权利要求

1.一种薄壁铝铜冶金复合管制造方法，其特征在于，复合管包括底层铝管(1)、位于铝管外部的冶金合金层(2)、位于冶金合金层外部的外层铜层(3)，以及表层(4)，所述冶金合金层是在铝管表面通过激光加热其表面，使铝表面达到熔融状态，同时把铜材加热到熔融状态，然后喷涂至铝表面，使铜铝形成微米级合金层;所述外层铜层(3)通过激光熔覆形成。

2.根据权利要求1所述的薄壁铝铜冶金复合管制造方法，其特征是，所述底层铝管(1)由铝材通过连续挤压方式获得，在铝管成型时进行冶金合金层(2)和外层铜层(3)的作业，形成连续工艺。

3.根据权利要求1所述的薄壁铝铜冶金复合管制造方法，其特征是，所述表层(4)为高分子改性硅烷纳米复合层，其按重量份包括以下组分：有机硅改性丙烯酸酯10-12份，氟硅树脂2-3份，聚烯烃乳液2份，苯并三氮唑2-2.5份，改性纳米二氧化硅1-2份，改性有机硅1-3份，聚硅氧烷和憎水颗粒混合物0.5-1份，流平剂0.2份，润湿剂0.2份，乙醇5-12份，其余为水。

4.根据权利要求1所述的薄壁铝铜冶金复合管制造方法，其特征是，所述冶金合金层(2)厚度为0.005～0.012 mm;铝管(1)壁厚为0.6～0.8mm;铜层(3)厚度为0.04～0.11mm。

5.根据权利要求1所述的薄壁铝铜冶金复合管制造方法，其特征是，所述外层铜层(3)为齿形面或光滑表面，所述齿形面是铝管(1)在激光熔覆的同时做旋转运动，使铜层外表面形成一圈圈的齿形面;所述光滑表面是在激光熔覆成型之后通过磨削抛光处理获得。

6.根据权利要求1所述的薄壁铝铜冶金复合管制造方法，其特征是，在铝管外部冶金合金层(2)成型过程中，向铝管(1)内充氮气0.02～0.06MPA进行冷却，使铝管基体保持固态。

7.根据权利要求1所述的薄壁铝铜冶金复合管制造方法，其特征是，在激光加热、激光熔覆过程中，控制激光离焦距离，其中控制熔池深度为0.008～0.02mm，合金层厚度控制在0.003～0.008mm;激光功率800～1200W，扫描速度8～25mm/s。

8.根据权利要求1所述的薄壁铝铜冶金复合管制造方法，其特征在于，冶金合金层(2)、铜层(3)由同轴送粉系统供铜粉材料，铜粉纯度≥99.5%，粒径为15～45μm。

9.根据权利要求1所述的薄壁铝铜冶金复合管制造方法，其特征在于，激光加热、激光熔覆时保护气氛是：氮气和氢气混合气化，其中氢气控制在1～3%，流量15～25L/min，形成双气帘保护熔池。

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及金属复合材料加工技术领域，具体是一种薄壁铝铜冶金复合管制造方法，尤其适用于需要高导热、耐腐蚀且轻量化的热交换器、制冷管路等工业场景。

背景技术

[0002]现有技术中空调制冷及部件有全部使用铜管制作的，制作方法是：阴极电解铜→重熔→铸造→去氧化皮→连轧→三连拉→盘拉→盘整→检测→退火→包装，这种产品的缺点是成本高，铜器件重量重增加室外机的坠落风险，表面无保护层，易氧化。

[0003]传统铝铜复合管多采用机械压接或钎焊，存在界面结合强度低、热阻大、易腐蚀等问题。如专利公告号为CN101737565B，一种制造铜铝复合管的方法，包括准备内管和包覆带，对内管和包覆带进行表面清理，将经表面清理后的包覆带包覆在经表面清理后的内管的表面，再进行纵向包覆焊接，制得铜铝复合管坯，对铜铝复合管坯进行直线拉拔，且直线拉拔后无张力收卷，成品退火，缠绕收卷、制得成品。这种方法自称铜铝之间可以达到牢固的冶金结合，但实际上仍是机械压接成型。又如专利公开号为CN102418813A，一种铜铝复合管，包括铜层和铝层，铜层在内，铝层在外，在铜层和铝层之间设置有中间夹层，中间夹层为锰层、镍层、铬层中的任一种，在铜层和中间夹层之间具有第一冶金结合层，中间夹层和铝层之间具有第二冶金结合层。等等，这些产品都想获得一种冶金结合层，但并没有公开能获得冶金结合层的技术方案，这些常规手段实际上也并不能获得真正意义上的冶金结合层。

