CN104525615A - 一种金属层压复合管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属层压复合管的制备方法，包括如下步骤：（1）选择金属管；（2）金属管预处理；（3）管件组合；（4）压制复合；（5）塑性加工；（6）后处理。本发明一种金属层压复合管的制备方法，生产工艺和设备简单、模具寿命高、生产成本低，可根据实际需求更改芯棒尺寸及塑性加工的条件，以制备出不同规格的双金属层压复合管；所制备的双金属层压复合管含有金属过度层，实现了双金属管的冶金结合，又可控制界面无脆性金属间化合物生成，提高界面结合强度和复合管的后续加工性能，应用前景广阔。
Description
技术领域
本发明涉及金属复合材料领域，特别是涉及一种金属层压复合管的制备方法。
背景技术
随着航空航天、海洋工程、能源电力、石油化工等产业不断发展，单一材料在性能上越来越难以满足实际的使用要求，将具有不同性能的两种或多种材料复合在一起，显著提高综合使用性能的复合材料日益受到重视。因此，利用金属复合技术生产的兼有两或多种金属优点的层状复合管应运而生。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、滚压复合和热扩散焊接等方法。这些复合法均存在工艺复杂、设备投资大、能耗高等问题，且在高温下保持时间较长，界面处容易产生脆性金属间化合物，影响双金属管的使用性能。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种金属层压复合管的制备方法，能够解决现有复合管制备技术存在的上述不足之处。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种金属层压复合管的制备方法，包括如下步骤：
（1）选择金属管：以内外两种金属管套装组合制备层压复合管，其中，内层金属管和外层金属管的管壁厚为10～30mm，内层金属管和外层金属管的外径为100～300mm，套装后，外层金属管的内径与内层金属管的外径之间的间隙为0.2～0.3mm；
（2）金属管预处理：对步骤（1）中选择的外层金属管的内表面及内层金属管的内外表面分别进行除油、除锈、打磨和干燥处理；
（3）管件组合：将步骤（2）中与处理后的内层金属管套装在外层金属管内，并在内层金属管内***表面涂有润滑油的芯棒；
（4）压制复合：将步骤（3）中组合后的管件置入高温炉中，在300～600℃下恒温预热10～30min，取出后迅速置于压制成型机上进行变径压制复合成型；
（5）塑性加工：将步骤（4）中压制复合成型的复合管进行1～3次塑性加工，得到所需管径的金属层压复合管；
（6）后处理：将步骤（5）中经塑性加工后的复合管切去头部和尾部，再对其内外表面进行酸洗、水洗和干燥处理，得到管界面平整且含有层压过渡层的的金属层压复合管。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（1）中的内层金属管为不锈钢管、热镀锌钢管或铝管；所述外层管为铜管、钛管或铝合金管。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（2）中，所述除油方法为用质量浓度为8%的强碱性溶液洗涤，所述除锈方法为用质量浓度为8%的强酸性溶液洗涤，其中，钛管用质量浓度为20%HNO3+5%HF溶液洗涤。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（4）中，所述变径压制复合工艺为：压缩变径率30～70%，出料速率2～5m/min。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（5）中，所述塑性加工方法为室温拉拔缩径，单道次变形量为10～20%。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤（6）中，所述酸洗液为质量浓度为3～5%的强酸性溶液.
