CN103878202A

CN103878202A - 一种铜/铝双金属毛细管的制备方法

Info

Publication number: CN103878202A
Application number: CN201410105982.0A
Authority: CN
Inventors: 刘新华; 谢建新
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: CN103878202B

Abstract

一种铜/铝双金属毛细管的制备方法，属于金属复合毛细管材制备技术领域。本发明采用多道次冷旋的方法制备尺寸为Φ（7.0～15.0）mm×（0.5～2.0）mm的铜/铝复合管，然后在350～500℃和惰性气体保护条件下扩散退火10～60min；退火后的管材直接进行多道次的拉拔加工，结合中间退火，获得尺寸为Φ（0.5～6.1）mm×（0.1～0.8）mm的铜/铝双金属毛细管。本发明采用冷旋制备小尺寸铜/铝复合管，经扩散退火后拉拔加工，成形所需变形力小，工具、模具寿命高，设备所需的驱动力小，生产成本低。采用游动芯头拉拔和空拉拔相结合的方法，配以必要的中间退火，更有利于铜层和铝层的变形加工，得到的复合毛细管尺寸精度高、表面质量好。

Description

一种铜/铝双金属毛细管的制备方法

技术领域：

本发明涉及金属复合毛细管材制备技术领域，特别是提供了一种可用于铜/铝双金属毛细管的生产方法。

技术背景：

铜和铜合金毛细管是规格范围为Φ（0.5～6.1）mm×（0.1～0.8）mm（外径×壁厚，下同）的一类直径较小、壁厚较薄的管材，是中央空调、现代家用电器、仪器、仪表中广泛应用的重要原材料。其特点是加工难度大，附加值高。随着我国装备制造业、家电产业的迅速发展，铜和铜合金毛细管的市场需求越来越大。然而，近年来由于国际铜价高位运行，使铜管在空调成本中的比例提高到约25%，显著影响企业盈利能力和竞争力，迫切需要理想的替代材料。铝是另一种具有良好导热性能的材料，热导率约为铜的60%，加工性能良好，而且铝资源丰富，价格低廉。采用纯铝毛细管替代纯铜毛细管用作热交换管材的工作受到重视。然而问题是，如果空调中完全采用纯铝冷凝管替代纯铜管，空调的能效比指标达不到国家标准规定要求，要达到国标要求必须加大冷凝器和蒸发器的尺寸，导致生产成本上升。铜/铝双金属毛细管是一种典型的层状复合材料，是通过在铜管的内表面或外表面覆盖一层铝制成。相对于单一铜管和铝管，铜铝复合管结合了铜优良的导热性和铝较好的导热性能和低廉的价格，可以在保证热交换性能达到空调等产品国家标准的前提下，显著降低材料成本，这对于降低企业生产成本，提高企业竞争力具有重要意义。

目前双金属复合管的制备方法主要有：拉拔复合、液压胀形复合和***焊接等方法。拉拔法[见：俞家正，金属复合管及制作方法和管接结构，中国发明专利，CN1186921A，1998-07-08]和液压胀形法[见：王学生，李培宁，液压胀合有缝不锈钢管衬里复合管的制造技术，压力容器，2001，18（4）：50-52]等冷加工复合法通常都是由基层材料或基、覆层材料产生少量的塑性变形来获得过盈配合而实现复合的，制备出的复合管界面结合强度低，双层金属变形协调性差，难以制成毛细管。***焊接法是依靠******产生的较大压力，使两种金属在界面处实现固相焊接而复合在一起的方法。其特点是成形时产生高温高压，复合管界面结合强度高，但存在的问题是：操作环境不友好、危险性高、生产效率低、复合过程难以精确控制；尤其是铝层厚度不均匀，制成毛细管后难以保证内外金属层的厚度要求。

