[發明專利]一種微通道氣脹成形方法

有效

• 申請號: 202010177003.8
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111360128B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 趙敬偉;王濤;馬麗楠;黃慶學
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: B21D26/033
• 分類號: B21D26/033;B21C37/08
• 代理公司: 太原申立德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 14115
• 代理人: 程園園

本發明屬于金屬微成形技術領域，具體涉及一種微通道氣脹成形方法。本發明針對金屬極薄帶微塑性成形制備金屬微通道時工藝靈活性低、產品種類單一、微通道為非封閉式結構等問題,本發明采用數值模擬和復合軋制實驗相結合的方法分析氫壓及復合軋制后金屬復合極薄帶的復合強度對微通道孔徑的影響，獲得微通道孔徑與氫化鈦含量、加熱溫度、金屬復合極薄帶的復合強度之間的對應關系本發明無特殊模具要求，對金屬材料的選擇范圍廣，對設備能力的要求低，可根據需求制備不同孔徑、不同分布的橫截面為封閉管狀的微通道產品，產品種類豐富，工藝靈活性高。

技術領域

本發明屬于金屬微成形技術領域，具體涉及一種微通道氣脹成形方法。

背景技術

金屬微通道是微型反應器、微型熱交換器、微型散熱器等微型設備的核心結構部件，是微機電系統和微流體系統的重要組成部分，在生物、醫學、化學、電子、機械工程等領域應用廣泛。目前，較為常見的金屬微通道成形制備方法包括：機加工、平板印刷、激光輔助加工、壓鑄、光刻電鑄注塑、化學刻蝕等，但工藝一般較為復雜，難以實現多規格、多結構金屬微通道的大批量生產。金屬極薄帶微塑性成形技術具有成本低、效率高并且可以實現大批量生產等優點，廣泛應用于金屬微通道的制備中。然而，由于受成形模具、工藝手段、原材料等的限制，采用金屬極薄帶微塑性成形技術制備的微通道產品多為非封閉式槽狀結構，工藝靈活性低，產品種類單一。在實際應用中需要在非封閉式微通道的上下表面加裝蓋板使通道變為封閉管狀，然后才能用于微型反應器、微型散熱器等需要承載液體和氣體流動的設備上，增加工藝復雜程度和生產成本。

發明內容

本發明針對金屬極薄帶微塑性成形制備金屬微通道時工藝靈活性低、產品種類單一、微通道為非封閉式結構等問題，提供一種橫截面為封閉管狀的微通道氣脹成形方法。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種微通道氣脹成形方法，包括以下步驟：

步驟1，確定“氫化鈦含量-溫度-氫壓”之間的定量關系以及微通道目標孔徑與氫化鈦分解釋放的氫氣量及加熱溫度之間的關系；

步驟2，采用微/納米劃痕儀在一張金屬極薄帶表面劃出微/納米槽，并進行表面清潔處理；

步驟3，根據微通道目標孔徑尺寸及微通道長度和步驟1確定的“氫化鈦含量-溫度-氫壓”之間的定量關系，確定氫化鈦的用量，并將該氫化鈦粉末放置在經步驟2表面清潔處理后的金屬極薄帶的微/納米槽內；

步驟4，把另一張同樣尺寸并經步驟2相同表面清潔處理后的金屬極薄帶覆蓋到步驟3的金屬極薄帶上面，使用點焊技術將兩張金屬極薄帶的邊部焊接到一起，并進行復合軋制；

步驟5，將步驟4中復合軋制后的金屬復合極薄帶在真空條件下進行加熱，并保溫使氫化鈦發生分解釋放氫氣，通過氫壓的作用使復合軋制后的金屬復合極薄帶在復合界面處產生塑性變形，沿步驟2中劃出的微/納米槽生成管狀微通道結構；

步驟6，將步驟5中生成的管狀微通道結構在適當位置進行裁剪即獲得管狀微通道產品。通過步驟1～6的技術方案，可明確微通道孔徑與氫化鈦含量及加熱溫度之間的關系，進而掌握工藝參數對氣脹微成形的影響規律，獲得微通道孔徑的控制策略。

進一步，所述步驟1中確定“氫化鈦含量-溫度-氫壓”之間的定量關系以及微通道目標孔徑與氫化鈦分解釋放的氫氣量及加熱溫度之間的關系的具體方法是：采用熱力學方法計算出氫化鈦發生分解時的平衡氫壓；采用差示掃描量熱儀和熱失重分析儀對氫化鈦在實際加熱過程中的分解行為進行分析，獲得加熱溫度對氫化鈦分解釋放氫氣的影響規律，確定“氫化鈦含量-溫度-氫壓”之間的定量關系；采用數值模擬和復合軋制實驗相結合的方法分析氫壓及復合軋制后金屬復合極薄帶的復合強度對微通道孔徑的影響，獲得微通道孔徑與氫化鈦含量、加熱溫度、金屬復合極薄帶的復合強度之間的對應關系。