一種金屬粉末真空燒結成型的方法

2023-06-03 18:52:36

一種金屬粉末真空燒結成型的方法
【專利摘要】本發明涉及真空熱處理設備領域。真空脫脂燒結爐，包括爐座及固定在其上的燒結爐，還包括與燒結爐相連的充氣裝置、水冷裝置、抽真空裝置和脫脂裝置。該真空脫脂燒結爐的優點是結構新穎，保溫性能好，一次脫脂率高。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本發明涉及金屬粉末真空燒結成型的方法。 一種金屬粉末真空燒結成型的方法

【背景技術】
[0002] 金屬粉末真空燒結成型的方法基本都由上料、抽真空、脫脂和高溫燒結四個步驟 組成。現有的金屬粉末真空燒結成型的方法中普遍存在脫脂工序複雜導致生產成本高的問 題。


【發明內容】

[0003] 本發明的目的是為了解決上述現有金屬粉末真空燒結成型的方法存在的不足，提 供一種工藝新穎，脫脂方便且一次脫脂率高的金屬粉末真空燒結成型的方法。
[0004] 為了實現上述發明目的，本發明採用了以下的技術方案：
[0005] -種金屬粉末真空燒結成型的方法，步驟依次包括以下步驟：（1)上料，將待加工 的金屬粉末產品放入真空脫脂燒結爐的爐膛中；(2)抽真空，對真空脫脂燒結爐的爐膛進 行抽真空處理；(3)脫脂，清除金屬粉末產品中的成型劑；(4)高溫燒結；所述真空脫脂燒結 爐包括燒結爐和與其相連的抽真空裝置和脫脂裝置；燒結爐包括爐門和爐體，爐體內的內 隔熱門將爐體內的爐膛中部密封，內隔熱門的內側邊緣壁上設有碳氈保溫層，用於放置金 屬粉末產品的石墨儲料箱處於密封的爐膛內；脫脂裝置包括第一閥門、脫脂管、集脂罐、收 集桶、第一脫脂罐、第二脫脂罐、防回水箱、第二閥門、水環式真空泵、過濾箱、排氣口、冷熱 水開關和多個紋管減震器，脫脂管通過出氣管連通爐膛，沿脫脂管的進口至出口方向第一 閥門、集脂罐、第一脫脂罐、第二脫脂罐、防回水箱和水環式真空泵依次排列在脫脂管上，第 二閥門處於防回水箱和水環式真空泵之間的脫脂管上，脫脂管出口端連接過濾箱，排氣口 設在過濾箱上；與集脂罐相連的收集桶處於集脂罐的底部；多個紋管減震器均安裝在靠近 爐體的脫脂管上；集脂罐、第一脫脂罐和第二脫脂罐按裝配位置的高度由下往上依次排列， 第一脫脂罐和第二脫脂罐內均設有冷凝棒；集脂罐、第一脫脂罐和第二脫脂罐內均設有與 熱水管和冷水管，冷熱水開關與脫脂管及集脂罐、第一脫脂罐和第二脫脂罐內的熱水管和 冷水管相連；第一閥門與第二脫脂罐之間的脫脂管由第一脫脂管、第二脫脂管和第三脫脂 管構成，第一脫脂管兩端分別連接第一閥門和集脂罐，第一脫脂管與集脂罐的連接處處於 集脂罐的下部，且收集桶的位置處於第一脫脂管與集脂罐的連接處的下方；第二脫脂管的 底端連接集脂罐的上部，第二脫脂管的頂端連接第一脫脂罐的下部，第三脫脂管的底端連 接第一脫脂罐的上部，第三脫脂管的頂端連接第二脫脂罐的下部；所述脫脂是：先對爐膛 內加溫，加溫過程由20度開始上升直到650度脫脂結束，冷熱水開關控制脫脂管通熱水，集 脂罐、第一脫脂罐和第二脫脂罐內的冷水管通冷水；開啟水環式真空泵，先開第二閥門，再 開第一閥門，石墨儲料箱內的金屬粉末產品內部因高溫溶解出來的混合物通過出氣管進入 脫脂管，依次經過集脂罐、第一脫脂罐和第二脫脂罐，脂類物質遇到第一脫脂罐和第二脫脂 罐內的冷凝棒，脂類物質凝固在冷凝棒的表面上，剩餘混合物通過脫脂管進入過濾箱，最後 由排氣口排出；接著，脫脂管通熱水，集脂罐、第一脫脂罐和第二脫脂罐內的熱水管通熱水， 熱水溫度在63-99度之間，第一脫脂罐和第二脫脂罐上凝結的脂類物質開始溶脂，流落至 收集桶完成脫脂。
