obtaining a coating for intensifying heat transfer on the heat transfer wall of the heat exchanger, the metal base of which is made of an aluminum-containing material, an installation is used, which includes a power source, a bath filled with electrolyte, in which the metal base being processed is placed.

В качестве обрабатываемой основы берут трубу наружным диаметром 10 мм и длиной 100 мм, толщиной стенки трубы 1,5 мм из сплава Д16Т. Трубу помещают в электролитическую ванну, она выполняет функцию рабочего электрода. Покрытие наносят на внешнюю поверхность. В качестве вспомогательного электрода (противоэлектрода) используют трубу из титана, покрытую иридием, устанавливая ее на оси обрабатываемой основы. Для этого изготавливают оснастку, обеспечивающую требуемое осевое расположение противоэлектрода и циркуляцию электролита в отношении внешней поверхности обрабатываемой трубы. В качестве электролита, обработкой в котором получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов, используют электролит, обладающий способностью образования полимерных анионов, с присутствующими в их составе элементами, способными к образованию нерастворимых оксидов, которые, встраиваясь в состав покрытия, обеспечивают увеличение линейных размеров формирующегося покрытия. Ванну объемом 800 л заполняют электролитом с составом (компоненты растворены в дистиллированной воде): КОН 2 г/л, Na₂SiO₃ 2 г/л, Na₅P₃O₁₀ 30 г/л. За счет объема электролита обеспечивают отсутствие прогрева электролита в результате протекания процесса и поддержание постоянной температуры 15°С.A pipe with an outer diameter of 10 mm and a length of 100 mm, a pipe wall thickness of 1.5 mm from an alloy D16T is taken as a processed base. The tube is placed in an electrolytic bath, it acts as a working electrode. The coating is applied to the outer surface. As an auxiliary electrode (counter electrode), a titanium tube coated with iridium is used, installing it on the axis of the base being processed. To do this, a tooling is made that provides the required axial location of the counter electrode and electrolyte circulation in relation to the outer surface of the pipe being processed. As an electrolyte, processing in which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous framework, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with a porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more 12%, and the wetting angle of the surface layer for water is less than 40 degrees, an electrolyte is used that has the ability to form polymer anions, with elements present in their composition capable of forming insoluble oxides, which, embedding in the coating composition, provide an increase in the linear dimensions of the formed coatings. A bath with a volume of 800 l is filled with an electrolyte with the composition (the components are dissolved in distilled water): KOH 2 g/l, Na ₂ SiO ₃ 2 g/l, Na ₅ P ₃ O ₁₀ 30 g/l. Due to the volume of the electrolyte ensure the absence of heating of the electrolyte as a result of the process and maintaining a constant temperature of 15°C.

В целях обработки используют анодно-катодный режим с частотой импульсов напряжения, с плотностью анодного тока, с соотношением катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, которыми получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов.For processing purposes, an anode-cathode mode is used with a frequency of voltage pulses, with an anode current density, with a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, by which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous frame , ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with the porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water - less than 40 degrees.

Обрабатывают основу с использованием вспомогательного электрода в виде трубы в указанном электролите в указанном режиме, при прикладывании переменного электрического напряжения к обрабатываемой металлической основе и противоэлектроду из условия поочередного выполнения функции катода и анода и поочередного протекания между ними, соответственно, анодного и катодного токов с образованием на поверхности обрабатываемой основы оксидного покрытия. Осуществляют оксидирование в режиме МДО. На рабочий и вспомогательный электроды подают напряжение от тиристорного источника питания. Напряжение подают в форме прямоугольных импульсов с частотой 1500 Гц и равной длительностью анодных и катодных импульсов, каждый из которых равен половине периода. Соотношение катодной составляющей силы тока к анодной составляющей силы тока равно 0,9. Плотность анодного тока составляет 8 А/дм². Продолжительность оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при указанной пористости, а именно, выбирают 8 минут. В течение указанного времени наращивают толщину поверхностного (технологического) слоя и параллельно формируют твердый оксидный слой. Максимальное анодное напряжение, достигающее в режиме МДО, равно 480 В. Максимальное катодное напряжение составляет 185 В. Толщина получаемого покрытия равна 15 мкм.The base is processed using an auxiliary electrode in the form of a pipe in the specified electrolyte in the specified mode, when an alternating electrical voltage is applied to the metal base being processed and the counter electrode from the condition of alternately performing the function of the cathode and anode and alternately flowing between them, respectively, the anode and cathode currents with the formation of surface of the treated base of the oxide coating. Oxidation is carried out in the MAO mode. The working and auxiliary electrodes are energized from a thyristor power source. The voltage is applied in the form of rectangular pulses with a frequency of 1500 Hz and an equal duration of the anode and cathode pulses, each of which is equal to half the period. The ratio of the cathode component of the current to the anode component of the current is 0.9. The anode current density is 8 A/dm ² . The duration of oxidation is chosen taking into account the thickness of the coating obtained, at which the pores formed in it have a through character, with a pore size of the coating comparable to the critical germinal size during nucleate boiling or more at the indicated porosity, namely, 8 minutes are chosen. During the specified time, the thickness of the surface (technological) layer is increased and, in parallel, a solid oxide layer is formed. The maximum anode voltage, reaching in the MAO mode, is 480 V. The maximum cathode voltage is 185 V. The thickness of the resulting coating is 15 μm.

