本发明专利技术属于金属复合材料制备技术领域，特别涉及一种用于铝-不锈钢复合管的热等静压成型的包套方法。本发明专利技术方法的具体步骤如下：①准备包套组件；②包套组件和铝-不锈钢复合管组件的装配前处理；③包套组件与铝-不锈钢复合管组件的装配与焊接；④所得包套的除气与密封。本发明专利技术的包套在高温、高压的热等静压处理过程中能够实现套内环境与套外环境的隔绝，并保持良好的密封性；能够实现热等静压处理过程中氩气压力均匀作用于铝-不锈钢复合管材各层金属间界面；能够保证铝-不锈钢复合管材热等静压成型后，其不锈钢内孔的尺寸与形位公差与热等静压处理前相比不会发生较大偏离。
【技术实现步骤摘要】
[0001 ] 本专利技术属于金属复合材料制备
，特别涉及。
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。此外，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。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。针对上述问题的解决方案是制备一种铝合金与不锈钢的复合管材用于热控系统传热工质的蒸发与冷凝区域。该复合管材的结构为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。此外该复合管还应满足如下要求:1，不锈钢与招合金界面为冶金结合；2，界面冶金结合率大于90% ；3,界面剪切强度大于20MPa ;4，满足航天器产品力学适应性要求，通过随机振动环境试验。5，满足航天器产品热环境适应性要求。 针对航天飞行器柔性热管、单相和双相液体传热回路、可展开式热辐射器等热控系统对轻质、耐压、高传热能力铝不锈钢复合管材的要求，该类管材几种可能制备工艺介绍如下:1，铸造工艺。设计专用铸造模具不锈钢管为芯，芯外铝管浇铸成型。该工艺的缺点是铝液浇筑温度较高(一般高于680°c )，铝/不锈钢界面产生较厚的铁铝金属间化合物反应层，在冷却过程中，该反应层在热应力的作用下发生贯穿性开裂(铝合金的热膨胀系数约23.4X 10_6/°C，奥氏体不锈钢的热膨胀系数约16.6X 10_6/°C，铝/不锈钢界面在铸件冷却过程中会产生较大的热应力)铝/不锈钢界面结合强度较低；2，焊接工艺。该工艺的特点是在不锈钢管与铝管配合界面区域填充熔点较低的软钎料及相应的助焊剂，如锡基、铅基焊料。铝/不锈钢界面一定厚度的软钎料层，在实现铝、不锈钢界面冶金结合的同时能够通过自身屈服形变降低与消除铝不锈钢焊接件在冷却过程中产生的热应力。该工艺制备的复合管材铝不锈钢界面结合强度较高，管材的航天力学适应性、热环境适应性较好。该工艺的缺点是软钎焊焊料一般需配合助焊剂使用。焊剂在焊接过程中扮演着非常重要的角色，除了起到清除被焊母材表面氧化膜的作用外，还起到焊接环境的保护作用。对于铝/不锈钢管类材料复合(焊接)，只能采用膏状焊料(焊剂、焊料等的膏状混合物)或其他形式的焊料配合焊剂进行界面填充。焊接过程中，焊剂将产生大量气体。在复合管此种细长近似于封闭的界面结构形式下，排气非常困难，界面处气体压强增大，会使液态焊料挤出，从而导致界面冶金结合率(钎着率)较低，一般不高于40%。3，挤压成型工艺。不锈钢管与铝坯装配后装入挤压机挤压筒进行挤压成型。挤压成型工艺通过铝、不锈钢管界面区域各自一定量形变，二者新鲜表面在较高温度、较大垂直压应力的作用下实现界面冶金结合并具有较高的结合率。该工艺的缺点是挤压过程中不能准确控制不锈钢管的形变量，导致不锈钢管的壁厚、内孔圆度、内孔同轴度等尺寸偏离。4，拉拔成型工艺是铝管进行固定约束，不锈钢管在铝管内孔拉入。若实现铝与不锈钢界面的冶金结合，铝、不锈钢界面区域须有较大的形变量并露出新鲜表面并在界面垂直方向较大的压应力作用下才可实现。该工艺的缺点是固定约束的铝管不能产生较大的形变并且较大的形变对不锈钢管的壁厚、内孔圆度、内孔同轴度等尺寸与公差产生严重影响。5，热等静压扩散焊成型工艺。该工艺具体操作是将复合管构成组件(不锈钢管、界面过渡层金属、铝管)与包套构成组件装配、焊接并真空密封，然后将包套放入热等静压设备中进行热处理，复合管三层金属界面在高压、高温、高真空环境下实现扩散结合。该成型工艺具体有以下特点: (I)热等静压为气体施压，所施压力为水静压力，通过包套将压力施加于复合管三层金属界面，该工艺非常适合管类结构形式的材料复合，可实现90?100%的界面复合率； (2)热等静压施压方式非常有利于改善复合管三层金属界面的应力状态，提高界面塑性形变能力； (3)热等静压工艺参数如温度、压力、时间等可灵活调整，非常有利于控制结合界面的材料组织形态。 本专利技术的任务是开发一种热等静压包套及包套工艺用于空间飞行器热控用铝不锈钢复合管材热等静压成型。该包套在高温、高压热等静压处理过程中能够实现套内环境与套外环境的隔绝，并保持良好的密封性；能够实现热等静压处理过程中氩气压力通过包套均匀作用于套内复合管材各层金属间界面；能够保证复合管材热等静压成型后，其不锈钢内孔的尺寸与形位公差与热等静压处理前相比不会发生较大偏离。
技术实现思路