[0006] 作為優選，抽真空裝置包括真空管、氣動高真空擋板閥、第一波紋管減震器、羅茨 真空泵、第二波紋管減震器、旋片式真空泵、真空泵機座和排氣管；旋片式真空泵和羅茨真 空泵安裝在真空泵機座上，真空管進氣口處於爐體內，真空管出氣口連通排氣管，氣動高真 空擋板閥、羅茨真空泵和旋片式真空泵沿進氣至出氣的方向依次設置在真空管上，第一波 紋管減震器設在氣動高真空擋板閥與羅茨真空泵之間的真空管上，第二波紋管減震器設在 羅茨真空泵與旋片式真空泵之間的真空管上。
[0007] 作為優選，脫脂管上的多個紋管減震器包括第三波紋管減震器、第四波紋管減震 器和第五波紋管減震器，第三波紋管減震器處於第一脫脂管上，第四波紋管減震器處於第 二脫脂管上，第五波紋管減震器處於第二脫脂罐與防回水箱之間的脫脂管上。
[0008] 作為優選，高溫燒結的溫度是1300-1500度。
[0009] 採用了上述技術方案的一種金屬粉末真空燒結成型的方法，依次包括上料、抽真 空、脫脂和高溫燒結，脫脂是由出氣管、脫脂管和水環式真空泵將爐膛內的脂類物質抽出， 並通過收集桶和過濾箱完成收集和過濾，一次脫脂率高，一般可以達到99. 98 %。該金屬粉 末真空燒結成型的方法的優點是工藝新穎，脫脂方便且一次脫脂率高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1 :本發明實施例的示意圖。
[0011] 圖2 :本發明實施例中爐體的結構示意圖。
[0012] 圖3 :本發明實施例中燒結爐與抽真空裝置的結構示意圖。
[0013] 圖4 :本發明實施例中燒結爐與脫脂裝置的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0014] 下面結合圖1-4對本發明的【具體實施方式】做一個詳細的說明。
[0015] 一種金屬粉末真空燒結成型的方法，步驟依次包括以下步驟：（1)上料，將待加工 的金屬粉末產品放入真空脫脂燒結爐的爐膛中；（2)抽真空，對真空脫脂燒結爐的爐膛進 行抽真空處理；（3)脫脂，清除金屬粉末產品中的成型劑；(4)高溫燒結。
[0016] 如圖1-4所示的真空脫脂燒結爐，包括爐座2、固定在爐座上的燒結爐1，以及與燒 結爐相連的充氣裝置3、水冷裝置4、抽真空裝置5和脫脂裝置6。
[0017] 燒結爐1包括爐門11和爐體12,爐門11和爐體12通過合頁13相連，爐門11上 設置拉手15,沿爐門11和爐體12的邊緣設置多組爐門鎖緊件14。
[0018] 爐體內設有內隔熱門121、石墨儲料箱125、滑輪122、託架123和出氣管124,內隔 熱門121將爐體12內的爐膛126中部密封，內隔熱門121的內側邊緣壁上設有碳氈保溫 層，石墨儲料箱125處於密封的爐膛126內，託架123固定在爐體12的內側壁上，石墨儲料 箱125通過滑輪122設置在託架123的上部，石墨儲料箱125通過滑輪122在託架123上 滑動，出氣管124上端處於密封的爐膛126內，出氣管124下端處於爐體12外。
[0019] 爐體12的外殼為冷夾套，外層為碳鋼內層為高溫不鏽鋼，儲料箱採用石墨材料制 造，內隔熱門121將爐體12內的爐膛126中部密封，內隔熱門121的內側邊緣壁上設有碳 氈保溫層，不僅阻止了爐內熱量流失提高了保溫的效果，同時也解決了不鏽鋼無法在高溫 度高壓力的情況下正常有效使用的問題。
[0020] 充氣裝置3包括流量計31、壓力表32、超壓安全閥34和充氣閥33,流量計31、壓 力表32、超壓安全閥34和充氣閥33的充氣閥開關處於爐體12的外側壁上，充氣閥33的的 充氣口處於爐體12內。在脫脂階段可根據產品脂含量的多少，通過充氣閥適當向爐體內充 入微量Ar氣，實現定向氣流脫脂，並通過流量計和壓力表對爐體內參數進行監測，包括對 充入爐內的Ar氣流量進行大小調節，當爐體內過壓時，通過超壓安全閥自動洩壓，確保真 空脫脂燒結爐運行安全。