Если оребрение, используемое в первом их вышеуказанных аналогов, может привести к повышению интенсивности теплообмена до 2,5 раз (коэффициента теплоотдачи), то получаемое покрытие МДО обеспечивает повышение интенсивности в 3 раза.If the fins used in the first of the above analogs can lead to an increase in heat transfer intensity up to 2.5 times (heat transfer coefficient), then the resulting MAO coating provides an increase in intensity by 3 times.

Пример 6.Example 6

Для реализации способа получения покрытия для интенсификации теплообмена на теплопередающей стенке теплообменника, металлическая основа которой выполнена из содержащего алюминий материала, используют установку, в составе которой имеется источник питания, ванна, наполненная электролитом, в котором размещают обрабатываемую металлическую основу.To implement the method of obtaining a coating for intensifying heat transfer on the heat transfer wall of the heat exchanger, the metal base of which is made of an aluminum-containing material, an installation is used, which includes a power source, a bath filled with electrolyte, in which the metal base being processed is placed.

В качестве обрабатываемой основы берут трубу наружным диаметром 10 мм и длиной 100 мм, толщиной стенки трубы 1,5 мм из сплава Д16Т. Трубу помещают в электролитическую ванну, она выполняет функцию рабочего электрода. Покрытие наносят на внешнюю поверхность. В качестве вспомогательного электрода (противоэлектрода) используют трубу из титана, покрытую иридием, устанавливая ее на оси обрабатываемой основы. Для этого изготавливают оснастку, обеспечивающую требуемое осевое расположение противоэлектрода и циркуляцию электролита в отношении внешней поверхности обрабатываемой трубы. В качестве электролита, обработкой в котором получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6 %, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов, используют электролит, обладающий способностью образования полимерных анионов, с присутствующими в их составе элементами, способными к образованию нерастворимых оксидов, которые, встраиваясь в состав покрытия, обеспечивают увеличение линейных размеров формирующегося покрытия. Ванну объемом 800 л заполняют электролитом с составом (компонент растворен в дистиллированной воде): Na₅P₃O₁₀ 40 г/л. За счет объема электролита обеспечивают отсутствие прогрева электролита в результате протекания процесса и поддержание постоянной температуры 35°С.A pipe with an outer diameter of 10 mm and a length of 100 mm, a pipe wall thickness of 1.5 mm from an alloy D16T is taken as a processed base. The tube is placed in an electrolytic bath, it acts as a working electrode. The coating is applied to the outer surface. As an auxiliary electrode (counter electrode), a titanium tube coated with iridium is used, installing it on the axis of the base being processed. To do this, a tooling is made that provides the required axial location of the counter electrode and electrolyte circulation in relation to the outer surface of the pipe being processed. As an electrolyte, processing in which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous framework, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with a porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more 12%, and the wetting angle of the surface layer for water is less than 40 degrees, an electrolyte is used that has the ability to form polymer anions, with elements present in their composition capable of forming insoluble oxides, which, embedding in the coating composition, provide an increase in the linear dimensions of the formed coatings. A bath with a volume of 800 l is filled with an electrolyte with the composition (the component is dissolved in distilled water): Na ₅ P ₃ O ₁₀ 40 g/L. Due to the volume of the electrolyte ensure the absence of heating of the electrolyte as a result of the process and maintaining a constant temperature of 35°C.

В целях обработки используют анодно-катодный режим с частотой импульсов напряжения, с плотностью анодного тока, с соотношением катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, которыми получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов.For processing purposes, an anode-cathode mode is used with a frequency of voltage pulses, with an anode current density, with a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, by which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous frame , ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with the porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water - less than 40 degrees.

Обрабатывают основу с использованием вспомогательного электрода в виде трубы в указанном электролите в указанном режиме, при прикладывании переменного электрического напряжения к обрабатываемой металлической основе и противоэлектроду из условия поочередного выполнения функции катода и анода и поочередного протекания между ними, соответственно, анодного и катодного токов с образованием на поверхности обрабатываемой основы оксидного покрытия. Осуществляют оксидирование в режиме МДО. На рабочий и вспомогательный электроды подают напряжение от тиристорного источника питания. Напряжение подают в форме прямоугольных импульсов с частотой 3000 Гц и равной длительностью анодных и катодных импульсов, каждый из которых равен половине периода. Соотношение катодной составляющей силы тока к анодной составляющей силы тока равно 1,05. Плотность анодного тока составляет 20 А/дм². Продолжительность оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при указанной пористости, а именно, выбирают 3 минуты. В течение указанного времени наращивают толщину поверхностного (технологического) слоя и параллельно формируют твердый оксидный слой. Максимальное анодное напряжение, достигающее в режиме МДО, равно 610 В. Максимальное катодное напряжение составляет 120 В. Толщина получаемого покрытия равна 15 мкм.The base is processed using an auxiliary electrode in the form of a pipe in the specified electrolyte in the specified mode, when an alternating electrical voltage is applied to the metal base being processed and the counter electrode from the condition of alternately performing the function of the cathode and anode and alternately flowing between them, respectively, the anode and cathode currents with the formation of surface of the treated base of the oxide coating. Oxidation is carried out in the MAO mode. The working and auxiliary electrodes are energized from a thyristor power source. The voltage is applied in the form of rectangular pulses with a frequency of 3000 Hz and an equal duration of the anode and cathode pulses, each of which is equal to half the period. The ratio of the cathode current component to the anode current component is 1.05. The anode current density is 20 A/dm ² . The duration of oxidation is selected taking into account the thickness of the coating obtained, at which the pores formed in it are of a through nature, with a pore size of the coating comparable to the critical seed size during nucleate boiling or more than it at the indicated porosity, namely, 3 minutes are selected. During the specified time, the thickness of the surface (technological) layer is increased and, in parallel, a solid oxide layer is formed. The maximum anode voltage, reaching in the MAO mode, is 610 V. The maximum cathode voltage is 120 V. The thickness of the resulting coating is 15 μm.

