[发明专利]一种高性能铜/钛复合管的制备方法

说明书

技术领域：

本发明涉及金属复合管材制备技术领域，提供了一种可用于界面达到冶金结合状态的高性能铜/钛复合管的生产方法。

技术背景：

冷凝管作为热交换器的关键材料，广泛应用于火力发电、船舶制造、海水淡化、石油化工、家电汽车等国民经济的重要领域。用于制作冷凝管的材料主要有铜及铜合金、钛及钛合金以及不锈钢。铜和不锈钢虽然应用最为广泛，但是耐海水腐蚀能力较差，因此在海军战舰、滨海电站等腐蚀性环境下的使用寿命较短、安全系数较低；钛虽然几乎完全不被海水腐蚀，但是厚壁钛管导热性能差、价格较昂贵，而薄壁钛管强度较低且难加工。铜钛双金属复合管是一种典型的层状复合材料，是通过在铜或铜合金管的内表面或外表面覆盖一层钛制成。相对于单一铜管和钛管，铜钛复合管结合了铜优良的导热性和钛优良的耐蚀性，显著提高管材耐海水腐蚀的能力和使用寿命，同时有足够高的力学性能和导热性能，这对于提高舰船装备、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、滚压复合和热扩散焊接等方法。拉拔复合法 [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]、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]、滚压复合法 [见：毛柏平，王振生，一种碳钢内衬不锈钢复合管旋压加工方法，中国发明专利，CN101745577A，2010-06-23]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，如果在高温下使用，复合管会因应力释放而分层，限制了此类冷加工管只能在较低温度的环境中使用。热扩散焊接法是将空气或液体密封在复合管坯的内管内，并将内、外管间缝隙密封抽真空，最后进行加热扩散退火以实现双层管的冶金结合[见：刘世程，刘德义，陈汝淑等，复合双金属管的生产方法，中国发明专利，CN1367050A，2002-09-04]。这种方法存在的问题是：对设备的密封性要求高，密封焊接质量要求高；由于高温扩散退火时间长，易在界面形成较厚的脆性金属间化合物层，在承受变形时脆性化合物层很容易发生断裂，影响复合管的导热性能和力学性能。此外，其它双金属复合管的成形方法还有热挤压法和爆炸焊接法等。热挤压法是将两种金属组成的复合管坯料加热到一定温度，然后通过模具和心轴间的环状空间进行挤压[见：谢建新，材料加工新技术与新工艺，P.257~258，冶金工业出版社，2004]。热挤压法适合加工难加工、塑性较低的高合金金属，存在的问题是：内层和外层厚度不均匀，设备要求高，管材表面质量较差，并且对变形温度高的金属难度较大。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、复合过程难以精确控制。

发明内容：

本发明的目的是提供一种采用热旋锻进行铜管和钛管复合成形的方法。该方法将由铜管和钛管组成的复合坯料快速加热到一定温度后，采用旋锻方法施加大道次变形量加工，在高温扩散作用和大变形压力作用下实现复合管的冶金结合。同时通过在旋锻机的出口处进行喷水强制冷却，避免了界面上金属间化合物的产生。该方法不仅工艺和设备简单、生产灵活性大、成本低，而且所生产的铜钛复合管界面无脆性金属间化合物生成，结合强度显著高于胀管等传统方法所生产的复合管，在高温下使用也不会产生分层现象，具有良好的可靠性和导热效率。本发明所述铜/钛双金属复合管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：先将表面处理好的铜管套在钛管外面（或内部），然后在钛管（或铜管）中插入芯棒，组装成旋锻坯料，再将坯料放入已升到预定温度的加热炉中进行加热，经短时间加热保温后迅速对其进行单道次大变形的旋锻加工，旋锻出口处进行喷水冷却，最后经过一道次的拉拔精整得到界面无金属间化合物、达到冶金结合状态的铜/钛双金属复合管。

本发明的具体步骤如下：