[0004]激光熔覆技术虽可用于异种金属结合，但铝铜因热膨胀系数差异大，易产生裂纹和气孔，这些现有技术问题也阻碍了激光熔覆技术在本领域的应用。

[0005]另外现有复合管表层防护多采用单一涂层，耐候性与附着力不足。

发明内容

[0006]本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种薄壁铝铜冶金复合管制造方法，它具有轻量化、寿命长、导热效果接近铜管、杜绝铜铝电位腐蚀、表面具有纳米复合防护膜、壁厚可达0.6～0.8mm等特点。

[0007]本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种薄壁铝铜冶金复合管制造方法，其特征在于，复合管包括底层铝管、位于铝管外部的冶金合金层、位于冶金合金层外部的外层铜层，以及表层，所述冶金合金层是在铝管表面通过激光加热其表面，使铝表面达到熔融状态，同时把铜材加热到熔融状态，然后喷涂至铝表面，使铜铝形成微米级合金层;所述外层铜层通过激光熔覆形成。

[0008]前述的薄壁铝铜冶金复合管制造方法中，所述底层铝管由铝材通过连续挤压方式获得，在铝管成型时进行冶金合金层和外层铜层的作业，形成连续工艺。

[0009]前述的薄壁铝铜冶金复合管制造方法中，所述表层为高分子改性硅烷纳米复合层，其按重量份包括以下组分：有机硅改性丙烯酸酯10-12份，氟硅树脂2-3份，聚烯烃乳液2份，苯并三氮唑2-2.5份，改性纳米二氧化硅1-2份，改性有机硅1-3份，聚硅氧烷和憎水颗粒混合物0.5-1份，流平剂0.2份，润湿剂0.2份，乙醇5-12份，其余为水。

[0010]前述的薄壁铝铜冶金复合管制造方法中，所述冶金合金层厚度为0.005～0.012mm;铝管壁厚为0.6～0.8mm;铜层厚度为0.04～0.11mm。

[0011]前述的薄壁铝铜冶金复合管制造方法中，所述外层铜层为齿形面或光滑表面，所述齿形面是铝管在激光熔覆的同时做旋转运动，使铜层外表面形成一圈圈的齿形面;所述光滑表面是在激光熔覆成型之后通过磨削抛光处理获得。

[0012]前述的薄壁铝铜冶金复合管制造方法中，在铝管外部冶金合金层成型过程中，向铝管内充氮气0.02～0.06MPA进行冷却，使铝管基体保持固态。

[0013]前述的薄壁铝铜冶金复合管制造方法中，在激光加热、激光熔覆过程中，控制激光离焦距离，其中控制熔池深度为0.008～0.02mm，合金层厚度控制在0.003～0.008mm;激光功率800～1200W，扫描速度8～25mm/s。

[0014]前述的薄壁铝铜冶金复合管制造方法中，冶金合金层、铜层由同轴送粉系统供铜粉材料，铜粉纯度≥99.5%，粒径为15～45μm。

[0015]前述的薄壁铝铜冶金复合管制造方法中，激光加热、激光熔覆时保护气氛是：氮气和氢气混合气化，其中氢气控制在1～3%，流量15～25L/min，形成双气帘保护熔池。

[0016]本方法获得的复合管具有四层结构：底层铝管，通过现有技术连续挤压成型，其壁厚0.6～0.8mm，铝管外层为微米级Cu-Al扩散层，即冶金合金层，然后通过激光覆熔的外层铜层，最后为纳米复合涂层，即封闭层。通过同轴送粉+激光同步熔覆实现冶金结合，合金层厚度精确至0.003～0.008mm;在熔覆过程中，铝管内部充氮气冷却，避免基体熔化。

[0017]本方法通过各工艺参数的严格控制，双气帘保护熔池的设置，使冶金合金层达到真正意义上的技术要求。

[0018]本技术方案以有机硅改性丙烯酸酯、氟硅树脂、聚烯烃乳液作为主成膜物质，能在铜表面形成完整的防护膜;以铜缓蚀剂(苯并三氮唑或巯基苯并噻唑)、改性纳米二氧化硅、等作为辅助成膜物质，与主要成膜物质相互协同，改善膜的防护性能，起到改良防护膜的抗划伤能力，在膜破损情况下，也能起到一定修补作用;以聚硅氧烷和憎水颗粒混合物、流平剂、润湿剂、润湿剂等作为辅助添加剂，以改善封闭液的施工性能，保证良好地与铜表面接触，使封闭层均匀致密地铺在铜表面，改善封闭液与铜的结合力，提高致密性。