Если оребрение, используемое в первом их вышеуказанных аналогов, может привести к повышению интенсивности теплообмена до 2,5 раз (коэффициента теплоотдачи), то получаемое покрытие МДО обеспечивает повышение интенсивности в 3,9 раза.If the fins used in the first of the above analogs can lead to an increase in heat transfer intensity up to 2.5 times (heat transfer coefficient), then the resulting MAO coating provides an increase in intensity by 3.9 times.

Пример 7.Example 7

Для реализации способа получения покрытия для интенсификации теплообмена на теплопередающей стенке теплообменника, металлическая основа которой выполнена из содержащего алюминий материала, используют установку, в составе которой имеется источник питания, ванна, наполненная электролитом, в котором размещают обрабатываемую металлическую основу.To implement the method of obtaining a coating for intensifying heat transfer on the heat transfer wall of the heat exchanger, the metal base of which is made of an aluminum-containing material, an installation is used, which includes a power source, a bath filled with electrolyte, in which the metal base being processed is placed.

В качестве обрабатываемой основы берут трубу наружным диаметром 10 мм и длиной 100 мм, толщиной стенки трубы 1,5 мм из сплава Д16Т. Трубу помещают в электролитическую ванну, она выполняет функцию рабочего электрода. Покрытие наносят на внешнюю поверхность. В качестве вспомогательного электрода (противоэлектрода) используют трубу из титана, покрытую иридием, устанавливая ее на оси обрабатываемой основы. Для этого изготавливают оснастку, обеспечивающую требуемое осевое расположение противоэлектрода и циркуляцию электролита в отношении внешней поверхности обрабатываемой трубы. В качестве электролита, обработкой в котором получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов, используют электролит, обладающий способностью образования полимерных анионов, с присутствующими в их составе элементами, способными к образованию нерастворимых оксидов, которые, встраиваясь в состав покрытия, обеспечивают увеличение линейных размеров формирующегося покрытия. Ванну объемом 800 л заполняют электролитом с составом (компоненты растворены в дистиллированной воде): КОН 6 г/л, Na₂SiO₃ 15 г/л. За счет объема электролита обеспечивают отсутствие прогрева электролита в результате протекания процесса и поддержание постоянной температуры 45°С.A pipe with an outer diameter of 10 mm and a length of 100 mm, a pipe wall thickness of 1.5 mm from an alloy D16T is taken as a processed base. The tube is placed in an electrolytic bath, it acts as a working electrode. The coating is applied to the outer surface. As an auxiliary electrode (counter electrode), a titanium tube coated with iridium is used, installing it on the axis of the base being processed. To do this, a tooling is made that provides the required axial location of the counter electrode and electrolyte circulation in relation to the outer surface of the pipe being processed. As an electrolyte, processing in which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous framework, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with a porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more 12%, and the wetting angle of the surface layer for water is less than 40 degrees, an electrolyte is used that has the ability to form polymer anions, with elements present in their composition capable of forming insoluble oxides, which, embedding in the coating composition, provide an increase in the linear dimensions of the formed coatings. A bath with a volume of 800 l is filled with an electrolyte with the composition (the components are dissolved in distilled water): KOH 6 g/l, Na ₂ SiO ₃ 15 g/l. Due to the volume of the electrolyte ensure the absence of heating of the electrolyte as a result of the process and maintaining a constant temperature of 45°C.

В целях обработки используют анодно-катодный режим с частотой импульсов напряжения, с плотностью анодного тока, с соотношением катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, которыми получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6 %, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов.For processing purposes, an anode-cathode mode is used with a frequency of voltage pulses, with an anode current density, with a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, by which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous frame , ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with the porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water - less than 40 degrees.