[0021] 水冷裝置4包括爐體12外的回水箱41和與其相連的循環水管路42,循環水管路 42連接爐門11、爐體12和爐體內的託架123,水冷裝置4主要用於燒結爐1的降溫。
[0022] 抽真空裝置5包括真空管51、氣動高真空擋板閥52、第一波紋管減震器53、羅茨真 空泵54、第二波紋管減震器55、旋片式真空泵56、排氣管57和真空泵機座58。旋片式真空 泵56和羅茨真空泵54安裝在真空泵機座58上，旋片式真空泵56和羅茨真空泵54前方的 真空管51上分別安裝過濾器，濾除抽氣過程中的雜質，提高旋片式真空泵56和羅茨真空泵 54的使用壽命。真空管51進氣口處於爐體12內，真空管51出氣口連通排氣管57,氣動高 真空擋板閥52、羅茨真空泵54和旋片式真空泵55沿進氣至出氣的方向依次設置在真空管 51上，第一波紋管減震器53設在氣動高真空擋板閥52與羅茨真空泵54之間的真空管51 上，第二波紋管減震器55設在羅茨真空泵54與旋片式真空泵56之間的真空管51上。
[0023] 抽真空裝置5的作用是在燒結之前將燒結爐1的爐體內抽真空，提高燒結的效率。 尤其是使用旋片式真空泵56和羅茨真空泵54配合抽真空，效率高，氣動高真空擋板閥52 的作用是防止空氣回流。第一波紋管減震器53和第二波紋管減震器55的作用是對燒結爐 1進行減震處理，產品在脫脂後到燒結的過程中產品的結構性能大幅度降低，燒結爐的振動 過大直接影響石墨儲料箱125內產品的合格率。
[0024] 脫脂裝置6包括第一閥門61、脫脂管62、集脂罐63、收集桶64、第一脫脂罐65a、第 二脫脂罐65b、防回水箱66、第二閥門67、水環式真空泵68、過濾箱69、排氣口 691和多個紋 管減震器6a。脫脂管62的進口端連接爐體12外外的出氣管124,第一閥門61安裝在脫脂 管62與出氣管124的連接處。沿脫脂管62的進口至出口方向集脂罐63、第一脫脂罐65a、 第二脫脂罐65b、防回水箱66和水環式真空泵68依次排列在脫脂管62上，第二閥門67處 於防回水箱66和水環式真空泵68之間的脫脂管62上，脫脂管62出口端連接過濾箱69,排 氣口 691設在過濾箱69上。與集脂罐63相連的收集桶64處於集脂罐63的底部。第一脫 脂罐65a和第二脫脂罐65b內均設有冷凝棒651。集脂罐63、第一脫脂罐65a和第二脫脂 罐65b內均設有熱水管和冷水管，冷熱水開關與脫脂管62及集脂罐63、第一脫脂罐65a和 第二脫脂罐65b內的熱水管和冷水管相連並控制它們的通水情況。水環式真空泵68是採 用水做介質來抽真空進行脫脂的，集脂罐63、第一脫脂罐65a和第二脫脂罐65b通冷水用以 吸附和固定脂類物質，通熱水使脫脂管62和集脂罐63的溫度高於脂類物質的溶化溫度，以 避免對脫脂管62的堵塞，同時可以清集脂罐63內冷凝棒651上冷凝和捕集得到的脂類物 質。
[0025] 第二閥門67的一個作用是減少水環式真空泵68啟車時的負合，由於脫脂管62很 長，第二閥門67的另一個作用是方便檢測脫脂管62卸漏率。防回水箱66的作用是防止第 一閥門61和第二閥門67開啟是脫脂管62內真空度出現真空差產生倒吸的情況。
[0026] 第一閥門61與第二脫脂罐65b之間的脫脂管62由第一脫脂管621、第二脫脂管 622和第三脫脂管623構成，第一脫脂管621兩端分別連接第一閥門61和集脂罐63,第一 脫脂管621與集脂罐63的連接處處於集脂罐63的下部，且收集桶64的位置處於第一脫脂 管621與集脂罐63的連接處的下方，收集桶64可以更好的收集溶化後向下滑落的脂類物 質。第二脫脂管622的底端連接集脂罐63的上部，第二脫脂管622的頂端連接第一脫脂罐 65a的下部，第三脫脂管623的底端連接第一脫脂罐65a的上部，第三脫脂管623的頂端連 接第二脫脂罐65b的下部。集脂罐63、第一脫脂罐65a和第二脫脂罐65b按裝配位置的高 度由下往上依次排列，第一脫脂罐65a和第二脫脂罐65b均按進口部低出口部高傾斜排列， 這樣排列的主要目的是在溶脂的時侯讓溶下來的脂類物質主要是成型劑順著傾斜度流入 收集桶內，起導向作用，提高收脂的效率。
