一种空间飞行器热控用铝‑不锈钢复合管的制备方法技术

本发明专利技术属于金属复合材料的制备方法技术领域，特别涉及一种空间飞行器热控用铝‑不锈钢复合管的制备方法。本发明专利技术方法采用热等静压工艺制备应力缓解金属层，采用热压钎焊再热等静压处理的方法制备铝‑不锈钢复合管。本发明专利技术方法包含以下步骤：⑴不锈钢管外表面改性处理；⑵应力缓解金属层制备；⑶钎焊料准备；⑷覆应力缓解层的不锈钢管、铝管、钎焊料装配；⑸热压钎焊；⑹钎焊件外形加工并真空包套；⑺热等静压热处理；⑻包套去除、外形加工。本发明专利技术所制备的铝‑不锈钢复合管直线度高，具有轻质、耐振、高效传热等特点，其热环境适应性及机械振动力学适应性适合空间飞行器柔性热管、单相和双相液体传热回路、可展开式热辐射器等热控系统使用要求。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术属于金属复合材料的制备方法
，特别涉及。本专利技术方法采用热等静压工艺制备应力缓解金属层，采用热压钎焊再热等静压处理的方法制备铝-不锈钢复合管。本专利技术方法包含以下步骤：⑴不锈钢管外表面改性处理；⑵应力缓解金属层制备；⑶钎焊料准备；⑷覆应力缓解层的不锈钢管、铝管、钎焊料装配；⑸热压钎焊；⑹钎焊件外形加工并真空包套；⑺热等静压热处理；⑻包套去除、外形加工。本专利技术所制备的铝-不锈钢复合管直线度高，具有轻质、耐振、高效传热等特点，其热环境适应性及机械振动力学适应性适合空间飞行器柔性热管、单相和双相液体传热回路、可展开式热辐射器等热控系统使用要求。【专利说明】
本专利技术属于金属复合材料的制备方法
，特别涉及一种空间飞行器热控用 铝-不锈钢复合管的制备方法。
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 实现不锈钢管壳与扩热板的大面积冶金结合从而达到高效传热目的。 上述问题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。该复合管还应满足如下要求：1，不锈钢与铝合金界面为100%冶金 结合；2,复合管轴线直线度优于0. 2/300_ ;3,满足航天器产品随机振动力学适应性要求； 4,满足航天器产品-180?280°C热环境适应性要求。 上述要求的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. 4X1(T6/°C，奥氏体不锈钢的热膨胀 系数约16. 6 X 1(T6/°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,常规焊接工艺。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。但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，铝管预先固定约束，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与拉拔而入的不锈 钢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。 针对上述铝不锈钢复合管材制备工艺的不足，本专利技术开发了 一种热压钎焊与热等 静压处理相结合的铝不锈钢复合管材制备工艺。该工艺制备的铝-不锈钢复合管材包含三 层结构：内层金属不锈钢、外层金属铝合金，中间层应力缓解金属，三层金属间界面有焊料 填充。该制备工艺可实现复合管界面100%冶金结合，满足航天器产品机械振动力学适应性 要求，满足航天器产品-180?280°C热环境适应性要求，此外，复合管具有较高直线度，内 层不锈钢管轴线直线度优于〇. 2/300mm。 本专利技术涉及的复合管制备工艺，除空间飞行器热控用铝/不锈钢复合管材外，还 可应用于其他金属材质复合管材制备。
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-不锈钢复合管的制 备方法。 -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. Imm?I. Omm ;所述焊料填充层的厚度为0. 03mm?0. IOmm ;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IOOmm?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。 ，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。 ，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； 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间飞行器热控用铝‑不锈钢复合管的制备方法，其特征在于：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。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆艳杰，张小勇，苗建印，林晨光，张红星，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