Обрабатывают основу с использованием вспомогательного электрода в виде трубы в указанном электролите в указанном режиме, при прикладывании переменного электрического напряжения к обрабатываемой металлической основе и противоэлектроду из условия поочередного выполнения функции катода и анода и поочередного протекания между ними, соответственно, анодного и катодного токов с образованием на поверхности обрабатываемой основы оксидного покрытия. Осуществляют оксидирование в режиме МДО. На рабочий и вспомогательный электроды подают напряжение от тиристорного источника питания. Напряжение подают в форме прямоугольных импульсов с частотой 500 Гц и равной длительностью анодных и катодных импульсов, каждый из которых равен половине периода. Соотношение катодной составляющей силы тока к анодной составляющей силы тока равно 1,1. Плотность анодного тока составляет 30 А/дм². Продолжительность оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при указанной пористости, а именно, выбирают 1,5 минуты. В течение указанного времени наращивают толщину поверхностного (технологического) слоя и параллельно формируют твердый оксидный слой. Максимальное анодное напряжение, достигающее в режиме МДО, равно 620 В. Максимальное катодное напряжение составляет 150 В. Толщина получаемого покрытия равна 12 мкм.The base is processed using an auxiliary electrode in the form of a pipe in the specified electrolyte in the specified mode, when an alternating electrical voltage is applied to the metal base being processed and the counter electrode from the condition of alternately performing the function of the cathode and anode and alternately flowing between them, respectively, the anode and cathode currents with the formation of surface of the treated base of the oxide coating. Oxidation is carried out in the MAO mode. The working and auxiliary electrodes are energized from a thyristor power source. The voltage is applied in the form of rectangular pulses with a frequency of 500 Hz and an equal duration of the anode and cathode pulses, each of which is equal to half the period. The ratio of the cathode current component to the anode current component is 1.1. The anode current density is 30 A/dm ² . The duration of oxidation is selected taking into account the thickness of the coating obtained, at which the pores formed in it are of a through nature, with a pore size of the coating comparable to the critical seed size during nucleate boiling or more than it at the indicated porosity, namely, 1.5 minutes are selected. During the specified time, the thickness of the surface (technological) layer is increased and, in parallel, a solid oxide layer is formed. The maximum anode voltage, reaching in the MAO mode, is 620 V. The maximum cathode voltage is 150 V. The thickness of the resulting coating is 12 μm.

Если оребрение, используемое в первом их вышеуказанных аналогов, может привести к повышению интенсивности теплообмена до 2,5 раз (коэффициента теплоотдачи), то получаемое покрытие МДО обеспечивает повышение интенсивности в 3,9 раза.If the fins used in the first of the above analogs can lead to an increase in heat transfer intensity up to 2.5 times (heat transfer coefficient), then the resulting MAO coating provides an increase in intensity by 3.9 times.

Пример 8.Example 8

Для реализации способа получения покрытия для интенсификации теплообмена на теплопередающей стенке теплообменника, металлическая основа которой выполнена из содержащего алюминий материала, используют установку, в составе которой имеется источник питания, ванна, наполненная электролитом, в котором размещают обрабатываемую металлическую основу.To implement the method of obtaining a coating for intensifying heat transfer on the heat transfer wall of the heat exchanger, the metal base of which is made of an aluminum-containing material, an installation is used, which includes a power source, a bath filled with electrolyte, in which the metal base being processed is placed.

В качестве обрабатываемой основы берут трубу наружным диаметром 10 мм и длиной 100 мм, толщиной стенки трубы 1,5 мм из сплава Д16Т. Трубу помещают в электролитическую ванну, она выполняет функцию рабочего электрода. Покрытие наносят на внешнюю поверхность. В качестве вспомогательного электрода (противоэлектрода) используют трубу из титана, покрытую иридием, устанавливая ее на оси обрабатываемой основы. Для этого изготавливают оснастку, обеспечивающую требуемое осевое расположение противоэлектрода и циркуляцию электролита в отношении внешней поверхности обрабатываемой трубы. В качестве электролита, обработкой в котором получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов, используют электролит, обладающий способностью образования полимерных анионов, с присутствующими в их составе элементами, способными к образованию нерастворимых оксидов, которые, встраиваясь в состав покрытия, обеспечивают увеличение линейных размеров формирующегося покрытия. Ванну объемом 800 л заполняют электролитом с составом (компоненты растворены в дистиллированной воде): КОН 5 г/л, Na₂SiO₃ 20 г/л. За счет объема электролита обеспечивают отсутствие прогрева электролита в результате протекания процесса и поддержание постоянной температуры 55°С.A pipe with an outer diameter of 10 mm and a length of 100 mm, a pipe wall thickness of 1.5 mm from an alloy D16T is taken as a processed base. The tube is placed in an electrolytic bath, it acts as a working electrode. The coating is applied to the outer surface. As an auxiliary electrode (counter electrode), a titanium tube coated with iridium is used, installing it on the axis of the base being processed. To do this, a tooling is made that provides the required axial location of the counter electrode and electrolyte circulation in relation to the outer surface of the pipe being processed. As an electrolyte, processing in which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous framework, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with a porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more 12%, and the wetting angle of the surface layer for water is less than 40 degrees, an electrolyte is used that has the ability to form polymer anions, with elements present in their composition capable of forming insoluble oxides, which, embedding in the coating composition, provide an increase in the linear dimensions of the formed coatings. A bath with a volume of 800 l is filled with an electrolyte with the composition (the components are dissolved in distilled water): KOH 5 g/l, Na ₂ SiO ₃ 20 g/l. Due to the volume of the electrolyte ensure the absence of heating of the electrolyte as a result of the process and maintaining a constant temperature of 55°C.

В целях обработки используют анодно-катодный режим с частотой импульсов напряжения, с плотностью анодного тока, с соотношением катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, которыми получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов.For processing purposes, an anode-cathode mode is used with a frequency of voltage pulses, with an anode current density, with a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, by which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous frame , ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with the porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water - less than 40 degrees.

