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在工业上,冷凝温度达到80℃的高温热泵以其输出热水温度高、运行费用低、回收废热,降低热污染等优点,在皮革制品、纸浆加工、空调领域、陶瓷工业、食品烟草和纤维工业等行业得到了广泛的应用。但高温热泵机组面临一个技术瓶颈问题,即:换热器壁面结垢严重,导致换热器的换热效率降低,这不仅减少换热器的使用寿命,同时也为机组的维护和保养带来很多问题。
本文以单因素实验方法对紫铜基体上化学复合镀Ni-P-PTFE的镀液成分和工艺条件进行了研究,并在此基础上采用正交实验方法进行了优化。通过SEM、XRD、接触角测量仪等手段分析了T2紫铜片和复合镀层的组织结构和性能。通过在模拟硬水中持续加热的方法,对比了紫铜片施镀前后的阻垢性能,并对阻垢机理作了初步探讨。
本文通过在Ni-P基础镀液中添加阳离子表面活性剂、PTFE乳液,研究了复合镀Ni-P-PTFE的镀液成分配方,结果表明:在Ni-P基础镀液成分配方基础上,当十六烷基三甲基溴化铵的含量在0.4～0.7g/L之间,PTFE乳液的含量在8～15ml/L之间,效果最好。同时在以上单因素实验得出的结果基础上,采用正交实验进行了深入的研究,实验得出了化学复合镀Ni-P-PTFE的优化成分配方为:硫酸镍25g/L,次亚磷酸钠30g/L,柠檬酸钠8g/L,乳酸15ml/L,醋酸钠15g/L,十六烷基三甲基溴化铵0.5g/L,PTFE(60wt％)10ml/L。对得出的最佳配方进行了工艺研究,研究结果得出最佳的工艺条件为:pH4.8,温度85℃,搅拌速度650r/min,施镀时间1h。
同时本文采用SEM、XRD等分析手段对镀层与基体的结合力、镀层的金相显微形貌、镀层的结构等性能进行了探讨,结果得出:镀层的微观形貌为胞状物非晶结构,PTFE颗粒均匀弥散的嵌入在Ni-P镀层中。XRD衍射峰的形状为“馒头峰”,衍射峰上还出现了不同的小尖锐衍射峰,证明镀层中镶嵌了PTFE微粒。
通过接触角测量仪对紫铜镀覆Ni-P-PTFE前后的试样进行了测试,结果表明,在镀覆Ni-P-PTFE后,试样的表面能有了很大的降低,提高了材料的抗结垢性能。
最后,通过对没有镀覆Ni-P-PTFE的紫铜片和已经镀覆Ni-P-PTFE的紫铜片进行快速结垢的对比实验,结果表明没有镀覆Ni-P-PTFE的紫铜在模拟硬水中结垢严重,而镀覆Ni-P-PTFE后的紫铜片其结垢情况明显得到了改善,究其因为是试样表面自由能降低,低自由能表面增加了试样的憎水性,使晶核不易在试样表面稳定沉积。