一種無縫燒結金屬粉末過濾膜管的製備方法
2023-05-13 03:20:41 1
專利名稱：一種無縫燒結金屬粉末過濾膜管的製備方法
一種無縫燒結金屬粉末過濾膜管的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種屬於過濾設備技術領域，涉及一種利用陶瓷管作為冷等靜壓成型
的模具和高溫燒結載體的無縫燒結金屬粉末過濾膜管的製備方法。背景技術：
膜分離技術是現代化工和環保的重要組成部分，是21世紀的新興高科技產業之 一。膜分離技術的特點是高效、節能和無汙染，被廣泛應用於石油化工、普通化工、火力發 電、現代醫藥和冶金等許多領域。從種類上可分為有機膜和無機膜。無機膜主要有陶瓷材 質和金屬材質，無機膜的機械強度高，可在較高的壓力下使用，而不會造成膜組件和膜材料 的變形和損壞。無機膜的另一個優點是耐高溫，是高溫介質過濾的必需材料。與陶瓷膜相 比，金屬膜更加易於通過焊接等手段組成膜組件，而陶瓷膜管的封裝要複雜得多。另外，金 屬膜耐熱衝擊的能力更佳，不會在使用過程中發生脆裂。 目前，金屬膜管的製備方法主要有兩個其一是採用金屬粉末燒結板作為原材料， 通過衝壓巻圓和中縫焊接等步驟進行製作。另一個方法就是採用冷等靜壓法生產無縫過濾 膜管。金屬粉末燒結板衝壓巻圓法生產的過濾膜管的焊接中縫減少了有效過濾面積。由於 在焊接過程中，中縫附近的熱敏感區的冶金組織發生了有害變化，在高溫和強腐蝕的使用 條件下，經常會發生腐蝕損壞和斷裂現象，因而，過濾膜管的使用壽命會大大縮短。現有技 術的等靜壓法採用中間的鋼棒作為剛性模，而作為彈性模的橡皮包套是在整個壓制模的最 外面。圖l是現有技術等靜壓法的示意圖，金屬粉末l是填充在中心的鋼棒(如圖中剛性模 具6)和外面彈性模(如圖中橡膠包套7)的空隙部分，當密封好的壓制模放入冷等靜壓機 的高壓液腔內壓制時，彈性模產生從外到內的收縮，從而達到金屬粉末1壓製成型的目的。 壓制完成後，過濾膜管的胚體從中心的鋼棒上抽出。然後，金屬粉末過濾膜管胚體再放置到 真空高溫燒結爐中進行高溫燒結。此方法生產的金屬粉末過濾膜管是無縫形式的，克服了 中縫焊接過程中對材料冶金結構的破壞。但是，壓制後的金屬粉末過濾膜管胚體需要人工 拿放，很難避免破裂損壞；另一方面，金屬粉末過濾膜管的胚體是單獨放在高溫真空燒結爐 中進行燒結處理。由於沒有剛性耐熱模具的支撐，在燒結過程中不可避免地發生燒結形變 從而導致生產的無縫金屬粉末過濾膜管的直線度和圓度差。現有的技術水平生產的無縫金 屬粉末過濾膜管的直線度通常在O. 5-2%之間，圓度大約在+/-1-5!11111之間；另外，現有技術 生產的金屬粉末過濾膜管的外表面的光潔度較差，不適合反吹反衝洗的連續作業。
發明內容
為了克服現有技術的上述缺點，本發明提供一種能大幅度提高金屬粉末過濾膜管 的直線度、圓度、壁厚的均勻性和外表面光滑度，特別適合於工業生產中反吹發衝洗等在線 連續作業的無縫燒結金屬粉末過濾膜管的製備方法。 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種無縫燒結金屬粉末過濾膜管的 製備方法，包括以下步驟