发明内容：

为解决上述工艺存在的问题，本发明的目的是提供一种采用冷旋（室温旋转锻造，简称“冷旋”）结合扩散退火和拉拔成形制备铜/铝双金属毛细管的方法。该方法是利用旋锻实现铜管和铝管的紧密结合，通过高温扩散退火处理得到界面达到冶金结合状态的铜/铝复合管；然后采用游动芯头拉拔或/和空拉拔加工，并结合中间退火，得到高性能铜/铝双金属毛细管。本发明所述铜/铝包括以铜作为复合管的内层和外层的情况，而所述铜包括纯铜和变形铜合金，铝包括纯铝和变形铝合金。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：采用多道次冷旋的方法制备尺寸为Φ（7.0～15.0）mm×（0.5～2.0）mm的铜/铝复合管，然后在350～500℃和惰性气体保护条件下扩散退火10～60min；退火后的管材直接进行多道次的拉拔加工，结合中间退火，获得尺寸为Φ（0.5～6.1）mm×（0.1～0.8）mm的铜/铝双金属毛细管。其中，所述多道次拉拔可以采用直拉或盘拉，包括游动芯头拉拔或/和空拉拔；拉拔道次断面减缩率在10%～40%之间；拉拔累积断面减缩率达到70%左右时，需进行一次中间退火；所述中间退火工艺为退火温度300～400℃，退火时间10～30min；拉拔过程中施加润滑，润滑油可采用矿物油或植物油；拉拔速度为1～20mm/min；所述惰性保护气体可以是氮气或氩气。

本发明的具体步骤如下：

步骤1：采用冷旋制备达到紧密结合的小直径铜/铝复合管，工艺为：将铜管套入铝管内，***涂上矿物油的芯棒后进行多道次断面减缩率在20%左右的冷旋成形，制得尺寸为Φ（7.0～15.0）mm×（0.5～2.0）mm的铜/铝复合管；

步骤2：对冷旋制备的铜/铝复合管进行扩散退火，以实现铜层和铝层界面的冶金结合。扩散退火制度为：加热温度为350～500℃，保温时间为10～60min，并通入惰性气体保护防止氧化；

步骤3：对经过扩散处理后的复合管材再进行多道次的游动芯头拉拔，使复合管尺寸达到外径Φ6.1mm、壁厚0.825mm以下；其中，拉拔的道次断面减缩率在10%～40%之间，拉拔累积断面减缩率达到70%左右时，需进行一次中间退火；

步骤4：当管材外径小于Φ2.0mm时，采用多道次空拉拔，拉拔道次断面减缩率在10%～40%之间，拉拔累积断面减缩率达到70%左右时，需进行一次中间退火再继续拉拔，最终获得尺寸为Φ（0.5～2.0）mm×（0.1～0.5）mm的铜/铝双金属毛细管。

本发明具有如下优点：

1、本发明采用冷旋制备小尺寸铜/铝复合管，经扩散退火后拉拔加工，成形所需变形力小，工具、模具寿命高，设备所需的驱动力小，生产成本低。

2、本发明利用冷旋制备的复合管界面贴合紧密，在适当的高温扩散退火条件下界面可达到冶金结合，有利于后续拉拔成形，得到高性能的铜/铝双金属毛细管。

3、本发明采用游动芯头拉拔和空拉拔相结合的方法，配以必要的中间退火，更有利于铜层和铝层的变形加工，得到的复合毛细管尺寸精度高、表面质量好。

附图说明：

下面结合附图对本发明的工艺作进一步的说明：

图1：一种铜/铝双金属毛细管的制备方法的工艺流程图。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：尺寸为Φ3.0mm×0.5mm的铜/铝双金属毛细管的加工方法。

将尺寸为Φ12.7mm×0.55mm的T2纯铜管套入尺寸为Φ17.0mm×2.0mm的纯铝管内，***涂上矿物油的芯棒后进行3道次断面减缩率为20%左右的冷旋，制得尺寸为Φ14.1mm×1.3mm的铜/铝复合管。在氩气保护下对复合管进行450℃10min的扩散退火处理，使界面形成冶金结合。扩散处理后的复合管经5道次的游动芯头拉拔得到Φ7.2mm×0.7mm的复合管，进行350℃30min的退火处理后，继续游动芯头拉拔5道次得到Φ3.0mm×0.5mm的铜/铝双金属毛细管。拉拔道次断面减缩率在10%～40%之间，采用矿物油进行润滑。

