Metodă de obținere a acoperirii selective

C25D11 / 10 - conținând acizi organici


Proprietarii brevetului RU 2393275:

Bespalova Zhanna Ivanovna (RU)
Dyachishin Anatoly Silvestrovich (RU)
Klushin Victor Alexandrovich (RU)







Invenția se referă la o inginerie solară și pot fi utilizate în colectoare solare utilizate pentru încălzirea și răcirea clădirilor și instalații rezidențiale și industriale. Metoda cuprinde o degresare, decapare și suprafața de acoperire preliminară electrochimic. În această etapă suplimentară este realizată după corodarea suprafeței etapei slăbire a zincarea chimice a unei soluții alcaline, urmat de îndepărtarea zincului în soluție de acid fosforic, iar procedeul de acoperire se realizează într-un curent alternativ asimetric la un raport curenților medii catodice și anodice de 1,5: 1 și tensiune de 8-15 folosind electrolit, la o temperatură de 25 ± 5 ° C, din următoarea compoziție, g / l: Al2 (SO4) 3 · 18H2 o 35,0; NiSO4.7H20 35,0; formalin 1,5; acid citric 1,0. Rezultatul tehnic creșterea eficienței conversiei energiei solare în colector de căldură și reducerea costului acoperirii. 1 tab.

Invenția se referă la ingineria solare și poate fi utilizată în colectoarele solare utilizate pentru aprovizionarea cu căldură și frig a clădirilor și instalațiilor rezidențiale și industriale.

Acoperirile selective sunt acoperiri optice destinate aplicării pe suprafața exterioară a panoului absorbant al unui colector solar care transformă radiația electromagnetică a soarelui în căldură.

Eficiența suprafeței selective este măsurată prin coeficientul de absorbție a energiei solare, cum ar fi emisia relativă ε a radiației termice cu undă lungă și raportul dintre absorbție și energia de radiație Ac / ε.

Pentru a asigura o eficiență ridicată a panoului solar este necesar ca suprafața relativă a coeficientului de absorbție colector integral în spectrul radiației solare Ac apropie de 1,0, câștigul integral și relativa radiație intrinsecă suprafața colectorului 8, cu fața la soare, într-un interval de temperatură de suprafață de 50-200 ° C se apropia de valoarea zero. Cu cât valoarea As / e este mai mare, cu atât mai eficient colectorul convertește radiația electromagnetică a Soarelui în căldură.

Pentru a obține astfel de acoperiri, se folosesc diferite metode de depunere din faza de gaze de vapori - chimice și electrochimice.

Acoperirile selective ar trebui evaluate, dacă este posibil, pe un material specific al radiatorului, care utilizează diverse materiale, în special metale: aluminiu, oțel, nichel, titan, argint, cupru etc.

Utilizarea aluminiului a găsit cea mai largă aplicație datorită caracteristicilor sale fizico-mecanice și termofizice, la un cost relativ scăzut.

Costul este un factor important, deoarece utilizarea acoperirilor selective sau reduce costul altor elemente ale colectorului solar sau colector îmbunătățește performanța prin creșterea temperaturii de funcționare obținută din colectorul solar sau prin creșterea cantității totale de energie absorbită.

O metodă de producere a unei acoperiri multistrat pentru un colector solar pe suprafața interioară a unui cilindru realizat din folie de aluminiu (patent RU №2133928), cuprinzând pulverizarea unui strat de titan, urmată de pulverizare reactivă în vid un strat de metaloid titan nonstoichiometric care este produs prin pulverizarea reactivă într-o atmosferă de N2 sau presiunea parțială a CO2 fiecare gaz în intervalul (2.5-8.0) x 10 -2 Pa, urmată de depunerea de materiale carbonice amorfe descărcare luminiscentă într-un vid în vaporii sau elementoo organici Compușii rganicheskih la o presiune parțială de la 10 la 20 Pa.

Învelișul obținut prin această metodă are o emisivitate destul de scăzută (ε≈0,04), dar coeficientul insuficient de absorbție în spectrul solar (Ac = 0,94), care în cele din urmă nu asigură eficiența necesară a colectorului. În plus, utilizarea acestei metode este limitată complexitate și un procedeu de acoperire în mai multe etape cu utilizarea atmosfere speciale de gaz (CO2 sau N2) și vid înalt, precum și utilizarea de echipamente de prelucrare complexe și control al calității multiple de acoperire pe tot parcursul procesului.

Este de asemenea cunoscut (patent RU №2044964), a cărei esență constă în depunerea secvențială a două straturi de o descărcare luminiscentă în vapori ai compușilor organici sau organometalici la suprafața metalică a colectorului. Acoperirea constă dintr-o substrat metalic care face parte din suprafața colectorului îndreptat spre Soare, primul strat fiind depus dintr-o descărcare strălucitoare în vapori de benzen la o presiune de 10-2 mm Hg. densitatea curentului de descărcare este de 0,7 A / m 2. Tensiunea de ardere a descărcării este de 4,0 kV la o frecvență de 50 Hz.

