[发明专利]一种微通道气胀成形方法

说明书

本发明属于金属微成形技术领域，具体涉及一种微通道气胀成形方法。本发明针对金属极薄带微塑性成形制备金属微通道时工艺灵活性低、产品种类单一、微通道为非封闭式结构等问题,本发明采用数值模拟和复合轧制实验相结合的方法分析氢压及复合轧制后金属复合极薄带的复合强度对微通道孔径的影响，获得微通道孔径与氢化钛含量、加热温度、金属复合极薄带的复合强度之间的对应关系本发明无特殊模具要求，对金属材料的选择范围广，对设备能力的要求低，可根据需求制备不同孔径、不同分布的横截面为封闭管状的微通道产品，产品种类丰富，工艺灵活性高。

技术领域

本发明属于金属微成形技术领域，具体涉及一种微通道气胀成形方法。

背景技术

金属微通道是微型反应器、微型热交换器、微型散热器等微型设备的核心结构部件，是微机电系统和微流体系统的重要组成部分，在生物、医学、化学、电子、机械工程等领域应用广泛。目前，较为常见的金属微通道成形制备方法包括：机加工、平板印刷、激光辅助加工、压铸、光刻电铸注塑、化学刻蚀等，但工艺一般较为复杂，难以实现多规格、多结构金属微通道的大批量生产。金属极薄带微塑性成形技术具有成本低、效率高并且可以实现大批量生产等优点，广泛应用于金属微通道的制备中。然而，由于受成形模具、工艺手段、原材料等的限制，采用金属极薄带微塑性成形技术制备的微通道产品多为非封闭式槽状结构，工艺灵活性低，产品种类单一。在实际应用中需要在非封闭式微通道的上下表面加装盖板使通道变为封闭管状，然后才能用于微型反应器、微型散热器等需要承载液体和气体流动的设备上，增加工艺复杂程度和生产成本。

发明内容

本发明针对金属极薄带微塑性成形制备金属微通道时工艺灵活性低、产品种类单一、微通道为非封闭式结构等问题，提供一种横截面为封闭管状的微通道气胀成形方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种微通道气胀成形方法，包括以下步骤：

步骤1，确定“氢化钛含量-温度-氢压”之间的定量关系以及微通道目标孔径与氢化钛分解释放的氢气量及加热温度之间的关系；

步骤2，采用微/纳米划痕仪在一张金属极薄带表面划出微/纳米槽，并进行表面清洁处理；

步骤3，根据微通道目标孔径尺寸及微通道长度和步骤1确定的“氢化钛含量-温度-氢压”之间的定量关系，确定氢化钛的用量，并将该氢化钛粉末放置在经步骤2表面清洁处理后的金属极薄带的微/纳米槽内；

步骤4，把另一张同样尺寸并经步骤2相同表面清洁处理后的金属极薄带覆盖到步骤3的金属极薄带上面，使用点焊技术将两张金属极薄带的边部焊接到一起，并进行复合轧制；

步骤5，将步骤4中复合轧制后的金属复合极薄带在真空条件下进行加热，并保温使氢化钛发生分解释放氢气，通过氢压的作用使复合轧制后的金属复合极薄带在复合界面处产生塑性变形，沿步骤2中划出的微/纳米槽生成管状微通道结构；

步骤6，将步骤5中生成的管状微通道结构在适当位置进行裁剪即获得管状微通道产品。通过步骤1～6的技术方案，可明确微通道孔径与氢化钛含量及加热温度之间的关系，进而掌握工艺参数对气胀微成形的影响规律，获得微通道孔径的控制策略。

进一步，所述步骤1中确定“氢化钛含量-温度-氢压”之间的定量关系以及微通道目标孔径与氢化钛分解释放的氢气量及加热温度之间的关系的具体方法是：采用热力学方法计算出氢化钛发生分解时的平衡氢压；采用差示扫描量热仪和热失重分析仪对氢化钛在实际加热过程中的分解行为进行分析，获得加热温度对氢化钛分解释放氢气的影响规律，确定“氢化钛含量-温度-氢压”之间的定量关系；采用数值模拟和复合轧制实验相结合的方法分析氢压及复合轧制后金属复合极薄带的复合强度对微通道孔径的影响，获得微通道孔径与氢化钛含量、加热温度、金属复合极薄带的复合强度之间的对应关系。