[0027] 多個紋管減震器6a均安裝在靠近爐體12的脫脂管62上，多個紋管減震器6a包 括第三波紋管減震器6al、第四波紋管減震器6a2和第五波紋管減震器6a3,第三波紋管減 震器6al處於第一脫脂管621上，第四波紋管減震器6a2處於第二脫脂管622上，第五波紋 管減震器6a3處於第二脫脂罐65b與防回水箱66之間的脫脂管62上，紋管減震器6a是為 了更高的提升減震效果，在遠離爐體12的脫脂管62上也可以設置紋管減震器6a，例如防回 水箱66和水環式真空泵68之間的脫脂管62上還可以設置第六紋管減震器。紋管減震器 6a的作用是對燒結爐1進行減震處理，產品在脫脂後到燒結的過程中產品的結構性能大幅 度降低，燒結爐的振動過大直接影響石墨儲料箱125內產品的合格率。
[0028] -種金屬粉末真空燒結成型的方法，步驟依次包括以下步驟：
[0029] (1)上料，將待加工的金屬粉末產品擺放在石墨儲料箱125內，依次關閉內隔熱門 121和爐門11，通過爐門鎖緊件14鎖緊爐門11 ;
[0030] (2)抽真空，開啟旋片式真空泵56和氣動高真空擋板閥52,通過旋片式真空泵56 對爐體內進行抽真空處理，抽出的氣體由排氣管排出，待爐體內真空抽至1. 0X10-3託再開 啟羅茨真空泵54,將爐內真空抽至1. 0X10-1託，爐體內抽真空完成關閉旋片式真空泵56、 羅茨真空泵54和氣動高真空擋板閥52 ;
[0031] (3)脫脂，對爐膛內加溫，加溫過程由20度開始上升直到650度脫脂結束，冷熱水 開關控制脫脂管62通熱水，集脂罐63、第一脫脂罐65a和第二脫脂罐65b內的冷水管通 冷水；開啟充氣閥，流量計顯示達到產品工藝要求的流量20-230L/min,開啟水環式真空泵 68,先開第二閥門67,再開第一閥門61，石墨儲料箱125內的金屬粉末產品內部因高溫溶解 出來的混合物，包含氮氣、氫氣、主要是成型劑等脂類物質通過出氣管進入脫脂管62,依次 經過集脂罐63、第一脫脂罐65a和第二脫脂罐65b，利用冷凝法的原理，成型劑等脂類物質 遇到第一脫脂罐65a和第二脫脂罐65b內的冷凝棒651，成型劑等脂類物質與氮氣氫氣等氣 氛分離後凝固在冷凝棒651的表面上，氮氣氫氣等氣氛通過脫脂管62進入過濾箱69,最後 由排氣口 691排出；脫脂管62通熱水，集脂罐63、第一脫脂罐65a和第二脫脂罐65b內的 熱水管通熱水，熱水溫度在63-99度之間，熱水溫度隨成型劑等脂類物質溶點進行調整，一 般的成型劑等脂類物質溶點是60-90度之間，熱水溫度高出成型劑溶點3-9度，第一脫脂罐 65a和第二脫脂罐65b上凝結的成型劑等脂類物質開始溶脂，最後流落至收集桶64完成脫 脂；
[0032] (4)對完成脫脂處理的金屬粉末產品進行高溫燒結，使其成型，高溫燒結的溫度是 1300-1500 度。
[0033] (5)產品燒結結束，待爐膛內溫度降到常溫後開啟爐門取出燒結完成的產品，打開 收集桶清除成型劑等脂類物質，依次進行下一爐燒結。
[0034] 上述燒結的溫度隨產品的不同進行調節，例如產品是316L不鏽鋼，一般燒結溫度 是1365度。採用上述真空脫脂燒結爐一次脫脂率可以達到99. 98%。
【權利要求】
