论文部分内容阅读
在热交换器运行过程中，普遍存在着污垢吸附和沉积于换热面的问题。这些污垢的粘附，使得换热面的热阻急剧增加，从而降低了换热设备的传热效率，造成严重的能源和经济损失。因此，解决热交换器的污垢问题显得尤为重要。通过对热交换器表面改性处理，从而使换热面具有抗垢性能，最终降低污垢的沉积是解决污垢问题的一个重要研究方向。本文以课题组系统研究的三元Ni-Cu-P镀层为基础，开展Ni-Cu-P-PTFE镀层抗垢性能研究。概括起来主要有以下几个方面的工作：（1）使用化学镀的方法，调整工艺参数，在低碳钢表面获得了PTFE粒子含量不同的Ni-Cu-P-PTFE镀层，并分析了工艺参数对镀层表面形貌、成分含量和沉积速度的影响。结果表明，镀层沉积速度和镀层中PTFE粒子的含量在PTFE乳液浓度增加到12ml/L时均可达到最大值，然而继续增加PTFE乳液浓度对镀层沉积速度和PTFE粒子含量并无益处。（2）利用X射线衍射分析仪（XRD）、差示扫描量化仪（DSC），对制备的Ni-Cu-P-PTFE镀层的组织结构和热稳定性进行了研究。结果表明，所有Ni-Cu-P-PTFE镀层在2=45°附近出现了馒头峰，为典型的非晶态为主结构。PTFE粒子的共沉积并不能显著改变镀层原有的结构形态；随着镀层中PTFE粒子含量的增加，Ni-Cu-P-PTFE镀层的表面激活能也呈现出增大的趋势。（3）采用MFT-4000多功能表面性能测试仪和MH-6型数显维氏硬度计研究了镀层中PTFE粒子含量对其机械性能的影响。结果表明，Ni-Cu-P-PTFE镀层的弹性模量、显微硬度、摩擦系数和表面光洁度会随着镀层中PTFE粒子含量的增加而降低。而镀层的结合强度不仅取决于镀层中的PTFE粒子含量，还与镀液中的表面活性剂相关；进一步的腐蚀实验表明：由于界面和孔隙的存在，Ni-Cu-P-PTFE镀层的耐蚀性与镀层中PTFE粒子含量成反比。（4）通过快速污垢沉积实验，研究了镀层表面自由能、表面粗糙度与污垢沉积量之间的关系，并建立了灰色-马尔科夫污垢预测模型。结果表明，Ni-Cu-P-PTFE镀层表面的污垢沉积量明显小于低碳钢表面，表现出优良的抗垢性能。镀层的抗垢性能受镀层表面自由能的影响，而与表面粗糙度无关；使用灰色-马尔科夫模型预测污垢的沉积量可为热交换器的清洗周期提供参考。