本發(fā)明涉及板式換熱器材料加工，具體是涉及一種板式換熱器用耐腐蝕鈦合金箔材的制備方法。

背景技術：

1、雙極板是質子交換膜燃料電池(pemfc)的關鍵部件，其質量占整個電池堆的70％左右，成本約占其40％；雙極板鈦合金基材具有優(yōu)異的耐腐蝕性、更高的比強度，質量輕等優(yōu)點；板式換熱器在使用過程中可能會接觸到各種腐蝕性物質，如酸、堿、鹽等，而鈦合金箔材的耐腐蝕性能夠確保設備在這些環(huán)境下長期穩(wěn)定運行。鈦合金箔材具有高強度、高韌性以及高硬度等優(yōu)異的機械性能，這使得它能夠在高溫、高壓等惡劣環(huán)境下保持較好的穩(wěn)定性和可靠性。板式換熱器的工作環(huán)境可能較為惡劣，而鈦合金箔材的機械性能能夠確保設備在各種復雜環(huán)境中都能發(fā)揮出色的性能。

2、雙極板大致可分為3類：炭質材料、金屬材料及金屬與炭質的復合材料；其中，金屬材料中鋁，鎳，鈦及不銹鋼等金屬材料可用于制作雙極板，金屬雙極板易加工，可批量制造，成本低，厚度薄，電池的體積比功率與比能量高。而新型ti-ni-nb近α鈦合金，具有優(yōu)異的耐蝕性，是雙極板基板的良好材料，用于制造雙極板的鈦合金箔材厚度一般為0.05～0.15mm，厚度偏差要求不大于±5μm；但ti-ni-nb箔材一般需要在二十輥軋機上進行加工，加工過程復雜，加工周期長，成本高昂。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種板式換熱器用耐腐蝕鈦合金箔材的制備方法。

2、本發(fā)明的技術方案為：一種板式換熱器用耐腐蝕鈦合金箔材的制備方法，包括以下步驟：

3、s1、制備鈦合金鑄錠

4、稱取原料，并對原料進行真空感應熔煉，得到鈦合金鑄錠；

5、s2、待軋制坯料的制備

6、將鑄錠加熱到480～520℃，保溫30～60min后進行多火次溫壓處理，總加工率為60～80％，得到溫壓坯料，并在溫壓坯料表面微刻蝕處理至表面產(chǎn)生若干孔徑為0.01～0.03mm的微孔，然后在所述微孔內部氣相沉積氧化硼顆粒，并在溫壓坯料表面涂覆負載有奧替尼啶的介孔陶瓷粉末復合液，得到厚度為0.03～0.05mm的預置氧化層，通入保護氣氛，并進行激光熔覆鍍鎳，完成后得到表面具有復合膜層的待軋制坯料；

7、激光熔覆過程中：加工功率為18～22w，掃描速度為500～700mm/s，時間為15～18ns，所述奧替尼啶的負載量為58～62％；

8、s3、降溫冷軋

9、將待軋制坯料進行3～8道次的降溫冷軋，每道次降溫30～50℃，每道次變形量為15～40％，且每道次間進行真空退火，得到軋制后的坯料；真空退火溫度為650～700℃、時間為20～30min、真空度為10-2～10-1pa，

10、s4、后處理

11、軋制完成后進行拉矯，經(jīng)過表面清理后得到鈦合金箔材。

12、說明：鈦合金表面的微孔為負載氧化硼和后續(xù)的介孔陶瓷粉末溶液提供了物理錨定點，使得溶液能夠更牢固地附著在鈦合金表面，提高了附著力氧化硼顆粒具備較好的耐腐蝕性，通過微刻蝕再沉積氧化硼顆粒然后涂覆負載有奧替尼啶的介孔陶瓷粉末復合液，鈦合金箔材的表面會形成一層具有抗菌和耐腐蝕性能的保護層，這層保護層可以有效地阻止腐蝕介質與鈦合金箔材的直接接觸，降低腐蝕速率；同時，在板式換熱器中，奧托尼啶能夠更有效地釋放并附著在鈦合金箔材表面，形成一層抗菌屏障，進一步阻止腐蝕菌的生長和繁殖，從而增強鈦合金箔材的耐腐蝕性能，提高換熱器的衛(wèi)生性能和運行效率，而鈦合金箔材在板式換熱器中可能會受到流體沖刷、振動等多種力的作用，從而導致磨損，通過涂覆鎳層，可以顯著提高鈦合金箔材的表面硬度和耐磨性，延長其使用壽命。