第一步將準確稱重的金屬粉末與適量的添加劑經過充分混合，根據設計的過濾 精度來選定金屬粉末的顆粒及分布，金屬粉末是不鏽鋼粉末、鎳基合金、金屬鎳、鈦、銅或其 n i ; 第二步選取合適的陶瓷管作為壓製成型的剛性模具，陶瓷管是剛玉管、高鋁管、 氧化鋯管或及其材質的陶瓷管，同時選取合適的彈性模具，彈性模具的材質是聚氨酯、矽橡 膠或乳膠，彈性模具採用管狀橡膠包套，並把上述各個配件組裝到一起作為下一步冷等靜 壓所需的模具； 第三步把第一步準備的金屬粉末和添加劑添加到由陶瓷管內壁和彈性模具 外壁之間的空間裡，並將彈性模具的兩個端頭密封，然後放入到冷等靜壓機的高壓腔的 液體中進行等靜壓並壓製成型，根據各種金屬粉末的壓制要求，冷等靜壓的壓力控制在 50MPa-300MPa之間； 第四步經冷等靜壓並壓製成型完成後，取出彈性模具部分，經壓製成型的管式金 屬粉末過濾膜管的胚體附著在陶瓷管的內壁，再把陶瓷管和壓製成型的金屬粉末過濾膜管 胚體一同放入真空高溫燒結爐中進行高溫燒結，燒結溫度通常在700-145(TC之間，燒結後 的金屬粉末過濾膜管產生緻密化的收縮，從燒結載體的陶瓷管內壁脫落開來，取出燒結後 的金屬粉末過濾膜管成品，作為過濾用的濾芯。 本發明的有益效果是一是利用陶瓷管作為壓製成型的剛性模具，大幅提高了生 產工藝的效率和產品的產率，由於壓制後(未燒結前)的胚體強度低，很容易脆裂，採用本 發明的生產工藝避免了工人直接用手拿放和傳輸壓制後的金屬粉末過濾膜管胚體，避免了 在這個環節中的破損機率；同時，用陶瓷管作為高溫燒結中的載體，大大減少了胚體在燒結 過程中的損壞機率，從而大幅提高了成品的產率。二是本發明的特點是高溫燒結過程中，陶 瓷管是作為壓制後金屬粉末過濾膜管胚體的載體，胚體是附著在陶瓷管的內壁上的，本發 明有效地利用了陶瓷管耐高溫和不會在本發明的燒結溫度下產生形變，這樣製備的金屬粉 末過濾膜管的直線度可達到千分之一，圓度公差為+/-0. 5mm，遠優於現有技術所能達到的 直線度和圓度。三是本發明利用陶瓷管光滑的內壁作為等靜壓壓制的壓制面，從而製備出 外表面光滑的金屬粉末過濾膜管，這樣的產品特別適合於反吹反衝洗的連續生產過程，光 滑的外表面減少了汙染物在過濾膜管外壁的附著力，有利於反吹反衝洗再生過程。四是與 現有技術相比，本發明生產的金屬粉末過濾膜管的孔隙率要高5%左右，從而可以提高膜管 的流體滲透能力，利用陶瓷管作為等靜壓壓製成型的剛性模，可以降低所需的壓制壓力，另 一個優點是壁厚的均勻性大幅改善。
圖1是現有技術冷等靜壓法製備無縫金屬膜管胚體示意圖； 圖2是本發明冷等靜壓法製備無縫金屬粉末過濾膜管胚體示意圖。 圖中l-金屬粉末，2-橡膠內膜，3-橡膠堵頭，4-陶瓷模，5-橡膠密封套，6-剛性
模具，7-橡膠包套。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明
參見圖2，一種無縫燒結金屬粉末過濾膜管的製備方法，包括以下步驟
第一步將準確稱重的金屬粉末與適量的添加劑經過充分混合，根據設計的過濾 精度來選定金屬粉末的顆粒及分布，金屬粉末是不鏽鋼粉末、鎳基合金、金屬鎳、鈦、銅或其 合金；第二步選取合適的陶瓷管作為壓製成型的剛性模具(如圖中陶瓷模4)，陶瓷管是剛 玉管、高鋁管、氧化鋯管或及其材質的陶瓷管，同時選取合適的彈性模具(如圖中橡膠內膜 2)，彈性模具的材質是聚氨酯、矽橡膠或乳膠，並把上述各個配件組裝到一起作為下一步冷 等靜壓所需的模具；第三步把第一步準備的金屬粉末和添加劑添加到由陶瓷管內壁和彈 性模具(管狀橡膠包套)外壁之間的空間，並將彈性模具的兩個端頭密封(如圖中橡膠堵 