Acoperirile obținute prin această metodă au următoarele caracteristici: Ac ≈0,92-0,94; ε≈0,07-0,08, ceea ce indică eficiența lor ridicată. Dar metoda de obținere a acoperirilor este destul de complicată și nesigură, deoarece procesul de precipitare se efectuează în vapori de benzen dintr-o descărcare aprinsă și necesită un echipament tehnologic special complex, care crește semnificativ costul produsului finit.

Cea mai simplă, în ceea ce privește punerea în aplicare la scară industrială, metoda electrochimică de aplicare a acoperirilor funcționale, care este, de asemenea, cea mai puțin costisitoare.

Cunoscută, de exemplu, este metoda descrisă în A.c. №802409 și care cuprinde pre-preparare a metalului depus pe suprafața stratului neporos într-o soluție care conține acid boric, acid tartric sau acid citric și / sau sărurile acestora, la o temperatură de 5-45 ° C, tensiunea de curent continuu de 30-100 V, și apoi aplicarea stratului poros într-o soluție care conține anioni de crom hexavalent, la o temperatură de 40-50 ° C și o tensiune de curent continuu de 20-80 V timp de 20-90 minute, urmată de colorare cu o soluții de sare de metal electrochimice.







Odată cu avantajele acestei metode, trebuie evidențiate și neajunsurile sale, cum ar fi mai multe etape, durata, tensiunea înaltă în timpul procesului și, ca rezultat, consumul relativ ridicat de energie.

Într-un prototip considerăm procedeul de acoperire electrochimică, descris în brevetul RU №2096534, cuprinzând acoperirea într-o deversărilor scânteie electrică în modul galvanostatic la o densitate constantă de curent de 3-10 A / dm2 timp de 5-20 minute, la o formare 90- tensiune finită 150 V pentru aluminiu într-o soluție de electrolit apoasă care conține fosfat de sodiu dihidrogenat, fericianura de potasiu, wolframat de sodiu sau molibdat.

Dezavantajele metodei includ densitatea relativ ridicată de curent și de tensiune a stratului, ceea ce duce la un consum considerabil de energie, precum și costul ridicat al substanțelor chimice utilizate la fabricarea de electroliți.

Problema tehnică ce trebuie rezolvată prin prezenta invenție, un procedeu pentru prepararea unui strat selectiv pentru a îmbunătăți eficiența conversiei colector de energie solară în căldură prin creșterea coeficientului de absorbție integrală Ac și reduce integral emisivitatea acoperirea ε cu un cost de acoperire în scădere prin optimizarea procesului folosind echipamente standard și reducerea costului energiei și reactivilor chimici.

Problema este rezolvată prin intermediul unui procedeu electrochimic de obținere de acoperire selectivă care cuprinde după etapa de gravare pas de slăbire suprafețelor, constând într-o galvanizarea chimică a unei soluții alcaline, urmat de îndepărtarea zincului în soluție de acid fosforic, iar procesul de acoperire conduce la curent asimetric alternativ la raportul dintre catod mediu și un curent anod de 1,5: 1, o tensiune de la 8 la 15 și utilizând o temperatură electrolit de 25 ± 5 ° C, din următoarea compoziție, g / l:

Acid citric - 1,0

Metoda include următoarele operațiuni:

- degresare într-o soluție de dicromat de sodiu (Na2Cr2O7) în apă (10 g / l).

Dicromatul de sodiu este introdus pentru a crește conductivitatea electrică a soluției, pentru a reduce saturația hidrogenului și pentru a inhiba coroziunea aliajelor de aluminiu. Se utilizează ca substanță chimică cea mai avantajoasă din punct de vedere economic în soluția de degresare pentru acest proces.

- Etanșarea în soluție de compoziție, g / l:

acidul azotic (HNO3) - 450-500;

sulfat de cupru (CuSO4 · 5H2O) - 30-40;

azotat de sodiu (NaNO3) - 5-10.

Concentrația acidului azotic este luată din compoziția standard pentru gravarea aliajelor de aluminiu deformate. Sulfatul de sulf este introdus pentru a crea centre active pe suprafețele de aluminiu prin reducerea cuprului pe aluminiu și apoi îndepărtarea acestuia cu acid azotic. Concentrația de sulfat de cupru este stabilită prin experiment. Introducerea azotatului de sodiu se datorează faptului că ionii de sodiu sunt un catalizator pentru reducerea cuprului pe suprafața aluminiului.

- slăbirea suprafeței (galvanizarea chimică).

Esența acestei operațiuni este faptul că un strat de zinc a fost aplicat pe suprafața de aluminiu prin galvanizarea chimică dintr-o soluție alcalină. Zinc depus pe suprafața de inhomogeneously în centrele de pre-activ și, prin urmare, după îndepărtarea de suprafață din aluminiu zinc dobândește o microstructură foarte avansat, care îmbunătățește coeficientul de absorbție. Zincarea se efectuează într-o soluție apoasă a compoziției, g / l: NaOH - 134,0; ZnO = 34,0. În acest caz, formarea hidroxincinatului va avea loc în soluție: ZnO + 2NaOH + H20 - Na2 [Zn (OH) 4].