Обрабатывают основу с использованием вспомогательного электрода в виде трубы в указанном электролите в указанном режиме, при прикладывании переменного электрического напряжения к обрабатываемой металлической основе и противоэлектроду из условия поочередного выполнения функции катода и анода и поочередного протекания между ними, соответственно, анодного и катодного токов с образованием на поверхности обрабатываемой основы оксидного покрытия. Осуществляют оксидирование в режиме МДО. На рабочий и вспомогательный электроды подают напряжение от тиристорного источника питания. Напряжение подают в форме прямоугольных импульсов с частотой 500 Гц и равной длительностью анодных и катодных импульсов, каждый из которых равен половине периода. Соотношение катодной составляющей силы тока к анодной составляющей силы тока равно 1,1. Плотность анодного тока составляет 50 А/дм². Продолжительность оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при указанной пористости, а именно, выбирают 2 минуты. В течение указанного времени наращивают толщину поверхностного (технологического) слоя и параллельно формируют твердый оксидный слой. Максимальное анодное напряжение, достигающее в режиме МДО, равно 600 В. Максимальное катодное напряжение составляет 140 В. Толщина получаемого покрытия равна 20 мкм.The base is processed using an auxiliary electrode in the form of a pipe in the specified electrolyte in the specified mode, when an alternating electrical voltage is applied to the metal base being processed and the counter electrode from the condition of alternately performing the function of the cathode and anode and alternately flowing between them, respectively, the anode and cathode currents with the formation of surface of the treated base of the oxide coating. Oxidation is carried out in the MAO mode. The working and auxiliary electrodes are energized from a thyristor power source. The voltage is applied in the form of rectangular pulses with a frequency of 500 Hz and an equal duration of the anode and cathode pulses, each of which is equal to half the period. The ratio of the cathode current component to the anode current component is 1.1. The anode current density is 50 A/dm ² . The duration of oxidation is chosen taking into account the resulting thickness of the coating, at which the pores formed in it are inherently through in nature, with a pore size of the coating comparable to the critical germinal size during nucleate boiling or more than it at the specified porosity, namely, 2 minutes are selected. During the specified time, the thickness of the surface (technological) layer is increased and, in parallel, a solid oxide layer is formed. The maximum anode voltage, reaching in the MAO mode, is 600 V. The maximum cathode voltage is 140 V. The thickness of the resulting coating is 20 μm.

Если оребрение, используемое в первом их вышеуказанных аналогов, может привести к повышению интенсивности теплообмена до 2,5 раз (коэффициента теплоотдачи), то получаемое покрытие МДО обеспечивает повышение интенсивности в 3,8 раза.If the fins used in the first of the above analogs can lead to an increase in heat transfer intensity up to 2.5 times (heat transfer coefficient), then the resulting MDO coating provides an increase in intensity by 3.8 times.

Пример 9.Example 9

Для реализации способа получения покрытия для интенсификации теплообмена на теплопередающей стенке теплообменника, металлическая основа которой выполнена из содержащего алюминий материала, используют установку, в составе которой имеется источник питания, ванна, наполненная электролитом, в котором размещают обрабатываемую металлическую основу.To implement the method of obtaining a coating for intensifying heat transfer on the heat transfer wall of the heat exchanger, the metal base of which is made of an aluminum-containing material, an installation is used, which includes a power source, a bath filled with electrolyte, in which the metal base being processed is placed.

В качестве обрабатываемой основы берут трубу наружным диаметром 10 мм и длиной 100 мм, толщиной стенки трубы 1,5 мм из сплава Д16Т. Трубу помещают в электролитическую ванну, она выполняет функцию рабочего электрода. Покрытие наносят на внешнюю поверхность. В качестве вспомогательного электрода (противоэлектрода) используют трубу из титана, покрытую иридием, устанавливая ее на оси обрабатываемой основы. Для этого изготавливают оснастку, обеспечивающую требуемое осевое расположение противоэлектрода и циркуляцию электролита в отношении внешней поверхности обрабатываемой трубы. В качестве электролита, обработкой в котором получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов, используют электролит, обладающий способностью образования полимерных анионов, с присутствующими в их составе элементами, способными к образованию нерастворимых оксидов, которые, встраиваясь в состав покрытия, обеспечивают увеличение линейных размеров формирующегося покрытия. Ванну объемом 800 л заполняют электролитом с составом (компоненты растворены в дистиллированной воде): КОН 5 г/л, Na₂SiO₃ 5 г/л, Na₅P₃O₁₀ 40 г/л. За счет объема электролита обеспечивают отсутствие прогрева электролита в результате протекания процесса и поддержание постоянной температуры 40°С.A pipe with an outer diameter of 10 mm and a length of 100 mm, a pipe wall thickness of 1.5 mm from an alloy D16T is taken as a processed base. The tube is placed in an electrolytic bath, it acts as a working electrode. The coating is applied to the outer surface. As an auxiliary electrode (counter electrode), a titanium tube coated with iridium is used, setting it on the axis of the base being processed. To do this, a tooling is made that provides the required axial location of the counter electrode and electrolyte circulation in relation to the outer surface of the pipe being processed. As an electrolyte, processing in which a surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous framework, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with a porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more 12%, and the wetting angle of the surface layer for water is less than 40 degrees, an electrolyte is used that has the ability to form polymer anions, with elements present in their composition capable of forming insoluble oxides, which, embedding in the coating composition, provide an increase in the linear dimensions of the formed coatings. A bath with a volume of 800 l is filled with an electrolyte with the composition (the components are dissolved in distilled water): KOH 5 g/l, Na ₂ SiO ₃ 5 g/l, Na ₅ P ₃ O ₁₀ 40 g/l. Due to the volume of the electrolyte ensure the absence of heating of the electrolyte as a result of the process and maintaining a constant temperature of 40°C.