頭2)，然後放入到冷等靜壓機的高壓腔的液體中進行等靜壓並壓製成型，根據各種金屬粉 末的壓制要求，冷等靜壓的壓力控制在50MPa-300MPa之間；第四步經冷等靜壓並壓製成 型完成後，取出彈性模具部分，壓製成型的管式金屬粉末過濾膜管的胚體附著在陶瓷管的 內壁，把陶瓷管和壓製成型的金屬粉末過濾膜管胚體一同放入真空高溫燒結爐中進行高溫 燒結，燒結溫度通常在700-145(TC之間，燒結後，金屬粉末過濾膜管產生緻密化的收縮，從 燒結載體的陶瓷管內壁脫落開來，取出燒結後的金屬粉末過濾膜管成品，作為過濾用的濾 芯。其中上述彈性模具採用管狀橡膠包套。 本發明的顯著特點就是利用陶瓷管作為金屬粉末過濾膜管成型的剛性模具，並利 用陶瓷管作為金屬粉末過濾膜管高溫燒結的載體。本發明的無縫金屬粉末過濾膜管制備方 法中採用的陶瓷管可以是剛玉管、高鋁管、氧化鋯管、石英管或其它能耐高溫、耐壓耐磨的 陶瓷材料。本方法採用的陶瓷管的直線度應達到千分之三，直徑的圓度應達到+/-0. 5mm。 此要求可通過嚴格的陶瓷管生產工藝來達到，也可以通過後期的機械加工的方法實現，如 深孔鑽，內圓磨和精密鏜床等。陶瓷管的壁厚一般為3-15mm之間，其長度和內外直徑要根 據待生產的無縫金屬粉末過濾膜管的要求確定和調整。因為本發明利用陶瓷管的內表面作 為成型的壓制面，所以陶瓷管的內壁要光滑，這樣才能生產出外表面光滑的金屬粉末過濾 膜管，金屬粉末過濾膜管的壓製成型是採用冷等靜壓法來實現。彈性模採用的是聚氨酯、矽 橡膠和乳膠等材質。用於製造無縫金屬粉末過濾膜管的金屬粉末可以是不鏽鋼粉末、鎳基 合金、金屬鎳、鈦、銅基合金等。 實施例1 :採用剛玉管為壓制的剛性模和高溫燒結的載體，其外徑60mm、內徑 50mm、長度1080mm(直線度1%。)，彈性模長度為1200mm、外徑為42mm、厚度為5mm的聚氨酯 包套。選用平均粒度為75iim的316L不鏽鋼粉末作為製備金屬粉末過濾膜管的原材料。把 重量大約為1200g的不鏽鋼粉末添加到模腔裡後密封，冷等靜壓壓制的壓力為200MPa，壓 制後的成型管狀胚體附著在剛玉陶瓷管的內壁上。壓制後的金屬粉末過濾膜管胚體連同剛 玉管一起放入高溫真空燒結爐裡。燒結工藝的升溫速率為5t:，在125(TC下保溫1. 5小時， 燒結氣氛為真空。然後隨爐冷卻至50(TC後，衝入氬氣強制冷卻至室溫。燒結後，金屬粉末 過濾膜管會發生緻密化收縮，從而與作為燒結載體的剛玉管自然分離。這樣製得的不鏽鋼 過濾膜管的壁厚為2. 8mm左右，過濾精度為10 y m。 實施例2 :採用含80%氧化鋁的高鋁管為壓制的剛性模和高溫燒結的載體，其外 徑50mm、內徑35mm、長度580mm(直線度1%。)。彈性模長度為6200mm、外徑為42mm、厚度 為5mm的聚氨酯包套。選用平均粒度為25 ii m的316L不鏽鋼粉末作為製備金屬粉末過濾 膜管的原材料。把重量為550g的不鏽鋼粉末添加到模腔裡後密封。冷等靜壓壓制的壓力180MPa，壓制後的成型管狀胚體附著在高鋁管的內壁上。壓制後的金屬粉末過濾膜管胚體 連同高鋁管一起放入高溫真空燒結爐裡。燒結工藝的升溫速率為5t:，在120(TC下保溫1. 5 小時，燒結氣氛為真空。然後隨爐冷卻至50(TC後，衝入氬氣強制冷卻至室溫。燒結後，金屬 粉末過濾膜管會發生緻密化收縮，從而與作為燒結載體的剛玉管自然分離。這樣製得的不 鏽鋼過濾膜管的壁厚為2. 