[發明專利]一種航天用鋁合金加工工藝及其鋁合金管材

在審

• 申請號: 202010377222.0
• 申請日: 2020-05-07
• 公開（公告）號: CN111349826A
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 陳杰;王崗;張星臨;楊舜明
• 申請（專利權）人: 廣亞鋁業有限公司;佛山市廣成鋁業有限公司
• 主分類號: C22C21/00
• 分類號: C22C21/00;C22C1/02;C22C1/06;B21C31/00;B21C29/04;B21C23/08;C22F1/04
• 代理公司: 佛山市禾才知識產權代理有限公司 44379
• 代理人: 資凱亮;曹振

本發明涉及鋁合金加工技術領域，具體涉及一種航天衛星用管型熱交換器的鋁合金加工工藝。本發明公開了一種航天用鋁合金管材的加工工藝,包括成分優化、澆鑄制棒、均質處理和擠壓成型等步驟；所述成分優化步驟中優化后的鋁合金原料成分如下：Si 0.10?0.40wt％，Fe 0.30?0.60wt％，Cu≤0.01wt％，Mn 1.15?1.40wt％，Mg≤0.05wt％，Zn≤0.1wt％，Ti 0.01?0.05wt％，S≤0.01wt％，Al余量。所述鋁合金的原料成分中S、Cu的含量均在0.005wt％以內。本發明還提出了一種上述加工工藝的航天用鋁合金管材，所述鋁合金管材為3A21系合金。

技術領域

本發明涉及鋁合金加工技術領域，具體涉及一種航天衛星用管型熱交換器的鋁合金加工工藝。

背景技術

管型熱交換器具有極高的導熱性能，結構簡單且傳熱功率大，溫度均勻等特點，尤其在空間失重狀態下仍具有此優異性能，因此在航天領域得到了廣泛應用。目前，衛星上的單機和有效載荷大部分采用金屬鋁-氨熱管型熱交換器實現溫度的均衡調節，管型熱交換器內的工作介質為液氨。由于衛星使用的管型熱交換器體積小，重量輕，尺寸精度要求高，公差要求范圍為±0.05mm，遠高于《GB/T 14846-2014鋁及鋁合金擠壓型材尺寸偏差》尺寸偏差為±0.35-0.45mm超高級標準的要求，因此對加工的材料要求非常嚴格。

現有技術的3A21鋁合金具有較好的拉伸強度，韌性好，耐腐蝕性能及焊接性能優良，適用于鋁合金結構件的深加工，如焊接、彎折。由于航天管型熱交換器的內部工作介質為液氨，采用現有技術的3A21鋁合金加工為航天管型熱交換器后，其鋁合金中含有的Cu、S與氨工質發生化學反應，使用較短的期限后因腐蝕反應出現裂痕，嚴重影響了衛星內部設施運行的穩定性。

根據《GB/T 6892-2015一般工業用鋁及鋁合金擠壓型材》的標準，3A21鋁合金的力學性能要求為抗拉強度≤185MPa，斷后拉伸率A_50mm＞14％。

因此，研發一種3A21系列的鋁合金材料，既能滿足《GB/T 6892-2015一般工業用鋁及鋁合金擠壓型材》有關力學性能的標準要求，又可以符合衛星用管型熱交換器的特殊加工精度要求，且具有較高的液氨耐腐蝕性，以滿足航天衛星的設施加工需求，對促進航天事業的發展具有重大意義。

發明內容

本發明提出一種航天用鋁合金管材的加工工藝，通過優化控制合金成分，采用特定的擠壓加工工藝，具有穩定達標的力學性能，擠壓加工需要的壓力低易成型，外表光潔無振紋橘皮，且具有較高的液氨耐腐蝕性。

為達此目的，本發明采用以下技術方案：

一種航天用鋁合金管材的加工工藝，依次包括成分優化步驟、澆鑄制棒步驟、均質處理步驟和擠壓成型步驟；所述成分優化步驟中，選取鋁錠、金屬硅、錳添加劑和鐵添加劑作為鋁合金原料，按照重量百分數計算，優化后的鋁合金原料的成分為：Si 0.10-0.40wt％、Fe 0.30-0.60wt％、Cu≤0.01wt％、Mn1.15-1.40wt％、Mg≤0.05wt％、Zn≤0.1wt％、Ti 0.01-0.05wt％、S≤0.01wt％和余量為Al。

選取的原料鋁錠包括工業鋁錠、高純度鋁錠，通過檢測工業鋁錠、高純度鋁錠內相關金屬成分含量，調整工業鋁錠和高純度鋁錠配比，添加金屬硅、錳添加劑和鐵添加劑獲得優化的目標成分比例。

本發明所述的鋁合金相較現有技術的3A21合金(成分見表1)，進一步縮窄了所述鋁合金其中的Si、Fe、Mn和Ti的含量，所述鋁合金可以獲得較好的晶粒，鑄造時不產生熱裂現象，所述鋁合金管材具有良好的鑄造加工性能，無加工或彎曲的橘皮和開裂等缺陷。