一种空间飞行器热控用铝-不锈钢复合管制造技术

本发明专利技术属于金属复合材料技术领域，特别涉及一种空间飞行器热控用铝-不锈钢复合管材。本发明专利技术复合管为金属复合结构，其中由内到外依次为不锈钢管、电镀层、应力缓解金属层、焊料填充层和铝合金管；所述不锈钢管、电镀层、应力缓解金属层、焊料填充层和铝合金管顺次包覆相连，各相连界面均为冶金结合，结合率为100％。本发明专利技术复合管具有轻质、耐压、耐振、耐腐蚀、高传热能力、高直线度等特点，可应用于空间飞行器热管、单相和双相液体传热回路、可展开式热辐射器等热控系统。

【技术实现步骤摘要】
一种空间飞行器热控用铝-不锈钢复合管
本专利技术属于金属复合材料
，特别涉及一种空间飞行器热控用铝-不锈钢 复合管。
技术介绍
空间飞行器应用的柔性热管、单相和双相液体传热回路、可展开式热辐射器等热 控系统的工作介质流通管路与储存容器，基于强度、抗腐蚀等方面的考虑，选用了不锈钢材 质。同时，在热量收集（传热工质蒸发）与散发（传热工质冷凝）区域，基于传热性能与重 量的考虑，设计上选用了质轻、传热性能好、比热容大的铝材质扩热板。在热控系统传热工 质蒸发与冷凝区域，不锈钢管壳与铝合金扩热板界面的热流密度可达数瓦每平方厘米，机 械结合或界面填充导热脂、导热胶等方法均不能满足传热性能需要，普通钎焊工艺也很难 实现热管管壳与扩热板的大面积冶金结合从而达到高效传热目的。 针对上述问题，本专利技术开发了一种轻质、耐压、高传热能力空间飞行器热控用复合 管，该复合管采用金属复合结构，不锈钢管居内作为传热工质的流通管路，铝合金管居外作 为扩热板，中间为应力缓解金属。该复合管具有如下特征：1，复合管金属间界面为冶金结 合，结合率100% ;2,复合管轴线直线度优于0. 2/300_ ;3,复合管满足该类航天器产品力 学适应性要求，通过随机振动环境试验；4,复合管满足该类航天器产品热环境适应性要求， 能够耐受最低_180°C、最高280°C范围内的冷热交变热循环、高低温存储与热冲击；5,复合 管采用热等静压扩散焊工艺制备应力缓解层，采用热压钎焊和热等静压处理相结合的工艺 路线制备复合管。
技术实现思路
针对现有技术不足，本专利技术提供了一种空间飞行器热控用铝-不锈钢复合管。 -种空间飞行器热控用铝-不锈钢复合管，所述复合管为金属复合结构，其中由 内到外依次为不锈钢管、电镀层、应力缓解金属层、焊料填充层和铝合金管；所述不锈钢管、 电镀层、应力缓解金属层、焊料填充层和铝合金管顺次包覆相连，各相连界面均为冶金结 合，结合率为1〇〇%。复合管结构见附图1。 所述不锈钢管的材质为奥氏体型不锈钢，型号为304、302、321、347、316L、316、 317L、或 317。 所述应力缓解金属层的材质为Cu、Au或Ag。 所述焊料填充层的材质为Zn-Al系合金和Al-Si系合金中的一种。 所述铝合金管的材质型号为6063或3A21。 所述不锈钢管的内壁加工为光滑或加工有槽道；所述应力缓解金属层的厚度为 0. 1mm?1. 0mm ;所述焊料填充层的厚度为0. 03mm?0. 10mm ;所述错合金管为圆形管或异 型截面管。 所述电镀层的材质为镍、铜、金或银。 所述空间飞行器热控用铝-不锈钢复合管的长度为100mm?1200mm。 所述空间飞行器热控用铝-不锈钢复合管中不锈钢管的轴线直线度优于 0? 2/300mm。 一种空间飞行器热控用铝-不锈钢复合管的制备方法，采用热等静压工艺在不锈 钢管表面制备应力缓解金属管，然后采用热压钎焊工艺实现应力缓解金属管与铝合金管的 焊接，最后再热等静压处理制备得到所述空间飞行器热控用铝-不锈钢复合管材；其中所 述应力缓解金属管的制备过程中，无焊料填充。 一种空间飞行器热控用铝-不锈钢复合管的制备方法，其具体步骤如下： (1)将不锈钢管外表面进行改性处理，电镀上一层电镀层； (2)应力缓解金属层的制备：采用热等静压扩散焊工艺在改性的不锈钢管外表面 制备应力缓解金属层； 将改性的不锈钢管与应力缓解金属管进行装配，两端采用真空钎焊工艺进行真空 密封；钎焊料选用银基焊料；焊接温度高于80(TC，真空度优于10_3Pa。对密封件进行热等 静压扩散焊，然后将应力缓解金属管加工成所需厚度的应力缓解金属层；不锈钢管与应力 缓解金属管真空包套示意图见附图2。 (3)热压钎焊焊料的准备：将焊料加工成箔材； (4)包覆有电镀层和应力缓解金属层的不锈钢管与铝合金管的热压钎焊：将铝合 金加工成带凹槽的平板，对表面包覆有应力缓解金属层的不锈钢管、带凹槽的铝合金平板、 焊料箔材进行表面清洗，按照图3所示进行装配；对所得装配组件进行热压钎焊；焊接温度 为350°C?600°C，保温时间为5min?30min，压力为5MPa?20MPa ; (5)热压钎焊组件的热等静压真空包套：对步骤（4)所得铝-不锈钢热压钎焊件 进行外形加工与真空包套；包套工艺及包套结构示意图见附图4。 (6)铝-不锈钢热压钎焊件热等静压处理；处理温度为300°C?500°C，压力为 lOOMPa?200MPa，时间为1. 0?6. 0小时； (7)热等静压包套去除与铝合金管外形加工，得到一种空间飞行器热控用铝-不 锈钢复合管。 所述电镀层的材质为镍、铜、金或银金属，所述电镀层厚度不大于lOum。 所述应力缓解金属层的材质为Cu、Au或Ag金属。 所述热等静压扩散焊工艺中，应力缓解金属层直接作为热等静压真空包套材料， 真空包套工艺采用真空钎焊，焊接温度不低于800°C，焊接真空度优于10_3Pa。 所述应力缓解金属层的厚度为0? 1mm?3. 0mm。 所述焊料填充层的厚度为0. 03mm?0. 20mm。 所述热压钎焊前，将铝合金加工成带半圆形凹槽的平板，再与包覆有应力缓解金 属层的不锈钢管及焊料进行装配。 所述热压钎焊工艺参数：温度为500°C?600°C，压力为5MPa?20MPa。 所述真空包套所使用的包套材料的氧含量小于50ppm，包套内真空度达到10_3Pa。 所述热等静压处理的工艺参数：温度为350°C?500°C，压力为lOOMPa?200MPa， 保温保压时间为1. 0?6. 0小时。 本专利技术的有益效果为： (1)本专利技术复合管的内层为奥氏体型不锈钢，具有耐压、耐腐蚀特点，可满足空间 飞行器热控系统中工作介质流通管路和存储容器的材质要求，同时又具有较好的焊接性； (2)本专利技术复合管外层为铝合金，使该材料具有轻质特点，可满足航天器产品轻量 化需求； (3)本专利技术复合管包含的金属界面均为冶金结合，结合率100% ; (4)本专利技术复合管具有较高的传热能力，满足-180?280°C冷热交变热循环、热冲 击、高低温存储等该类航天器产品热环境适应性要求； (5)本专利技术复合管包含应力缓解层，可有效缓解因铝和不锈钢热膨胀系数差异引 起的残余应力，能满足该类航天器产品力学环境适应性要求； (6)本专利技术复合管具有较高直线度，不锈钢内孔轴线的直线度优于0. 2/300mm。 【附图说明】 图1为本专利技术空间飞行器热控用铝-不锈钢复合管的结构示意图，其中图la为其 沿轴向平行方向剖面结构示意图，图lb为其沿轴向垂直方向剖面结构示意图； 图2为本专利技术不锈钢管与应力缓解金属管热等静压扩散焊真空包套结构示意示 意图，其中图2a为其沿轴向平行方向剖面结构示意图，图2b为其沿轴向垂直方向剖面结构 示意图； 图3为本专利技术表面包覆有应力缓解金属管的不锈钢管与铝合金管热压钎焊装配 示意图； 图4为本专利技术铝-不锈钢热压钎焊组件热等静压真空包套结构示意图； 图中标号： 1-不锈钢管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间飞行器热控用铝‑不锈钢复合管，其特征在于：所述复合管为金属复合结构，其中由内到外依次为不锈钢管(1)、电镀层(2)、应力缓解金属层(3)、焊料填充层(4)和铝合金管(5)；所述不锈钢管(1)、电镀层(2)、应力缓解金属层(3)、焊料填充层(4)和铝合金管(5)顺次包覆相连，各相连界面均为冶金结合，结合率为100％。

【技术特征摘要】
1. 一种空间飞行器热控用铝-不锈钢复合管，其特征在于：所述复合管为金属复合结 构，其中由内到外依次为不锈钢管（1)、电镀层（2)、应力缓解金属层（3)、焊料填充层（4)和 铝合金管（5);所述不锈钢管（1)、电镀层（2)、应力缓解金属层（3)、焊料填充层（4)和铝合 金管（5)顺次包覆相连，各相连界面均为冶金结合，结合率为100%。2. 根据权利要求1所述的一种空间飞行器热控用铝-不锈钢复合管，其特征在于：所 述不锈钢管（1)的材质为奥氏体型不锈钢，型号为304、302、321、347、316L、316、317L* 317。3. 根据权利要求1所述的一种空间飞行器热控用铝-不锈钢复合管，其特征在于：所 述应力缓解金属层⑶的材质为Cu、Au或Ag。4. 根据权利要求1所述的一种空间飞行器热控用铝-不锈钢复合管，其特征在于：所 述焊料填充层（4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张小勇，苗建印，陆艳杰，张红星，林晨光，李新成，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京;11