CN103878204B

CN103878204B - 一种铜/钛双金属毛细管的制备方法

Info

Publication number: CN103878204B
Application number: CN201410106275.3A
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: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: CN103878204A

Abstract

本发明属于金属复合毛细管材制备技术领域，涉及一种可用于铜/钛双金属毛细管的生产方法。该方法是利用旋锻实现铜管和钛管的紧密结合，通过高温扩散退火处理得到界面达到冶金结合状态的铜/钛复合管；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/钛双金属毛细管。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，得到的复合毛细管尺寸精度高、表面质量好。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。

Description

一种铜/钛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/钛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、家电产业和海洋工业的迅速发展，铜和铜合金毛细管的市场需求越来越大。但是，在舰船、海水淡化和滨海电站等海水强腐蚀环境场所，铜和铜合金毛细管会因海水腐蚀而缩短使用寿命，降低仪器的可靠性。纯钛毛细管具有极其优良的耐腐蚀性能，但钛的热导率较低，厚壁毛细管的热交换性能较差，薄壁毛细管的力学性能又难以满足使用要求。铜/钛双金属毛细管是一种在铜管内壁覆盖一层钛而制成的新型复合毛细管，由于结合了钛密度低、比强度高、耐腐蚀性能优良等优点和铜管优良的导热性能，使铜/钛复合毛细管具有优良的综合性能。因此，铜/钛双金属毛细管在舰船装备、海洋工业、大型制冷系统、家电产业、仪器仪表等领域有着广阔的应用前景，对于提高舰船装备、工业器械的安全性和可靠性具有重大的意义。

目前铜/钛复合管的制备方法主要有：拉拔复合、液压胀形复合和爆炸焊接等方法。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。爆炸焊接法是依靠炸药爆炸产生的较大压力，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；尤其是钛层厚度不均匀，制成毛细管后难以保证钛层的厚度要求。

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/钛双金属毛细管的方法。该方法是利用旋锻实现铜管和钛管的紧密结合，通过高温扩散退火处理得到界面达到冶金结合状态的铜/钛复合管；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/钛双金属毛细管。本发明所述铜/钛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，钛包括纯钛和变形钛合金。

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/钛复合管，然后在900～950℃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/钛双金属毛细管。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500～600℃，退火时间0.5～1.0小时；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/钛复合管，工艺为：将钛管套入铜管内，插入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/钛复合管；

步骤2：对冷旋制备的铜/钛复合管进行高温扩散退火，以实现铜层和钛层界面的冶金结合。扩散退火制度为：加热温度为900～950℃，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/钛双金属毛细管。

本发明具有如下优点：

1、本发明采用冷旋制备小尺寸铜/钛复合管，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/钛双金属毛细管。

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，更有利于铜层和钛层的变形加工，得到的复合毛细管尺寸精度高、表面质量好。

附图说明：

图1：一种铜/钛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/钛双金属毛细管的加工方法。

将尺寸为Φ12.7mm×0.55mm的TA2纯钛管套入尺寸为Φ17.0mm×2.0mm的T2紫铜管内，插入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/钛复合管。在氩气保护下对复合管进行950℃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500℃1h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/钛双金属毛细管。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/钛合金双金属毛细管的加工方法。

将尺寸为Φ12.0mm×0.5mm的钛合金管套入尺寸为Φ15.0mm×1.4mm的T2紫铜管内，插入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/钛合金复合管。在氩气保护下对复合管进行920℃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500℃1h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/钛合金双金属毛细管。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/钛双金属毛细管的加工方法。

将尺寸为Φ8.0mm×0.4mm的TA2纯钛管套入尺寸为Φ10.0mm×0.9mm的T2紫铜管内，插入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/钛复合管。在氩气保护下对复合管进行900℃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500℃1h的退火处理后，再经7道次空拉拔成Φ0.5mm×0.1mm的铜/钛双金属毛细管（期间需进行一次500℃1h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/钛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/钛复合管，然后在900～950℃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/钛双金属毛细管；

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/钛复合管，工艺为：将钛管套入铜管内，插入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/钛复合管；

步骤2：对冷旋制备的铜/钛复合管进行高温扩散退火，以实现铜层和钛层界面的冶金结合；扩散退火制度为：加热温度为900～950℃，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％时，要进行一次中间退火；

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/钛双金属毛细管。

2.根据权利要求1所述一种铜/钛双金属毛细管的制备方法，其特征在于所述铜/钛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，钛包括纯钛和变形钛合金。

3.根据权利要求1所述一种铜/钛双金属毛细管的制备方法，其特征在于所述退火后的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，要进行一次中间退火；所述中间退火工艺为退火温度500～600℃，退火时间0.5～1.0小时。

4.根据权利要求1所述一种铜/钛双金属毛细管的制备方法，其特征在于拉拔过程中要施加润滑，润滑油采用矿物油或植物油；拉拔速度为1～20mm/min；所述惰性保护气体是氮气或氩气。