В целях обработки используют анодно-катодный режим с частотой импульсов напряжения, с плотностью анодного тока, с соотношением катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, которыми получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6 %, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов.For processing purposes, an anode-cathode mode is used with a frequency of voltage pulses, with an anode current density, with a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, by which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous frame , ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with the porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water - less than 40 degrees.

Обрабатывают основу с использованием вспомогательного электрода в виде трубы в указанном электролите в указанном режиме, при прикладывании переменного электрического напряжения к обрабатываемой металлической основе и противоэлектроду из условия поочередного выполнения функции катода и анода и поочередного протекания между ними, соответственно, анодного и катодного токов с образованием на поверхности обрабатываемой основы оксидного покрытия. Осуществляют оксидирование в режиме МДО. На рабочий и вспомогательный электроды подают напряжение от тиристорного источника питания. Напряжение подают в форме прямоугольных импульсов с частотой 2000 Гц и равной длительностью анодных и катодных импульсов, каждый из которых равен половине периода. Соотношение катодной составляющей силы тока к анодной составляющей силы тока равно 1. Плотность анодного тока составляет 35 А/дм². Продолжительность оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при указанной пористости, а именно, выбирают 3 минуты. В течение указанного времени наращивают толщину поверхностного (технологического) слоя и параллельно формируют твердый оксидный слой. Максимальное анодное напряжение, достигающее в режиме МДО, равно 580 В. Максимальное катодное напряжение составляет 135 В. Толщина получаемого покрытия равна 22 мкм.The base is processed using an auxiliary electrode in the form of a pipe in the specified electrolyte in the specified mode, when an alternating electrical voltage is applied to the metal base being processed and the counter electrode from the condition of alternately performing the function of the cathode and anode and alternately flowing between them, respectively, the anode and cathode currents with the formation of surface of the treated base of the oxide coating. Oxidation is carried out in the MAO mode. The working and auxiliary electrodes are energized from a thyristor power source. The voltage is applied in the form of rectangular pulses with a frequency of 2000 Hz and an equal duration of the anode and cathode pulses, each of which is equal to half the period. The ratio of the cathode component of the current to the anode component of the current is 1. The anode current density is 35 A/dm ² . The duration of oxidation is selected taking into account the resulting thickness of the coating, at which the pores formed in it are inherently through in nature, with a pore size of the coating comparable to the critical germinal size during nucleate boiling or more than it at the specified porosity, namely, 3 minutes are selected. During the specified time, the thickness of the surface (technological) layer is increased and, in parallel, a solid oxide layer is formed. The maximum anode voltage, reaching in the MAO mode, is 580 V. The maximum cathode voltage is 135 V. The thickness of the resulting coating is 22 μm.

Если оребрение, используемое в первом их вышеуказанных аналогов, может привести к повышению интенсивности теплообмена до 2,5 раз (коэффициента теплоотдачи), то получаемое покрытие МДО обеспечивает повышение интенсивности в 3,6 раза.If the fins used in the first of the above analogs can lead to an increase in heat transfer intensity up to 2.5 times (heat transfer coefficient), then the resulting MDO coating provides an increase in intensity by 3.6 times.

Пример 10.Example 10

Для реализации способа получения покрытия для интенсификации теплообмена на теплопередающей стенке теплообменника, металлическая основа которой выполнена из содержащего алюминий материала, используют установку, в составе которой имеется источник питания, ванна, наполненная электролитом, в котором размещают обрабатываемую металлическую основу.To implement the method of obtaining a coating for intensifying heat transfer on the heat transfer wall of the heat exchanger, the metal base of which is made of an aluminum-containing material, an installation is used, which includes a power source, a bath filled with electrolyte, in which the metal base being processed is placed.