在本发明一个较佳实施例中，所述强酸为无机酸。
在本发明一个较佳实施例中，所述强碱性为无机碱。
本发明的有益效果是：本发明一种金属层压复合管的制备方法，生产工艺和设备简单、模具寿命高、生产成本低，可根据实际需求更改芯棒尺寸及塑性加工的条件，以制备出不同规格的双金属层压复合管；所制备的双金属层压复合管含有金属过度层，实现了双金属管的冶金结合，又可控制界面无脆性金属间化合物生成，提高界面结合强度和复合管的后续加工性能，应用前景广阔。
附图说明
图1是本发明一种金属层压复合管的制备方法的压制成型机的工艺过程示意图；
附图中各部件的标记如下：1.外层金属管，2.内层金属管，3.芯棒，4.压制模具，5. 金属层压复合管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
请参阅图1，本发明实施例包括：
本发明揭示了一种金属层压复合管的制备方法，具体步骤如下：
（1）选择金属管：以内外两种金属管套装组合制备层压复合管，其中，内层金属管和外层金属管的管壁厚为10～30mm，内层金属管和外层金属管的外径为100～300mm，套装后，外层金属管的内径与内层金属管的外径之间的间隙为0.2～0.3mm；其中，内层金属管为不锈钢管、热镀锌钢管或铝管；外层管为铜管、钛管或铝合金管；
（2）金属管预处理：对步骤（1）中选择的外层金属管的内表面及内层金属管的内外表面分别进行除油、除锈、打磨和干燥处理；其中，除油方法为用质量浓度为8%的无机强碱性溶液洗涤，所述除锈方法为用质量浓度为8%的无机强酸性溶液洗涤，其中，钛管用质量浓度为20%HNO3+5%HF溶液洗涤；
（3）管件组合：将步骤（2）中与处理后的内层金属管套装在外层金属管内，并在内层金属管内***表面涂有润滑油的芯棒；
（4）压制复合：将步骤（3）中组合后的管件置入高温炉中，在300～600℃下恒温预热10～30min，取出后迅速置于压制成型机上进行变径压制复合成型；所述变径压制复合工艺为：压缩变径率30～70%，出料速率2～5m/min；
（5）塑性加工：将步骤（4）中压制复合成型的复合管进行1～3次塑性加工，得到所需管径的金属层压复合管；所述塑性加工方法为室温拉拔缩径，单道次变形量为10～20%；
（6）后处理：将步骤（5）中经塑性加工后的复合管切去头部和尾部，再对其内外表面进行酸洗、水洗和干燥处理，得到管界面平整且含有层压过渡层的的金属层压复合管，其中酸洗液为质量浓度为3～5%的无机强酸性溶液.
实施例1
（1）选择金属管：以内外两种金属管套装组合制备层压复合管，其中，内层金属管为不锈钢管，其规格为管壁厚为10mm，外径为100mm，外层金属管为铜管，其规格为管壁厚为30mm，外径为131mm；
（2）金属管预处理：对铜管的外层金属管的内表面及不锈钢管的内外表面分别用质量浓度为8%的氢氧化钠溶液洗涤除油，再用质量浓度为8%的盐酸溶液洗涤除锈，然后用钢丝刷将处理后的表面打磨出新鲜金属表面，最后用热风将处理后的表面进行干燥；
（3）管件组合：将处理后的不锈钢管套装在铜管内，并在不锈钢管内***表面涂有润滑油的芯棒；
（4）压制复合：将步骤（3）中组合后的管件置入300℃的高温炉中恒温预热10min，取出后迅速置于压制成型机上，以70%压缩变径率和5m/min的出料速率进行变径压制复合成型；。
（5）塑性加工：将步骤（4）中压制复合成型的复合管冷却至室温，再在室温下进行1次拉拔缩径塑性加工，缩径率为10%，得到所需管径的金属层压复合管；
（6）后处理：将步骤（5）中经塑性加工后的复合管切去头部和尾部，再对其内外表面用质量浓度为3%的盐酸溶液酸洗，然后依次进行水洗和干燥处理，得到管界面平整且含有厚度为2.0μm层压过渡层的金属层压复合管。
实施例2
（1）选择金属管：以内外两种金属管套装组合制备层压复合管，其中，内层金属管为热镀锌钢管，其规格为管壁厚为15mm，外径为150mm，外层金属管为铝合金管，其规格为管壁厚为30mm，外径为180.5mm；
（2）金属管预处理：对铝合金管的外层金属管的内表面及热镀锌钢管的内外表面分别用质量浓度为8%的氢氧化钾溶液洗涤除油，再用质量浓度为8%的硝酸溶液洗涤除锈，然后用钢丝刷将处理后的表面打磨出新鲜金属表面，最后用热风将处理后的表面进行干燥；
（3）管件组合：将处理后的热镀锌钢管套装在铝合金管内，并在热镀锌钢管内***表面涂有润滑油的芯棒；
（4）压制复合：将步骤（3）中组合后的管件置入500℃的高温炉中恒温预热10min，取出后迅速置于压制成型机上，以50%压缩变径率和4m/min的出料速率进行变径压制复合成型；