实施例2：尺寸为Φ2.0mm×0.4mm的铜/铝合金双金属毛细管的加工方法。

将尺寸为Φ12.0mm×0.5mm的T2纯铜管套入尺寸为Φ15.0mm×1.4mm的3003铝合金管内，***涂上矿物油的芯棒后进行4道次断面减缩率在20%左右的冷旋，制得尺寸为Φ11.0mm×1.0mm的铜/铝合金复合管。在氩气保护下对复合管进行400℃30min的扩散退火处理，使界面形成冶金结合。扩散处理后的复合管经5道次的游动芯头拉拔得到Φ5.5mm×0.5mm的复合管，进行350℃30min的退火处理退火后再经5道次游动芯头拉拔成Φ2mm×0.4mm的铜/铝合金双金属毛细管。拉拔道次断面减缩率在10%～40%之间，采用矿物油进行润滑。

实施例3：尺寸为Φ0.5mm×0.1mm的铜/铝双金属毛细管的加工方法。

将尺寸为Φ8.0mm×0.4mm的T2纯铜管套入尺寸为Φ10.0mm×0.9mm的3003铝合金管内，***涂上矿物油的芯棒后进行5道次断面减缩率在20%左右的冷旋，制得尺寸为Φ7.0mm×0.6mm的铜/铝复合管。在氩气保护下对复合管进行380℃60min的扩散退火处理，使界面形成冶金结合。扩散处理后的复合管经4道次的游动芯头拉拔得到Φ4.0mm×0.3mm的复合管；进行500℃1h的退火处理后，经5道次的游动芯头拉拔得到Φ2.0mm×0.15mm的复合管；进行350℃30min的退火处理后，再经7道次空拉拔成Φ0.5mm×0.1mm的铜/铝双金属毛细管（期间需进行一次350℃30min的中间退火）。拉拔道次断面减缩率在10%～40%之间，采用矿物油进行润滑。

Claims

1.一种铜/铝双金属毛细管的制备方法，其特征在于采用多道次冷旋的方法制备尺寸为Φ（7.0～15.0）mm×（0.5～2.0）mm的铜/铝复合管，然后在350～500℃和惰性气体保护条件下扩散退火10～60min；退火后的管材直接进行多道次的拉拔加工，结合中间退火，获得尺寸为Φ（0.5～6.1）mm×（0.1～0.8）mm的铜/铝双金属毛细管；其中，所述多道次拉拔采用直拉或盘拉，包括游动芯头拉拔或/和空拉拔；拉拔道次断面减缩率在10%～40%之间；拉拔累积断面减缩率达到70%时，需进行一次中间退火；所述中间退火工艺为退火温度300～400℃，退火时间10～30min；拉拔过程中施加润滑，润滑油采用矿物油或植物油；拉拔速度为1～20mm/min。

2.根据权利要求1所述一种铜/铝双金属毛细管的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：

步骤1：采用冷旋制备达到紧密结合的小直径铜/铝复合管，工艺为：将铜管套入铝管内，***涂上矿物油的芯棒后进行多道次断面减缩率在20%的冷旋成形，制得尺寸为Φ（7.0～15.0）mm×（0.5～2.0）mm的铜/铝复合管；

步骤2：对冷旋制备的铜/铝复合管进行扩散退火，以实现铜层和铝层界面的冶金结合；扩散退火制度为：加热温度为350～500℃，保温时间为10～60min，并通入惰性气体保护防止氧化；所述惰性保护气体是氮气或氩气；

步骤3：对经过扩散处理后的复合管材再进行多道次的游动芯头拉拔，使复合管尺寸达到外径Φ6.1mm、壁厚0.825mm以下；其中，拉拔的道次断面减缩率在10%～40%之间，拉拔累积断面减缩率达到70%时，需进行一次中间退火；

步骤4：当管材外径小于Φ2.0mm时，采用多道次空拉拔，拉拔道次断面减缩率在10%～40%之间，拉拔累积断面减缩率达到70%时，需进行一次中间退火再继续拉拔，最终获得尺寸为Φ（0.5～2.0）mm×（0.1～0.5）mm的铜/铝双金属毛细管。

3.根据权利要求1或2所述一种铜/铝双金属毛细管的制备方法，其特征在于所述铜/铝包括以铜作为复合管的内层和外层的情况，而所述铜包括纯铜和变形铜合金，铝包括纯铝和变形铝合金。