В качестве обрабатываемой основы берут трубу наружным диаметром 10 мм и длиной 100 мм, толщиной стенки трубы 1,5 мм из сплава Д16Т. Трубу помещают в электролитическую ванну, она выполняет функцию рабочего электрода. Покрытие наносят на внешнюю поверхность. В качестве вспомогательного электрода (противоэлектрода) используют трубу из титана, покрытую иридием, устанавливая ее на оси обрабатываемой основы. Для этого изготавливают оснастку, обеспечивающую требуемое осевое расположение противоэлектрода и циркуляцию электролита в отношении внешней поверхности обрабатываемой трубы. В качестве электролита, обработкой в котором получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов, используют электролит, обладающий способностью образования полимерных анионов, с присутствующими в их составе элементами, способными к образованию нерастворимых оксидов, которые, встраиваясь в состав покрытия, обеспечивают увеличение линейных размеров формирующегося покрытия. Ванну объемом 800 л заполняют электролитом с составом (компоненты растворены в дистиллированной воде): Na₂SiO₃ 10 г/л, Na₅P₃O₁₀ 30 г/л. За счет объема электролита обеспечивают отсутствие прогрева электролита в результате протекания процесса и поддержание постоянной температуры 20°С.A pipe with an outer diameter of 10 mm and a length of 100 mm, a pipe wall thickness of 1.5 mm from an alloy D16T is taken as a processed base. The tube is placed in an electrolytic bath, it acts as a working electrode. The coating is applied to the outer surface. As an auxiliary electrode (counter electrode), a titanium tube coated with iridium is used, installing it on the axis of the base being processed. To do this, a tooling is made that provides the required axial location of the counter electrode and electrolyte circulation in relation to the outer surface of the pipe being processed. As an electrolyte, processing in which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous framework, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with a porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more 12%, and the wetting angle of the surface layer for water is less than 40 degrees, an electrolyte is used that has the ability to form polymer anions, with elements present in their composition capable of forming insoluble oxides, which, embedding in the coating composition, provide an increase in the linear dimensions of the formed coatings. A bath with a volume of 800 l is filled with an electrolyte with the composition (components are dissolved in distilled water): Na ₂ SiO ₃ 10 g/l, Na ₅ P ₃ O ₁₀ 30 g/l. Due to the volume of the electrolyte ensure the absence of heating of the electrolyte as a result of the process and maintaining a constant temperature of 20°C.

В целях обработки используют анодно-катодный режим с частотой импульсов напряжения, с плотностью анодного тока, с соотношением катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, которыми получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя - не менее 6%, но не более 12%, а краевого угла смачивания поверхностного слоя для воды - менее 40 градусов.For processing purposes, an anode-cathode mode is used with a frequency of voltage pulses, with an anode current density, with a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, by which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous frame , ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with the porosity of the surface layer - not less than 6%, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water - less than 40 degrees.

Обрабатывают основу с использованием вспомогательного электрода в виде трубы в указанном электролите в указанном режиме, при прикладывании переменного электрического напряжения к обрабатываемой металлической основе и противоэлектроду из условия поочередного выполнения функции катода и анода и поочередного протекания между ними, соответственно, анодного и катодного токов с образованием на поверхности обрабатываемой основы оксидного покрытия. Осуществляют оксидирование в режиме МДО. На рабочий и вспомогательный электроды подают напряжение от тиристорного источника питания. Напряжение подают в синусоидальной форме с частотой 50 Гц и равной длительностью анодных и катодных импульсов, каждый из которых равен половине периода. Соотношение катодной составляющей силы тока к анодной составляющей силы тока равно 1,1. Плотность анодного тока составляет 5 А/дм². Продолжительность оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при указанной пористости, а именно, выбирают 40 минут. В течение указанного времени наращивают толщину поверхностного (технологического) слоя и параллельно формируют твердый оксидный слой. Максимальное анодное напряжение, достигающее в режиме МДО, равно 490 В. Максимальное катодное напряжение составляет 110 В. Толщина получаемого покрытия равна 35 мкм.The base is processed using an auxiliary electrode in the form of a pipe in the specified electrolyte in the specified mode, when an alternating electrical voltage is applied to the metal base being processed and the counter electrode from the condition of alternately performing the function of the cathode and anode and alternately flowing between them, respectively, the anode and cathode currents with the formation of surface of the treated base of the oxide coating. Oxidation is carried out in the MAO mode. The working and auxiliary electrodes are energized from a thyristor power source. The voltage is applied in a sinusoidal form with a frequency of 50 Hz and an equal duration of the anode and cathode pulses, each of which is equal to half the period. The ratio of the cathode current component to the anode current component is 1.1. The anode current density is 5 A/dm ² . The duration of oxidation is selected taking into account the thickness of the coating obtained, at which the pores formed in it have a through character, with a pore size of the coating comparable to the critical seed size during nucleate boiling or more than it at the specified porosity, namely, 40 minutes are selected. During the specified time, the thickness of the surface (technological) layer is increased and, in parallel, a solid oxide layer is formed. The maximum anode voltage, reaching in the MAO mode, is 490 V. The maximum cathode voltage is 110 V. The thickness of the resulting coating is 35 μm.

Если оребрение, используемое в первом их вышеуказанных аналогов, может привести к повышению интенсивности теплообмена до 2,5 раз (коэффициента теплоотдачи), то получаемое покрытие МДО обеспечивает повышение интенсивности в 3,4 раза.If the fins used in the first of the above analogs can lead to an increase in heat transfer intensity up to 2.5 times (heat transfer coefficient), then the resulting MDO coating provides an increase in intensity by 3.4 times.

