[發明專利]一種熱控用鋁-不銹鋼復合管的制備方法

有效

• 申請號: 201410347601.X
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN104175070A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 陸艷杰;張小勇;苗建印;張紅星;林晨光;李新成
• 申請（專利權）人: 北京有色金屬研究總院;北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

技術領域

本發明屬于金屬復合材料技術領域，特別涉及一種熱控用鋁-不銹鋼復合管的制備方法。

背景技術

空間飛行器應用的柔性熱管、單相和雙相液體傳熱回路、可展開式熱輻射器等熱控系統的工作介質流通管路與儲存容器，基于強度、抗腐蝕等方面的考慮，選用了不銹鋼材質。同時，在熱量收集(傳熱工質蒸發)與散發(傳熱工質冷凝)區域，基于傳熱性能與重量的考慮，設計上選用了質輕、傳熱性能好、比熱容大的鋁材質擴熱板。在熱控系統傳熱工質蒸發與冷凝區域，不銹鋼管殼與鋁合金擴熱板界面的熱流密度可達數瓦每平方厘米，機械結合或界面填充導熱脂、導熱膠等方法均不能滿足傳熱性能需要，普通釬焊工藝也很難實現不銹鋼管殼與擴熱板的大面積冶金結合從而達到高效傳熱目的。

上述問題解決方案是制備一種鋁合金與不銹鋼的復合管材，用于熱控系統傳熱工質的蒸發與冷凝區域。該復合管材的結構為不銹鋼管居內作為傳熱工質的流通管路，鋁合金管居外作為擴熱板，復合管結構示意圖見附圖1。該復合管具體還應滿足如下要求：1，不銹鋼與鋁合金界面為冶金結合；2，界面冶金結合率近100％；3，界面換熱系數大于2W/cm²；4、界面剪切強度大于20MPa。

上述要求的復合管材幾種可能制備工藝介紹如下：1，鑄造工藝。設計專用鑄造模具不銹鋼管為芯，芯外鋁合金管澆鑄成型。該工藝的缺點是鋁液澆筑溫度較高(一般高于680℃)，鋁/不銹鋼界面產生較厚的鐵鋁金屬間化合物反應層，在冷卻過程中，該反應層在熱應力的作用下發生貫穿性開裂(鋁合金的熱膨脹系數約23.4×10^-6/℃，奧氏體不銹鋼的熱膨脹系數約16.6×10^-6/℃，鋁/不銹鋼界面在鑄件冷卻過程中會產生較大的熱應力)鋁/不銹鋼界面結合強度較低；2，擠壓成型工藝。不銹鋼管與鋁坯裝配后裝入擠壓機擠壓筒進行擠壓成型。擠壓成型工藝通過鋁、不銹鋼管界面區域各自一定量形變，二者新鮮表面在較高溫度、較大垂直壓應力的作用下實現界面冶金結合并具有較高的結合率。該工藝的缺點是擠壓過程中不能準確控制不銹鋼管的形變量，導致不銹鋼管的壁厚、內孔圓度、內孔同軸度等尺寸偏離。3，拉拔成型工藝，鋁合金管預先固定約束，不銹鋼管在鋁合金管內孔拉入。若實現鋁與不銹鋼界面的冶金結合，鋁、不銹鋼界面區域須有較大的形變量并露出新鮮表面并在界面垂直方向較大的壓應力作用下才可實現。該工藝的缺點是固定約束的鋁合金管與拉拔而入的不銹鋼管不能產生較大的形變并且較大的形變對不銹鋼管的壁厚、內孔圓度、內孔同軸度等尺寸與公差產生嚴重影響。4，常規焊接工藝。該工藝的特點是在焊接界面填充熔點較低的軟釬料及相應的助焊劑。對于空間飛行器熱控用細長鋁/不銹鋼復合管的焊接，只能采用膏狀焊料即焊劑和焊料的膏狀混合物。對熱控用大長徑比復合管的焊接，除焊膏不易填充外，最主要的問題是焊接過程中焊劑產生的大量氣體，在此種細長、近似密閉的界面結構下，排氣非常困難，界面處氣體壓強增大，會使液態焊料擠出，從而導致界面結合率較低，一般不高于50％。

針對上述鋁-不銹鋼復合管材制備工藝的不足，本發明開發了一種鋁-不銹鋼管金屬浴釬焊工藝。并針對焊接過程中氣體排出、焊料填充等問題，相應的設計了一種適合熱控用大長徑比鋁-不銹鋼復合管金屬浴釬焊的焊接結構(見附圖2)和焊接工藝。該工藝制備的鋁-不銹鋼復合管界面結合率近100％，界面剪切強度大于20MPa，滿足航天器產品熱環境和力學環境適應性要求。

發明內容

針對現有技術不足，本發明提供了一種熱控用鋁-不銹鋼復合管的制備方法。

一種熱控用鋁-不銹鋼復合管的制備方法，其具體步驟如下：

(1)在鋁合金管內孔表面上加工出沿內孔圓周均布、分別與內孔軸向相平行、貫通的多條槽道；

(2)不銹鋼管外表面改性處理；

(3)鋁合金管內表面改性處理；

(4)鋁合金管內孔和不銹鋼管外壁分別涂覆液體助焊劑并裝配；

(5)鋁合金管和不銹鋼管裝配組件金屬浴釬焊；

(6)鋁合金管外形加工。

所述不銹鋼管的材質為奧氏體型不銹鋼，型號為304、304L、302、321、347、316L、316、317L或317；所述不銹鋼管的內壁加工為光滑或加工有槽道(螺紋)。

所述鋁合金管的材質型號為6063或3A21；所述鋁合金管為圓形管或異形截面管。