8mm左右，過濾精度為5ym。 實施例3 :採用含80%氧化鋁的高鋁管為壓制的剛性模和高溫燒結的載體，其外 徑75mm、內徑60mm、長度1080mm(直線度1%。)，彈性模長度為1200mm、外徑為52mm、厚度為 5mm的聚氨酯包套。選用平均粒度為125 y m的316L不鏽鋼粉末作為製備金屬粉末過濾膜 管的原材料。把重量為1400g的不鏽鋼粉末添加到模腔裡後密封。冷等靜壓壓制的壓力 250MPa，壓制後的成型管狀胚體附著在陶瓷管的內壁上。壓制後的金屬粉末過濾膜管胚體 連同高鋁管一起放入高溫真空燒結爐裡。燒結工藝的升溫速率為5t:，在125(TC下保溫2. 0 小時，燒結氣氛為真空。然後隨爐冷卻至50(TC後，衝入氬氣強制冷卻至室溫。燒結後，金屬 粉末過濾膜管會發生緻密化收縮，從而與作為燒結載體的剛玉管自然分離。這樣製得的不 鏽鋼過濾膜管的壁厚為2. 8mm左右，過濾精度為20 y m。 實施例4:採用剛玉管為壓制的剛性模和高溫燒結的載體，其外徑50mm、內徑 40mm、長度1080mm(直線度1%。)；彈性模長度為1200mm、外徑為42mm、厚度為4mm的矽橡 膠包套。選用平均粒度為25ym的Hastelloy X作為製備金屬粉末過濾膜管的原材料。把 重量為1200g的粉末添加到模腔裡後密封。冷等靜壓壓制的壓力250MPa，壓制後的成型管 狀胚體附著在剛玉陶瓷管的內壁上。壓制後的金屬粉末過濾膜管胚體連同剛玉管一起放入 高溫真空燒結爐裡。燒結工藝的升溫速率為5t:，在130(TC下保溫2. 0小時，燒結氣氛為真 空。然後隨爐冷卻至50(TC後，衝入氬氣強制冷卻至室溫。燒結後，金屬粉末過濾膜管會發 生緻密化收縮，從而與作為燒結載體的剛玉管自然分離。這樣製得的不鏽鋼過濾膜管的壁 厚為2. 7mm左右，過濾精度為2 y m。 實施例5 :採用氧化鋯陶瓷管為壓制的剛性模和高溫燒結的載體，其外徑80mm、內 徑65mm、長度350mm(直線度1%。)，彈性模長度為420mm、外徑為55mm、厚度為5mm的聚氨酯 包套。選用平均粒度為25ym的INC0NEL 600作為製備金屬粉末過濾膜管的原材料。把重 量為400g的粉末添加到模腔裡後密封。冷等靜壓壓制的壓力250MPa，壓制後的成型管狀 胚體附著在氧化鋯陶瓷管的內壁上。壓制後的金屬粉末過濾膜管胚體連同陶瓷管一起放入 高溫真空燒結爐裡。燒結工藝的升溫速率為4t:，在132(TC下保溫2. 0小時，燒結氣氛為真 空。然後隨爐冷卻至50(TC後，衝入氬氣強制冷卻至室溫。燒結後，金屬粉末過濾膜管會發 生緻密化收縮，從而與作為燒結載體的剛玉管自然分離。這樣製得的不鏽鋼過濾膜管的壁 厚為3. 7mm左右，過濾精度為2 y m。 實施例6:採用剛玉管為壓制的剛性模和高溫燒結的載體，其外徑65mm、內徑 50mm、長度780mm(直線度1%。)，彈性模長度為900mm、外徑為42mm、厚度為4mm的矽橡膠包 套。選用平均粒度為45iim的不鏽鋼310SC作為製備金屬粉末過濾膜管的原材料。把重量 為800g的粉末添加到模腔裡後密封。冷等靜壓壓制的壓力250MPa，壓制後的成型管狀胚 體附著在剛玉陶瓷管的內壁上。壓制後的金屬粉末過濾膜管胚體連同剛玉管一起放入高溫 真空燒結爐裡。燒結工藝的升溫速率為5t:，在128(TC下保溫2. 0小時，燒結氣氛為真空。 然後隨爐冷卻至50(TC後，衝入氬氣強制冷卻至室溫。