1. 一種金屬粉末真空燒結成型的方法，步驟依次包括以下步驟：（1)上料，將待加工的 金屬粉末產品放入真空脫脂燒結爐的爐膛中；(2)抽真空，對真空脫脂燒結爐的爐膛進行 抽真空處理；（3)脫脂，清除金屬粉末產品中的成型劑；(4)高溫燒結；其特徵在於所述真空 脫脂燒結爐包括燒結爐和與其相連的抽真空裝置和脫脂裝置；燒結爐包括爐門和爐體，爐 體內的內隔熱門將爐體內的爐膛中部密封，內隔熱門的內側邊緣壁上設有碳氈保溫層，用 於放置金屬粉末產品的石墨儲料箱處於密封的爐膛內；脫脂裝置包括第一閥門、脫脂管、集 脂罐、收集桶、第一脫脂罐、第二脫脂罐、防回水箱、第二閥門、水環式真空泵、過濾箱、排氣 口、冷熱水開關和多個紋管減震器，脫脂管通過出氣管連通爐膛，沿脫脂管的進口至出口方 向第一閥門、集脂罐、第一脫脂罐、第二脫脂罐、防回水箱和水環式真空泵依次排列在脫脂 管上，第二閥門處於防回水箱和水環式真空泵之間的脫脂管上，脫脂管出口端連接過濾箱， 排氣口設在過濾箱上；與集脂罐相連的收集桶處於集脂罐的底部；多個紋管減震器均安裝 在靠近爐體的脫脂管上；集脂罐、第一脫脂罐和第二脫脂罐按裝配位置的高度由下往上依 次排列，第一脫脂罐和第二脫脂罐內均設有冷凝棒；集脂罐、第一脫脂罐和第二脫脂罐內均 設有與熱水管和冷水管，冷熱水開關與脫脂管及集脂罐、第一脫脂罐和第二脫脂罐內的熱 水管和冷水管相連；第一閥門與第二脫脂罐之間的脫脂管由第一脫脂管、第二脫脂管和第 三脫脂管構成，第一脫脂管兩端分別連接第一閥門和集脂罐，第一脫脂管與集脂罐的連接 處處於集脂罐的下部，且收集桶的位置處於第一脫脂管與集脂罐的連接處的下方；第二脫 脂管的底端連接集脂罐的上部，第二脫脂管的頂端連接第一脫脂罐的下部，第三脫脂管的 底端連接第一脫脂罐的上部，第三脫脂管的頂端連接第二脫脂罐的下部；所述脫脂是：先 對爐膛內加溫，加溫過程由20度開始上升直到650度脫脂結束，冷熱水開關控制脫脂管通 熱水，集脂罐、第一脫脂罐和第二脫脂罐內的冷水管通冷水；開啟水環式真空泵，先開第二 閥門，再開第一閥門，石墨儲料箱內的金屬粉末產品內部因高溫溶解出來的混合物通過出 氣管進入脫脂管，依次經過集脂罐、第一脫脂罐和第二脫脂罐，脂類物質遇到第一脫脂罐和 第二脫脂罐內的冷凝棒，脂類物質凝固在冷凝棒的表面上，剩餘混合物通過脫脂管進入過 濾箱，最後由排氣口排出；接著，脫脂管通熱水，集脂罐、第一脫脂罐和第二脫脂罐內的熱水 管通熱水，熱水溫度在63-99度之間，第一脫脂罐和第二脫脂罐上凝結的脂類物質開始溶 月旨，流落至收集桶完成脫脂。
2. 根據權利要求1所述的一種金屬粉末真空燒結成型的方法，其特徵在於抽真空裝置 包括真空管、氣動高真空擋板閥、第一波紋管減震器、羅茨真空泵、第二波紋管減震器、旋片 式真空泵、真空泵機座和排氣管；旋片式真空泵和羅茨真空泵安裝在真空泵機座上，真空管 進氣口處於爐體內，真空管出氣口連通排氣管，氣動高真空擋板閥、羅茨真空泵和旋片式真 空泵沿進氣至出氣的方向依次設置在真空管上，第一波紋管減震器設在氣動高真空擋板閥 與羅茨真空泵之間的真空管上，第二波紋管減震器設在羅茨真空泵與旋片式真空泵之間的 真空管上。
3. 根據權利要求1所述的一種金屬粉末真空燒結成型的方法，其特徵在於脫脂管上的 多個紋管減震器包括第三波紋管減震器、第四波紋管減震器和第五波紋管減震器，第三波 紋管減震器處於第一脫脂管上，第四波紋管減震器處於第二脫脂管上，第五波紋管減震器 處於第二脫脂罐與防回水箱之間的脫脂管上。
4. 根據權利要求1所述的一種金屬粉末真空燒結成型的方法，其特徵在於高溫燒結的 溫度是1300_1500度。
【文檔編號】B22F3/10GK104096839SQ201410270966
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月16日 優先權日:2014年6月16日
【發明者】楊東 申請人:四川盛馬粉末冶金科技有限公司