针对空间飞行器热控用铝-不锈钢复合管材的热等静压成型问题，本专利技术提供了。 ，其具体步骤如下: ①准备包套组件； ②包套组件和铝-不锈钢复合管组件的装配前处理； ③包套组件与铝-不锈钢复合管组件的装配与焊接； ④所得包套的除气与密封。 所述包套组件包括:真空包套外壳、真空包套第一外端盖、真空包套第一内端盖、真空包套第二内端盖、真空包套第二外端盖和真空包套抽气管。 所述铝-不锈钢复合管组件包括:铝合金管、过渡层金属和不锈钢管。 所述包套组件的材质为铜或银，所述铜或银的纯度分别大于99.9wt%，氧含量分别不大于50ppm。纯度较高的铜、银金属具有较低的屈服强度和良好的塑性形变能力。本专利技术利用铜、银材料的上述特点，将其作为包套组件材料。在热等静压过程中，介质氩气压力通过铜或银包套均匀作用于铝、过渡层金属和不锈钢三层金属界面。此外，由于铜、银良好的塑性形变能力，使包套在发生较大形变的情况下仍可维持套内环境的密封。 为维持热等静压处理过程中包套内、外环境的隔绝以及良好的变形能力，所述包套组件各组成部分的壁厚分别为0.5mm至5mm。 所述包套组件的装配前处理方法如下:a.表面氧化层去除；b.清洗除油；c.脱水、烘干；d.烧氢处理或热真空除气；e.保护存放。包套组件装配烧氢及热真空除气前处理的主要目的是净化组件表面与组件高温软化退火、组件脱气等。 所述包套组件经过的烧氢处理工艺制度:氢气气氛下热处理，处理温度为350°C?700°C，处理时间为2至5小时，氢气露点为_80°C?_40°C ;所述包套组件经过的热真空除气方法为:在真空度优于5.0X 10_3Pa的条件下，350°C?700°C，除气2至5小时。 所述铝-不锈钢复合管组件的装配前处理方法如下:a.清洗除油；b.脱水、烘干；c.热真空除气；d.保护存放。铝-不锈钢复合管组件装配热真空脱气前处理的主要目的是，对铝-不锈钢复合管组件深度脱气，减少热等静压过程中包套内气体逸出量，维持包套内较高真空度。 [0021 ] 所述铝-不锈钢复合管组件经过的热真空除气的方法为:真空度优于5.0 X 1-3Pa条件下，100至600度除气2至5小时。 所述包套组件与铝-不锈钢复合管组件经装配前处理后，未能及时装配与焊接时，需真空条件下存放，存放环境的真空度优于lOOPa。 所述包套组件与铝-不锈钢复合管组件装配时，将真空包套外壳包覆于铝合本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于铝‑不锈钢复合管的热等静压成型的包套方法，其特征在于，具体步骤如下： ①准备包套组件； ②包套组件和铝‑不锈钢复合管组件的装配前处理； ③包套组件与铝‑不锈钢复合管组件的装配与焊接； ④所得包套的除气与密封。
【技术特征摘要】
1.一种用于铝-不锈钢复合管的热等静压成型的包套方法，其特征在于，具体步骤如下: ①准备包套组件； ②包套组件和铝-不锈钢复合管组件的装配前处理； ③包套组件与铝-不锈钢复合管组件的装配与焊接； ④所得包套的除气与密封。2.根据权利要求1所述的一种用于铝-不锈钢复合管的热等静压成型的包套方法，其特征在于:所述包套组件由真空包套外壳(I)、真空包套第一外端盖(2)、真空包套第一内端盖(3)、真空包套第二内端盖(4)、真空包套第二外端盖(5)和真空包套抽气管(6)构成。3.根据权利要求1所述的一种用于铝-不锈钢复合管的热等静压成型的包套方法，其特征在于:所述包套组件的材质为铜或银，所述铜或银的纯度分别大于99.9wt%，氧含量分别不大于50ppm。4.根据权利要求1所述的一种用于铝-不锈钢复合管的热等静压成型的包套方法，其特征在于:所述包套组件各组成部分的壁厚分别为0.5mm至5_。5.根据权利要求1所述的一种用于铝-不锈钢复合管的热等静压成型的包套方法，其特征在于:所述包套组件的装配前处理方法如下:a.表面氧化层去除；b.清洗除油；c.脱水、烘干；d.烧氢处理或热真空除气；e.保护存放。6.根据权利要求5所述的一种用于铝-不锈钢复合管的热等静压成型的包套方法，其特征在于:所述包套组件经过的烧氢处理的方法为:氢气气氛，处理温度为350°C?700°C，处理时间为2?5小时，氢气露点为_80°C?_40°C ;所述包套组件经过的热真空除气方法为:在真空度优于5.0X10_3Pa的条件下，350°C?700°C，除气2至5小时。7.根据权利要求1所述的一种用于铝-不锈钢复合管的热等静压成型的包套方法，其特征在于:所述铝-不锈钢复合管组件的装配前处理方法如下:a.清洗除油；b.脱水、烘干；c.热真空除气；d.保护存放。8.根据权利要求7所述的一种用于铝-不锈钢复合管的热等静压成型的包套方法，其特征在于:所述铝-不锈钢复合管组件经过的热真空除气的方法为:真空度优于5.0X KT3Pa条件下，100至600度除气2至5小时。9.根据权利要求1所述的一种用于铝-不锈钢复合管的热等静压成型的包套方法，其特征在于:所述包套组件与铝-不锈钢复合管组件经装配前处理后，未能及时装配与焊接时，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张小勇，陆艳杰，苗建印，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
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