燒結後，金屬粉末過濾膜管會發生緻密化收縮，從而與作為燒結載體的剛玉管自然分離。這樣製得的不鏽鋼過濾膜管的壁厚為 2. 9mm左右，過濾精度為2 y m。 實施例7 :採用80%高鋁管為壓制的剛性模和高溫燒結的載體，其外徑40mm、內徑 30mm、長度580mm (直線度1%。)，彈性模長度為650mm、外徑為20mm、厚度為4mm的矽橡膠包 套。選用平均粒度為75iim的不鏽鋼317L作為製備金屬粉末過濾膜管的原材料。把重量 為400g的粉末添加到模腔裡後密封。冷等靜壓壓制的壓力250MPa，壓制後的成型管狀胚 體附著在高鋁陶瓷管的內壁上。壓制後的金屬粉末過濾膜管胚體連同高鋁管一起放入高溫 真空燒結爐裡。燒結工藝的升溫速率為fC，在127(TC下保溫2. 0小時，燒結氣氛為真空。 然後隨爐冷卻至50(TC後，衝入氬氣強制冷卻至室溫。燒結後，金屬粉末過濾膜管會發生致 密化收縮，從而與作為燒結載體的剛玉管自然分離。這樣製得的不鏽鋼過濾膜管的壁厚為 2. 7mm左右，過濾精度為10 y m。
權利要求
一種無縫燒結金屬粉末過濾膜管的製備方法，其特徵是包括如下步驟第一步將準確稱重的金屬粉末與適量的添加劑經過充分混合，根據設計的過濾精度來選定金屬粉末的顆粒及分布，金屬粉末是不鏽鋼粉末、鎳基合金、金屬鎳、鈦、銅或其合金；第二步選取合適的陶瓷管作為壓製成型的剛性模具，同時選取合適的彈性模具，並把上述各個配件組裝到一起作為下一步冷等靜壓所需的模具；第三步把第一步準備的金屬粉末和添加劑添加到由陶瓷管內壁和彈性模具外壁之間的空間裡，並將彈性模具的兩個端頭密封，然後放入到冷等靜壓機的高壓腔的液體中進行等靜壓並壓製成型，根據各種金屬粉末的壓制要求，冷等靜壓的壓力控制在50MPa-300MPa之間；第四步經冷等靜壓並壓製成型完成後，取出彈性模具部分，經壓製成型的管式金屬粉末過濾膜管的胚體附著在陶瓷管的內壁，再把陶瓷管和壓製成型的金屬粉末過濾膜管胚體一同放入真空高溫燒結爐中進行高溫燒結，燒結溫度通常在700-1450℃之間，燒結後的金屬粉末過濾膜管產生緻密化的收縮，從燒結載體的陶瓷管內壁脫落開來，取出燒結後的金屬粉末過濾膜管成品，作為過濾用的濾芯。
2. 如權利要求1所述的無縫燒結金屬粉末過濾膜管的製備方法，其特徵是所述彈性 模具的材質是聚氨酯、矽橡膠或乳膠。
3. 如權利要求1或2所述的無縫燒結金屬粉末過濾膜管的製備方法，其特徵是所述 彈性模具採用管狀橡膠包套。
4. 如權利要求1所述的無縫燒結金屬粉末過濾膜管的製備方法，其特徵是所述陶瓷 管是剛玉管、高鋁管、氧化鋯管或及其材質的陶瓷管。
全文摘要
本發明涉及一種無縫燒結金屬粉末過濾膜管的製備方法，經選料、稱重及混合後的金屬粉末和添加劑裝到陶瓷管內壁和彈性模具外壁之間的空間裡，然後放入到冷等靜壓機的高壓腔的液體中進行等靜壓並壓製成型，把壓製成型的金屬粉末過濾膜管胚體進行高溫燒結，燒結後分離，製得成品。採用陶瓷管作為成型和燒結過程中的載體，能大幅度提高金屬粉末過濾膜管的直線度、圓度、壁厚的均勻性和產品的使用壽命，同時產品外表面光滑，有利於改善金屬粉末過濾膜管在線使用過程中的反衝洗性能。
文檔編號B01D29/31GK101708400SQ200910194268
公開日2010年5月19日 申請日期2009年12月1日 優先權日2009年12月1日
發明者徐小平 申請人:韶關市貝瑞過濾科技有限公司