Claims (8)

1. Теплопередающая стенка теплообменника, содержащая металлическую основу, отличающаяся тем, что основа выполнена из содержащего алюминий материала и снабжена покрытием для интенсификации теплообмена теплопередающей стенки теплообменника - керамическим покрытием, полученным микродуговым оксидированием поверхности указанной основы, 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 зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при следующей пористости 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, containing a metal base, characterized in that the base is made of an aluminum-containing material and provided with a coating to intensify heat transfer of the heat transfer wall of the heat exchanger - a ceramic coating obtained by microarc oxidation of the surface of the specified base, 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 framework, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of the centers of vaporization, 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 embryonic size during nucleate boiling or more than it with the following surface layer porosity of not less than 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 зародышевым размером при пузырьковом кипении 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 during nucleate boiling or more, is 100 nm or more, but not more than 10 μm. 4. Способ формирования покрытия для интенсификации теплообмена теплопередающей стенки теплообменника, включающий обработку металлической основы, отличающийся тем, что обрабатывают металлическую основу из содержащего алюминий материала, путем проведения в электролите микродугового оксидирования поверхности металлической основы, чем формируют керамическое покрытие, при этом проводят обработку в анодно-катодном режиме с частотой импульсов напряжения, с плотностью анодного тока, с соотношением катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, с использованием электролита, которыми получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя не менее 6%, но не более 12%, и краевым углом смачивания поверхностного слоя для воды менее 40 градусов, время оксидирования выбирают с учетом получаемой толщины покрытия, при которой сформированным в нем порам присущ сквозной характер, с размером пор покрытия, сопоставимым с критическим зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при указанной пористости.4. A method for forming a coating for intensifying heat transfer of a heat transfer wall of a heat exchanger, including processing a metal base, characterized in that the metal base is processed from an aluminum-containing material by conducting microarc oxidation of the surface of the metal base in the electrolyte, thereby forming a ceramic coating, while processing is carried out in the anode - cathode mode with a frequency of voltage pulses, with an anode current density, with a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, using an electrolyte, which produces a surface layer of the coating in the form of a capillary-porous structure with centers of vaporization, characterized by the geometric configuration of the porous frame, ensuring its complete permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with a porosity of the surface layer of at least 6%, but not more than 12%, and a wetting angle of the surface layer for water of less than 40 degrees, the oxidation time is selected taking into account the resulting coating thickness, at which its pores have a through character, with a pore size of the coating comparable to the critical nucleation size at nucleate boiling or more than it at the indicated porosity. 5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что в качестве электролита, обработкой в котором получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя не менее 6%, но не более 12%, и краевым углом смачивания поверхностного слоя для воды менее 40 градусов, используют электролит, обладающий способностью образования полимерных анионов, с присутствующими в их составе элементами, способными к образованию нерастворимых оксидов, которые, встраиваясь в состав покрытия, обеспечивают увеличение линейных размеров формирующегося покрытия, а именно силикатно-щелочной электролит с содержанием КОН 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 указанные значения интервалов, или фосфатный электролит, включающий также добавку КОН или Na₂SiO₃.5. The method according to claim 4, characterized in that, as an electrolyte, processing in which a surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary-porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous framework, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with surface layer porosity not less than 6%, but not more than 12%, and the wetting angle of the surface layer for water is less than 40 degrees, an electrolyte is used that has the ability to form polymer anions, with elements present in their composition capable of forming insoluble oxides, which, embedding in the composition of the coating, provide an increase in the linear dimensions of the coating being formed, namely, a silicate-alkaline electrolyte with a KOH content of 1 to 6 g/l and Na ₂ SiO ₃ from 2 to 20 g/l and/or a phosphate electrolyte with a content of Na ₅ P ₃ O ₁₀ from 10 to 40 g/l, including the specified values of the intervals, or phosphate electrolyte, which also includes the addition of KOH or Na ₂ SiO ₃ . 6. Способ по п. 4 или 5, отличающийся тем, что при обработке температуру электролита поддерживают от 15 до 55°С, включая указанные значения интервала.6. The method according to claim. 4 or 5, 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 обработке в анодно-катодном режиме с частотой импульсов напряжения, с плотностью анодного тока, с соотношением катодной составляющей плотности тока к анодной составляющей плотности тока, которыми получают поверхностный слой покрытия в виде капиллярно-пористой структуры с центрами парообразования, характеризующейся геометрической конфигурацией пористого каркаса, обеспечивающей ее полную проницаемость и отсутствие деактивации центров парообразования, с пористостью поверхностного слоя не менее 6%, но не более 12%, и краевым углом смачивания поверхностного слоя для воды менее 40 градусов, используют частоту импульсов напряжения 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 указанные значения интервалов.7. The method according to p. 4, characterized in that when processing in the anode-cathode mode with a frequency of voltage pulses, with an anode current density, with a ratio of the cathode component of the current density to the anode component of the current density, by which the surface layer of the coating is obtained in the form of a capillary- a porous structure with vaporization centers, characterized by the geometric configuration of the porous frame, ensuring its full permeability and the absence of deactivation of vaporization centers, with a surface layer porosity of at least 6%, but not more than 12%, and a surface layer wetting angle for water of less than 40 degrees, use voltage pulse frequency 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 indicated values of the 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 зародышевым размером при пузырьковом кипении или более его при указанной пористости, а именно выбирают от 1,5 до 40 мин, включая указанные значения интервала.8. The method according to claim 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 germ size during nucleate boiling or more than it at the specified porosity , namely, choose from 1.5 to 40 minutes, including the specified values of the interval.

Images