Ni-P化学镀层表面微生物污垢特性分析.pdf

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1、第42卷第4期化工机械453Ni·P化学镀层表面微生物污垢特性分析4徐志明”‘武霖1刘坐东2(1．东北电力大学能源与动力工程学院；2张一龙2朱新龙1姚响‘华北电力大学能源动力与机械工程学院)摘要利用化学镀Ni．P的方式对换热设备常见的低碳钢表面进行改性利用扫描电镜对Ni—P镀层拍摄电镜图，对镀层进行网格实验和结合稳定性实验：然后对低碳铜片和Ni-P镀层进行微生物污垢对比实验，利用称重法记录污垢变化情况和光电比浊法记录铁细菌的数量变化情况。实验结果表明，化学镀Ni．P镀层的结合强度和结合稳定性优良，镀层表面形貌与碳钢表面相比也较好：对于由铁细菌引起的微生物污垢和垢下腐蚀。Ni—P镀层相比碳钢表

2、面具有很好的耐蚀性和抗垢性；Ni．P镀层的存在会对铁细菌生长繁殖及代谢产生一定的影响。关键词换热设备Ni—P化学镀结合强度结合稳定性微生物污垢铁细菌抗垢耐蚀性中图分类号TQ051．5文献标识码A文章编号0254-6094(2015)04—0453—07调查表明，90％以上的换热器都存在不同程度的污垢问题‘。。换热设备污垢问题很大一部分是由循环冷却水中产生的微生物污垢引起的。微生物污垢会显著增大壁面的污垢热阻、流动阻力和腐蚀速率，威胁设备安全，造成能源浪费和经济损失。如何解决换热设备的腐蚀和污垢的问题，一直以来是研究人员关注的热点之一。国内外学者进行了一些抑制或减轻微生物污垢的研究，如使用杀生

3、剂’2’及脉动流。3’4。等措施，但这些方法较传统，应用范围受冷却水水质要求、换热设备运行工况及环境等诸多因素的制约。化学镀技术作为解决换热设备防蚀防垢问题的最直接途径，逐渐应用于换热表面来进行防蚀防垢。杨倩鹏等研究了换热表面镀银对微生物污垢的生长与形态的影响，结果表明镀银抑垢效果良好。5。6。于瑞红等针对材料的表面自由能、表面粗糙度以及材料之间的界面能对生物垢的影响做了充分的研究¨。。BohnetM对碳钢换热表面进行改性处理，分别镀覆PTFE、DLCI和DLCII，实验表明，随着表面能的降低结垢诱导期将延长‘8『。JanghoLee研究了在热交换器的换热表面涂上聚四氟乙烯(PTFE)对换热

4、设备性能的影响，结果表明在聚四氟乙烯厚度为400“m的情况下，平均传热系数要下降20％『9’。化学镀Ni．P技术是制备金属基功能性涂层的一种方法，目前主要应用于使材料表面形成一层含有硬度高、耐磨性能优异、自润滑性能好的涂层‘⋯，然而用于换热器防垢方面的报道却很少”?程延海等采用化学镀技术获得了不同磷含量的镀层，污垢沉积实验和电化学实验表明，抗垢性能与耐蚀性能有内在的联系‘”。SweeLK实验证明初始阶段生物污垢层是由于多糖附着形成生物凝胶，其可进一步诱导附着的蛋白质、多糖和生物粒子形成粘性附着物1”+。MeloLF和BottTR对水系统中多种微生物在换热表面形成生物膜的发展机理进行了阐述，并

5、研究了诸多因素(包括流体速度、温度及颗粒等)对生物膜的增长及稳定的影响¨4’”1。王洋等对给水管网管壁中铁细菌的生长特性进行了模拟，并研究了剪切力及消毒剂等因素对其生长特性的影响，对给水管网抗腐蚀性能的提高提供了依据。16‘。关晓辉等利用污垢热阻动态模拟实验台，动态模拟了3种致垢菌及其混合菌的微生物污垢形成过程。“。于大禹等基于模拟循环冷却装置，从松花江水中分离出粘液形成菌，并将各水}国家自然科学基金资助项目(51476025)。$十徐志明，男，1959年5月生，教授。吉林省吉林市．I320I2454化工机械2015年质参数与微生物污垢生长进行了关联研究[1¨20I。笔者利用化学镀Ni—P配

6、方对低碳钢基材施镀，对镀层的结合强度和结合稳定性进行了测试，接着选用工业循环冷却水中易形成微生物污垢的铁细菌作为研究对象，模拟换热器换热面微生物污垢沉积实验，研究Ni．P镀层表面的微生物污垢特性。1实验方法1．1化学镀的工艺及配方本实验所采用的化学镀基体材料为低碳钢(Q235A，尺寸30mmX30mmX0．5mm)。镀液配方见表l，其温度为88±2℃，pH值为5．2±0．5。工艺流程为：砂纸打磨一碱液除油一水洗一酸洗除锈-+水洗一活化一水洗一化学镀。其中除油溶液组成为：氢氧化钠309／L，碳酸钠509／L，磷酸三钠709／L，OP-1049／L，除锈液为20％硫酸，活化液为10％硫酸。表1镀

7、液配方及工艺参数1．2镀层结合强度评价化学镀层和基体材料之间的结合力大小是衡量化学镀件质量优劣的重要指标之一，若结合力小，则镀层将易于从基体表面剥落，无法起到对基体的保护作用。笔者采用ASTM(美国测量及材料协会)B571标准中介绍的网格试验，对所得化学镀层的结合力进行定性判定旧⋯。1．3镀层结合稳定性评价实际生产中的换热器表面由于有污垢的沉积，需要定期进行反向冲洗、除垢剂清洗及人工擦洗等操作，因而会不可避免