13、進一步地，所述負載有奧替尼啶的介孔陶瓷粉末復合液的制備方法為：將奧替尼啶按照25～40g：400～600ml的比例溶解在丙酮中，得到奧替尼啶溶液；然后將介孔陶瓷粉末與奧替尼啶溶液按照質量比為1～5：0.5～0.7混合，再在溫度為30～35℃下電磁攪拌23～25min；所述電磁功率為25～40w，磁力強度為100～200t，轉速為200～500r/min，得到負載有奧替尼啶的介孔陶瓷粉末復合液；

14、說明：介孔陶瓷粉末具有較大的比表面積和孔體積，因此可以為奧替尼啶提供豐富的負載位點，從而可能增強其抗菌效果，并且介孔陶瓷粉末本身具有一定的吸附性能，能夠吸附并固定奧替尼啶分子，防止其在使用過程中被快速釋放或流失，這有助于保持奧替尼啶在作用部位的濃度，從而延長其抗菌作用時間，奧替尼啶的抗菌作用還可以減少微生物在鈦合金箔材表面的滋生，提高換熱器的衛(wèi)生性能和運行效率。

15、更進一步地，所述涂覆方法為旋涂和浸涂協(xié)同處理，

16、所述旋涂和浸涂協(xié)同處理的方法為：在涂覆厚度的前1/4～1/3期間，將微刻蝕處理后的溫壓坯料固定在旋涂機的托盤上，啟動旋涂機并在第一轉速下旋轉1～3min，同時取1/3～1/2的負載有奧替尼啶的介孔陶瓷粉末復合液并按照流量為3～5ml/s在坯料頂部滴液，滴完后調節(jié)旋涂機在第二轉速下旋轉2～5min，加熱得到第一氧化層；其中，第一轉速為30～50r/min，第二轉速為1500～2000r/min，加熱溫度為85～90℃，加熱時間為5～10min；

17、然后將負載有第一氧化層的坯料垂直浸沒在剩余的負載有奧替尼啶的介孔陶瓷粉末復合液中，靜置20～25s后垂直提拉上來，重復浸涂3～5次得到預置氧化層；

18、說明：在涂覆前期旋涂處理能夠使得負載有奧替尼啶的介孔陶瓷粉末復合液滲透到鈦合金箔材的微孔中，填充并部分密封這些微孔，這有助于減少腐蝕介質(如水、氧氣、等)直接接觸鈦合金基材的機會，從而提高其耐腐性，旋涂形成的涂層往往較為致密且均勻，能夠在鈦合金箔材表面形成一層保護屏障，防止腐蝕介質滲透，并且還可以與鈦合金基材結合以增強涂層的附著力，并且能夠在防止腐蝕介質的滲透的基礎上還具備抗菌效果。

19、進一步地，每次浸涂后進行一次平滑處理，所述平滑處理的方法為：利用高壓氮氣對坯料表面沖刷5～8min，再用去離子水沖洗2～4次；

20、說明：平滑處理中的高壓氮氣沖刷可能有助于增強涂層與鈦合金基材之間的結合力，提高涂層的致密性減少涂層在后續(xù)使用過程中的剝落和開裂，從而延長涂層的使用壽命并提高其耐腐蝕性能，平滑處理不僅有助于改善涂層的外觀質量，還可能通過去除涂層表面的微小凸起和凹陷，進一步提高涂層的光潔度和平滑度，這種光潔度更高的表面更有利于奧替尼啶與細菌接觸并發(fā)揮其抗菌作用。

21、進一步地，步驟s2中，所述多火次溫壓處理的方法為：持續(xù)升溫，并在升溫到鑄錠β轉變溫度以下70～80℃、β轉變溫度以下35～45℃、β轉變溫度以下10～15℃、β轉變溫度以上25～40℃、β轉變溫度以上50～60℃時分別進行1道次的溫壓處理并保溫25～30min，且在相應的每個溫度下進行1道次多向鍛，得到所述溫壓坯料；

