СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО ПОКРЫТИЯ НА ПОВЕРХНОСТЯХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
FORMATION METHOD OF MOLECULAR COATING ON SURFACES OF PRODUCTS FROM METALS AND ALLOYS

Изобретение относится к трубопроводным системам, теплообменному оборудованию и предназначено для предприятий-изготовителей и эксплуатирующих организаций.
Известен способ получения гидрофильной полимерной пленки и устройств для его реализации, описанный в патенте РФ № 2070211, МПК6 C08J 7/18, опубликованный 10.12.1996 г. Способ заключается в получении гидрофильных полимерных пленок путем радикальной прививочной полимеризации акрилового мономера на поверхности и последующей многостадийной обработки.
Однако указанный способ характеризуется сложностью осуществления, значительными энергетическими затратами (высокочастотная обработка, УФ-облучение, сушка воздухом, применение комплекса химических растворителей) и невозможностью реализации на крупногабаритных и эксплуатирующихся изделиях.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ уменьшения гидравлического сопротивления трубопроводных сетей для транспортировки жидких сред, обеспечивающий формирование молекулярного покрытия на поверхностях изделий из металлов и сплавов, описанный в патенте РФ №2318140, МПК F15B 1/06, опубл. 27.02.2008 г. Способ заключается в формировании на поверхностях трубопроводов и оборудования молекулярной структурированной пленки посредством ввода в жидкую среду поверхностно-активных веществ (ПАВ), до ввода ПАВ готовят эмульсию, насыщенную этими молекулами, дозируют приготовленную эмульсию в жидкую среду. При этом суммарная толщина слоев, сформированных на поверхностях оборудования трубопроводной сети, соизмерима с шероховатостью поверхности, в качестве ПАВ используют биологически и термически не разлагаемые соединения, химически инертные по отношению к транспортируемым средам.
Однако такой способ не только не улучшает теплообменные характеристики функциональных поверхностей, но и при значительных толщинах наблюдается ухудшение, при этом существует ряд проблем теплоэнергетического оборудования, для решения которых необходима интенсификация теплообменных процессов.
Техническим результатом изобретения является улучшение гидродинамических и термодинамических характеристик поверхностей изделий из металлов и сплавов.
Этот технический результат достигается тем, что известный способ формирования молекулярного покрытия на поверхностях изделий из металлов и сплавов, заключающийся в формировании на поверхностях структурированной пленки посредством создания эмульсии поверхностно-активных веществ (ПАВ), дозирования эмульсии в жидкую среду, при этом в качестве ПАВ используют биологически и термически не разлагаемые соединения, химически инертные по отношению к жидким средам, например пленкообразующие амины, отличается тем, что нагревают указанную среду до температуры выше температуры плавления используемых ПАВ, очищают изделия от продуктов коррозии и отложений, помещают изделие в жидкую среду, создают электромагнитное поле посредством ввода в жидкую среду электрода, подключают электрод к одному полюсу источника тока, а изделие из металла или сплава - к другому, выдерживают температуру и электромагнитное поле до окончания процесса формирования молекулярного покрытия.
Способ формирования молекулярного покрытия на поверхностях изделий из металлов и сплавов осуществляется следующим образом.
Поверхности изделий из металлов и сплавов очищают от отложений и продуктов коррозии. Готовят эмульсию молекул поверхностно-активных веществ (ПАВ) в жидкой среде. Помещают изделие из металла или сплавов в жидкую среду и обеспечивают перемешивание. Нагревают жидкую среду до температуры выше температуры плавления используемых ПАВ, например для пленкообразующих аминов до температуры выше 70°C. В жидкую среду помещают электрод, который соединяют с источником тока, вторым электродом является само изделие, которое также соединяют с источником тока. Молекулы ПАВ, к примеру пленкообразующих аминов, характеризуются дипольной структурой, что обеспечивает возможность управления скоростью и направлением движения молекул электромагнитным полем. Известно, что при отсутствии электромагнитного поля молекулы ПАВ сорбируются на поверхности изделий из металла или сплава положительно заряженной половиной к поверхности, а отрицательно заряженной от поверхности. При этом сформированные упорядоченные, структурированные, молекулярные, пленочные слои характеризуются гидрофобными свойствами (угол смачивания порядка 120°). В случае появления электромагнитного поля в направлении от поверхности изделия (при этом на электрод, расположенный в жидкой среде подается положительный заряд, а на изделие - отрицательный) молекулы ПАВ переориентируются и адсорбируются отрицательной половиной к поверхности, а положительно заряженной от поверхности. В этом случае сформированные упорядоченные, структурированные, молекулярные, пленочные слои характеризуются гидрофильными свойствами (угол смачивания ≤20°). После выключения электромагнитного поля молекулы ПАВ удерживаются на поверхности силами межмолекулярного взаимодействия.
При создании электромагнитного поля к поверхности изделия (при этом на электрод подается отрицательный заряд, а на изделие - положительный) сформированные упорядоченные, структурированные, молекулярные, пленочные слои ПАВ характеризуется сверхвысокой степенью смачиваемости (угол смачивания ≥150°).
На всем протяжении формирования упорядоченных, структурированных, молекулярных, пленочных слоев в жидкой среде поддерживается стабильная концентрация молекул ПАВ и температура.
Толщина молекулярного покрытия зависит от времени выдержки изделия в жидкой среде.
Формирование как ультрагидрофобных (угол смачивания ≥150°), так и гидрофильных покрытий (угол смачивания ≤20°) приводит к интенсификации теплообменных процессов. Механизмы влияния покрытий на теплообменные характеристики различны, в первом случае происходит интенсификация перемешивания приповерхностного слоя жидкости за счет изменения гидродинамики течения, а во втором - за счет увеличения площади контакта жидкости с поверхностью.
Использование изобретения обеспечивает улучшение гидродинамических и термодинамических характеристик поверхностей изделий из металлов и сплавов.