[0019]与现有技术相比，本发明的有益效果是：轻量化,比铜管轻2/3，且连续工艺成型成本低，外层铜层使底层铝管完全与外界接触而寿命长，导热效果接近铜管，微米级冶金合金层使铝铜剪切强度大幅提高，并杜绝了铜铝电位腐蚀，表层高分子改性硅烷纳米复合层提高了抗腐蚀能力，壁厚可控制在0.6-0.8mm之间。

附图说明

[0020]图1是本发明的一种复合管截面结构示意图。

[0021]图2是本发明的一种齿形面外层铜层实施例结构示意图。

[0022]图3是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

[0023]下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

[0024]本实施例一种薄壁铝铜冶金复合管制造方法，该复合管的构成如图1所示，包括底层铝管1、位于铝管1外部的冶金合金层2、位于冶金合金层2外部的外层铜层3，以及高分子改性硅烷纳米复合层-表层4。

[0025]铝管1壁厚为0.6～0.8mm，所述冶金合金层2是在铝管1表面通过激光加热，使铝管1表面达到熔融状态，同时把铜材加热到熔融状态，然后喷涂至铝管表面，使铜铝形成微米级合金层，冶金合金层2的厚度为0.005～0.012mm。

[0026]外层铜层3通过激光熔覆形成，铜层3厚度为0.04～0.11mm。

[0027]本方法底层铝管1由铝材通过连续挤压方式获得，在铝管1成型时进行冶金合金层2和外层铜层3的作业，形成连续工艺。

[0028]具体工艺如下：

参见图3，原材料铝杆先进行去氧化皮处理，然后在挤压设备中挤压冷拉成所设定尺寸的铝管1，冷却之后收卷，然后按产品规格定尺校直切断，随后进入冶金合金层2制作阶段。

[0029]本方法中铝铜覆熔冶金技术包括冶金合金层2和外层铜层3的成型。在铝管1毛坯上用高速激光加热+铜粉末冶金技术，铝管1安装在机床上，在激光覆熔同时做旋转运动。铝管1在激光覆熔时表面温度达到溶点温度，由于管壁薄极易熔穿，造成无法覆铜，本方法在冶金合金层2成型过程中，向铝管1内充氮气0.02～0.06MPA进行冷却，使铝管基体保持固态。铝管1为成型产品，两端畅通，充氮气时管内压力小于等于0.06MPa均可避免铝管1变形。

[0030]在激光加热、激光熔覆过程中，控制激光离焦距离，其中控制熔池深度为0.008～0.02mm，合金层厚度控制在0.003～0.008mm。

[0031]工艺参数：激光功率为800～1200W，扫描速度8～25mm/s;送粉速率：2～4g/min，精确控制熔覆层厚度;搭接率：30-40%，确保表面连续无沟槽;光纤激光器(波长1070nm，功率2-4kW)，动态聚焦系统控制光斑直径0.5～1.5mm;两工序均由同轴送粉系统供铜粉材料，铜粉纯度≥99.5%，粒径为15～45μm。

[0032]铝管内充氮流量：流量5-15L/min。

[0033]保护气氛：氮气和氢气混合气化，其中氢气控制在1～3%，流量15～25L/min，形成双气帘保护熔池。

[0034]外层铜层3激光熔覆之后，有两种工艺选择：一是使铜层3外表面形成一圈圈的齿形表面，如图2所示，齿形表面是把铝管安装在机床上，在激光熔覆的同时做旋转运动，使铜层外表面形成一圈圈的齿形面。二是根据客户需要，通过磨床进行抛光处理，使表面光滑，达到挤压纯铜管的表面效果。

[0035]表层4是在铜层3外表面涂覆一层高分子改性硅烷纳米复合层，作为封闭层，该封闭层按重量份包括以下组分：有机硅改性丙烯酸酯10-12份，氟硅树脂2-3份，聚烯烃乳液2份，苯并三氮唑2-2.5份，改性纳米二氧化硅1-2份，改性有机硅1-3份，聚硅氧烷和憎水颗粒混合物0.5-1份，流平剂0.2份，润湿剂0.2份，乙醇5-12份，其余为水。

[0036]经试验，通过本实施例获得的薄壁铝铜冶金复合管，由于纳米级冶金合金层的作用，使铝铜剪切强度≥80MPa，对比传统钎焊提高30%以上。对纳米复合表层进行盐雾试验，≥1000小时无起泡现象。

[0037]在表层4高分子改性硅烷纳米复合层完成之后，进行管口毛刺处理，然后检测之后进行包装。

[0038]上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下，由本发明启发所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

说明书附图(3)