22、其中，所述溫壓處理的方法為：壓制壓力為450～550mpa，壓制時間為3～5min，壓制方式為雙向壓制或浮動壓制；

23、說明：多火次溫壓處理結合多向鍛，能夠使鈦合金內部的組織更加均勻，在每個溫度區(qū)間進行溫壓處理和多向鍛，有助于消除鑄錠中的鑄造缺陷，如縮孔、疏松等，并使得合金元素分布更加均勻，組織均勻性的改善有助于提高鈦合金的力學性能和耐腐蝕性能；在β轉變溫度以下進行溫壓處理，有助于保持鈦合金較好的塑性和變形能力；這使得鈦合金在后續(xù)的加工過程中更容易變形，從而改善加工效率，而將鈦合金加熱到上述溫度并保溫一段時間能夠進一步提高鈦合金的耐熱性和抗氧化性，保溫時效處理能夠使鈦合金中的析出相細化、彌散，形成更為穩(wěn)定的晶間相，從而提高材料的抗氧化性和耐熱性；雙向壓制和浮動壓制等工藝可以提高制品的密度和均勻性，減少內部缺陷和應力集中，從而在一定程度上提高鈦合金箔材的耐腐蝕性能。

24、進一步地，步驟s1中，所述真空感應熔煉中，真空熔煉爐內的真空度≤4.5pa，穩(wěn)弧電流為1～3a，熔煉電壓25～35v，熔煉電流3～5ka，熔煉時間為5～35min；

25、說明：上述環(huán)境下進行真空感應容量有助于保證熔煉過程的平穩(wěn)進行，減少熔池中的溫度波動和電磁攪拌不均勻現(xiàn)象，有助于獲得更加均勻、細小的晶粒組織，從而提高鈦合金的力學性能和加工性能。

26、進一步地，步驟s2中，所述微刻蝕處理為激光微刻蝕處理，激光能量為1000～1200mj，激光波長為1050～1100nm，脈沖時間為12～16ns；

27、說明：上述參數(shù)下激光微刻蝕處理得到的微孔更加穩(wěn)定，且刻蝕更加高效。

28、進一步地，步驟s2中，所述氣相沉積參數(shù)為：功率為5000～7000w，壓力為180～200pa，電極間距為400～550密爾；

29、說明：上述參數(shù)下氣相沉積有助于形成均勻、致密的涂層，提高鈦合金箔材的耐磨性、耐腐蝕性和高溫性能。

30、與現(xiàn)有的技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

31、(1)本發(fā)明通過微刻蝕并在微孔內沉積氧化硼粉末，然后在鈦箔材表面涂覆負載有奧替尼啶的介孔陶瓷粉末復合液，使得在鈦合金箔材的表面形成一層具有抗菌和耐腐蝕性能的保護層，從而阻止腐蝕介質與鈦合金箔材的直接接觸，降低腐蝕速率，同時，在板式換熱器中，采用負載有奧替尼啶的介孔陶瓷粉末復合液這種涂層有助于減少微生物在鈦合金箔材表面的滋生，提高換熱器的衛(wèi)生性能和運行效率，而通過涂覆鎳層，可以顯著提高鈦合金箔材的表面硬度和耐磨性，避免鈦合金箔材在板式換熱器中受到流體沖刷、振動等作用，從而造成的磨損，能夠有效延長其使用壽命。

32、(2)本發(fā)明通過利用介孔陶瓷粉末具有的吸附性能以及耐腐蝕性能，能夠進一步吸附并固定奧替尼啶分子，防止其在使用過程中被快速釋放或流失的性能在鈦合金溫壓坯料表面涂覆一層負載有奧替尼啶的介孔陶瓷粉末復合液來增強鈦合金箔材的抗菌效果，能夠達到保持奧替尼啶在作用部位的濃度，減少微生物在鈦合金箔材表面的滋生，延長其抗菌作用時間，改善換熱器的衛(wèi)生性能和運行效率的目的。

33、(3)本發(fā)明通過旋涂和浸涂的協(xié)同作用能夠在涂覆前期使得少量負載有奧替尼啶的介孔陶瓷粉末復合液滲透到鈦合金箔材的微孔中，填充并部分密封這些微孔，從而減少腐蝕介質直接接觸鈦合金箔材的機會，從而提高其耐腐性，而后的浸涂能夠得到較為致密且均勻的涂層，本發(fā)明獲得的復合涂層在進一步防止腐蝕介質滲透的同時還具備較高的抑菌作用，具備改善板式換熱器的使用性能的優(yōu)勢。