（5）塑性加工：将步骤（4）中压制复合成型的复合管冷却至室温，再在室温下进行2次拉拔缩径塑性加工，缩径率为15%，得到所需管径的金属层压复合管；
（6）后处理：将步骤（5）中经塑性加工后的复合管切去头部和尾部，再对其内外表面用质量浓度为3%的硝酸溶液酸洗，然后依次进行水洗和干燥处理，得到管界面平整且含有厚度为1.8μm层压过渡层的金属层压复合管。
实施例3
（1）选择金属管：以内外两种金属管套装组合制备层压复合管，其中，内层金属管为铝管，其规格为管壁厚为20mm，外径为200mm，外层金属管为钛管，其规格为管壁厚为20mm，外径为221mm；
（2）金属管预处理：对钛管的外层金属管的内表面用质量浓度为20%HNO3+5%HF溶液洗涤除油，对铝管的内外表面用质量浓度为8%的氢氧化钾溶液洗涤除油，再用质量浓度为8%的硝酸溶液对钛管和铝管洗涤除锈，然后用钢丝刷将处理后的表面打磨出新鲜金属表面，最后用热风将处理后的表面进行干燥；
（3）管件组合：将处理后的热镀锌钢管套装在铝合金管内，并在热镀锌钢管内***表面涂有润滑油的芯棒；
（4）压制复合：将步骤（3）中组合后的管件置入600℃的高温炉中恒温预热30min，取出后迅速置于压制成型机上，以20%压缩变径率和2m/min的出料速率进行变径压制复合成型；
（5）塑性加工：将步骤（4）中压制复合成型的复合管冷却至室温，再在室温下进行3次拉拔缩径塑性加工，缩径率为20%，得到所需管径的金属层压复合管；
（6）后处理：将步骤（5）中经塑性加工后的复合管切去头部和尾部，再对其内外表面用质量浓度为5%的硝酸溶液酸洗，然后依次进行水洗和干燥处理，得到管界面平整且含有厚度为1.3μm层压过渡层的金属层压复合管。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种金属层压复合管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）选择金属管：以内外两种金属管套装组合制备层压复合管，其中，内层金属管和外层金属管的管壁厚为10～30mm，内层金属管和外层金属管的外径为100～300mm，套装后，外层金属管的内径与内层金属管的外径之间的间隙为0.2～0.3mm；
（2）金属管预处理：对步骤（1）中选择的外层金属管的内表面及内层金属管的内外表面分别进行除油、除锈、打磨和干燥处理；
（3）管件组合：将步骤（2）中与处理后的内层金属管套装在外层金属管内，并在内层金属管内***表面涂有润滑油的芯棒；
（4）压制复合：将步骤（3）中组合后的管件置入高温炉中，在300～600℃下恒温预热10～30min，取出后迅速置于压制成型机上进行变径压制复合成型；
（5）塑性加工：将步骤（4）中压制复合成型的复合管进行1～3次塑性加工，得到所需管径的金属层压复合管；
（6）后处理：将步骤（5）中经塑性加工后的复合管切去头部和尾部，再对其内外表面进行酸洗、水洗和干燥处理，得到管界面平整且含有层压过渡层的的金属层压复合管。
2.根据权利要求1所述的金属层压复合管的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的内层金属管为不锈钢管、热镀锌钢管或铝管；所述外层管为铜管、钛管或铝合金管。
3.根据权利要求1所述的金属层压复合管的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中，所述除油方法为用质量浓度为8%的强碱性溶液洗涤，所述除锈方法为用质量浓度为8%的强酸性溶液洗涤，其中，钛管用质量浓度为20%HNO3+5%HF溶液洗涤。
4.根据权利要求1所述的金属层压复合管的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中，所述变径压制复合工艺为：压缩变径率30～70%，出料速率2～5m/min。
5.根据权利要求1所述的金属层压复合管的制备方法，其特征在于，所述步骤（5）中，所述塑性加工方法为室温拉拔缩径，单道次变形量为10～20%。
6.根据权利要求1所述的金属层压复合管的制备方法，其特征在于，所述步骤（6）中，所述酸洗液为质量浓度为3～5%的强酸性溶液.
根据权利要求3或6所述的金属层压复合管的制备方法，其特征在于，所述强酸为无机酸。
7.根据权利要求3所述的金属层压复合管的制备方法，其特征在于，所述强碱性为无机碱。
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