Eliminarea stratului de zinc se efectuează într-o soluție apoasă 30% de acid ortofosforic. În acest caz, galvanizarea chimică este utilizată pentru a produce o suprafață dezvoltată și nu ca un substrat pentru placarea ulterioară.

- acoperire electrochimică

Procesul se desfășoară pe un curent alternativ asimetric la un raport curenților medii catodice și anodice de 1,5: 1, o tensiune de la 8 la 15 și utilizând o temperatură electrolit de 25 ± 5 ° C, din următoarea compoziție, g / l:

Acidul citric este de 1,0.

Utilizarea curentului asimetric variabil:

- are un efect benefic asupra obținerii unei acoperiri selective, care este cauzată de pasivarea periodică a suprafeței electrodului care apare în perioada anodică și prin schimbarea fluxurilor de dizolvare a ionilor metalici în diferite părți ale suprafeței electrodului în diferite locații geometrice;

- reduce intensitatea energetică a procesului la 10 kW;

- reduce costul de acoperire selectivă a panoului colector solar;

- este posibil să se obțină un strat selectiv cu un singur strat.

Compoziția electrolitului pentru obținerea învelișului selectiv asigură siguranța ecologică a aplicării sale prin excluderea compușilor toxici (tungstate și molibdat de sodiu).

Metoda propusă pentru obținerea unui înveliș selectiv este realizată după cum urmează.

EXEMPLUL 1 O acoperire absorbantă selectivă a fost aplicată plăcilor de 30 x 30 x 0,5 mm din aliaje de aluminiu de grad A 5 M. Înainte de oxidare, suprafața produselor a fost preparată conform procedurii de mai sus. După aceea, a fost aplicată o acoperire selectivă pe suprafața eșantioanelor. Un pahar de sticlă de 200 ml a fost utilizat ca electrolizer; contra electrozi - grad de aluminiu A 5 M. Agitarea soluției electrolitice a fost efectuată cu un agitator magnetic. Reactivii utilizați pentru prepararea soluției electrolitice au fost "ch.d." sau "hp". Oxidarea a fost efectuată la un raport al amplitudinilor catodului mediu și al curenților anodici de 2: 1 și o tensiune de 8 V, o temperatură de 25 ± 5 ° C și un timp de depunere de 1,5 minute. Coeficientul de absorbție Abs, determinat cu colorimetrul fotometric FM-50, a fost de 93,0%, iar coeficientul de radiație ε, determinat pe termoradiometrul TPM-I, a fost de 8,0%. Grosimea stratului de acoperire este mai mică de 1 μm.

Exemplul 2. O acoperire absorbantă selectivă a fost aplicată plăcilor de 30 x 30 x 0,5 mm din aliaje de aluminiu de gradul A 5 M. Înainte de oxidare, suprafața produselor a fost preparată conform procedurii de mai sus. După aceea, a fost aplicată o acoperire selectivă pe suprafața eșantioanelor. Un pahar de sticlă de 200 ml a fost utilizat ca electrolizer; contra electrozi - grad de aluminiu A 5 M. Agitarea soluției electrolitice a fost efectuată cu un agitator magnetic. Reactivii utilizați pentru prepararea soluției electrolitice au fost "ch.d." sau "hp". Oxidarea a fost efectuată la un raport între curenții catodi și anodici de 1,5: 1 și o tensiune de 10 V, o temperatură de 25 ± 5 ° C și un timp de depunere de 2,5 minute. Coeficientul de absorbție Abs, determinat cu colorimetrul fotometric FM-50, a fost de 94,0%, iar emisivitatea ε, determinată pe termometrometrul TRM-I, a fost de 6,0%. Grosimea stratului de acoperire este mai mică de 1 μm.

Exemplul 3. O acoperire absorbantă selectivă a fost aplicată plăcilor de 30 x 30 x 0,5 mm din aliaje de aluminiu de gradul A 5 M. Înainte de oxidare, suprafața produselor a fost preparată conform procedurii de mai sus. După aceea, a fost aplicată o acoperire selectivă pe suprafața eșantioanelor. Un pahar de sticlă de 200 ml a fost utilizat ca electrolizer; contra electrozi - grad de aluminiu A 5 M. Agitarea soluției electrolitice a fost efectuată cu un agitator magnetic. Reactivii utilizați pentru prepararea soluției electrolitice au fost "ch.d." sau "hp". Oxidarea a fost efectuată la un raport dintre amplitudinile catodului mediu și curenții anodici de 3: 1 și o tensiune de 15 V, o temperatură de 25 ± 5 ° C și un timp de depunere de 3,0 minute. Coeficientul de absorbție Abs, determinat cu colorimetrul fotometric FM-50, a fost de 92,0%, iar coeficientul de radiație ε, determinat pe termometrometrul TPM-I, a fost de 8,0%. Grosimea stratului de acoperire este mai mică de 1 μm.

Astfel, condițiile cele mai optime pentru obținerea unui înveliș selectiv sunt regimurile din Exemplul 2.

Condițiile de preparare comparabile și proprietățile de acoperire conform metodei propuse și cunoscute sunt prezentate în Tabelul 1.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: