CN104096839A - 一种金属粉末真空烧结成型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及真空热处理设备领域。真空脱脂烧结炉，包括炉座及固定在其上的烧结炉，还包括与烧结炉相连的充气装置、水冷装置、抽真空装置和脱脂装置。该真空脱脂烧结炉的优点是结构新颖，保温性能好，一次脱脂率高。

Description

一种金属粉末真空烧结成型的方法

技术领域

本发明涉及金属粉末真空烧结成型的方法。

背景技术

金属粉末真空烧结成型的方法基本都由上料、抽真空、脱脂和高温烧结四个步骤组成。现有的金属粉末真空烧结成型的方法中普遍存在脱脂工序复杂导致生产成本高的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有金属粉末真空烧结成型的方法存在的不足，提供一种工艺新颖，脱脂方便且一次脱脂率高的金属粉末真空烧结成型的方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下的技术方案：

一种金属粉末真空烧结成型的方法，步骤依次包括以下步骤：(1)上料，将待加工的金属粉末产品放入真空脱脂烧结炉的炉膛中；(2)抽真空，对真空脱脂烧结炉的炉膛进行抽真空处理；(3)脱脂，清除金属粉末产品中的成型剂；(4)高温烧结；所述真空脱脂烧结炉包括烧结炉和与其相连的抽真空装置和脱脂装置；烧结炉包括炉门和炉体，炉体内的内隔热门将炉体内的炉膛中部密封，内隔热门的内侧边缘壁上设有碳毡保温层，用于放置金属粉末产品的石墨储料箱处于密封的炉膛内；脱脂装置包括第一阀门、脱脂管、集脂罐、收集桶、第一脱脂罐、第二脱脂罐、防回水箱、第二阀门、水环式真空泵、过滤箱、排气口、冷热水开关和多个纹管减震器，脱脂管通过出气管连通炉膛，沿脱脂管的进口至出口方向第一阀门、集脂罐、第一脱脂罐、第二脱脂罐、防回水箱和水环式真空泵依次排列在脱脂管上，第二阀门处于防回水箱和水环式真空泵之间的脱脂管上，脱脂管出口端连接过滤箱，排气口设在过滤箱上；与集脂罐相连的收集桶处于集脂罐的底部；多个纹管减震器均安装在靠近炉体的脱脂管上；集脂罐、第一脱脂罐和第二脱脂罐按装配位置的高度由下往上依次排列，第一脱脂罐和第二脱脂罐内均设有冷凝棒；集脂罐、第一脱脂罐和第二脱脂罐内均设有与热水管和冷水管，冷热水开关与脱脂管及集脂罐、第一脱脂罐和第二脱脂罐内的热水管和冷水管相连；第一阀门与第二脱脂罐之间的脱脂管由第一脱脂管、第二脱脂管和第三脱脂管构成，第一脱脂管两端分别连接第一阀门和集脂罐，第一脱脂管与集脂罐的连接处处于集脂罐的下部，且收集桶的位置处于第一脱脂管与集脂罐的连接处的下方；第二脱脂管的底端连接集脂罐的上部，第二脱脂管的顶端连接第一脱脂罐的下部，第三脱脂管的底端连接第一脱脂罐的上部，第三脱脂管的顶端连接第二脱脂罐的下部；所述脱脂是：先对炉膛内加温，加温过程由20度开始上升直到650度脱脂结束，冷热水开关控制脱脂管通热水，集脂罐、第一脱脂罐和第二脱脂罐内的冷水管通冷水；开启水环式真空泵，先开第二阀门，再开第一阀门，石墨储料箱内的金属粉末产品内部因高温溶解出来的混合物通过出气管进入脱脂管，依次经过集脂罐、第一脱脂罐和第二脱脂罐，脂类物质遇到第一脱脂罐和第二脱脂罐内的冷凝棒，脂类物质凝固在冷凝棒的表面上，剩余混合物通过脱脂管进入过滤箱，最后由排气口排出；接着，脱脂管通热水，集脂罐、第一脱脂罐和第二脱脂罐内的热水管通热水，热水温度在63-99度之间，第一脱脂罐和第二脱脂罐上凝结的脂类物质开始溶脂，流落至收集桶完成脱脂。

作为优选，抽真空装置包括真空管、气动高真空挡板阀、第一波纹管减震器、罗茨真空泵、第二波纹管减震器、旋片式真空泵、真空泵机座和排气管；旋片式真空泵和罗茨真空泵安装在真空泵机座上，真空管进气口处于炉体内，真空管出气口连通排气管，气动高真空挡板阀、罗茨真空泵和旋片式真空泵沿进气至出气的方向依次设置在真空管上，第一波纹管减震器设在气动高真空挡板阀与罗茨真空泵之间的真空管上，第二波纹管减震器设在罗茨真空泵与旋片式真空泵之间的真空管上。

作为优选，脱脂管上的多个纹管减震器包括第三波纹管减震器、第四波纹管减震器和第五波纹管减震器，第三波纹管减震器处于第一脱脂管上，第四波纹管减震器处于第二脱脂管上，第五波纹管减震器处于第二脱脂罐与防回水箱之间的脱脂管上。

作为优选，高温烧结的温度是1300-1500度。

采用了上述技术方案的一种金属粉末真空烧结成型的方法，依次包括上料、抽真空、脱脂和高温烧结，脱脂是由出气管、脱脂管和水环式真空泵将炉膛内的脂类物质抽出，并通过收集桶和过滤箱完成收集和过滤，一次脱脂率高，一般可以达到99.98％。该金属粉末真空烧结成型的方法的优点是工艺新颖，脱脂方便且一次脱脂率高。

附图说明

图1：本发明实施例的示意图。

图2：本发明实施例中炉体的结构示意图。

图3：本发明实施例中烧结炉与抽真空装置的结构示意图。

图4：本发明实施例中烧结炉与脱脂装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合图1-4对本发明的具体实施方式做一个详细的说明。

一种金属粉末真空烧结成型的方法，步骤依次包括以下步骤：(1)上料，将待加工的金属粉末产品放入真空脱脂烧结炉的炉膛中；(2)抽真空，对真空脱脂烧结炉的炉膛进行抽真空处理；(3)脱脂，清除金属粉末产品中的成型剂；(4)高温烧结。

如图1-4所示的真空脱脂烧结炉，包括炉座2、固定在炉座上的烧结炉1，以及与烧结炉相连的充气装置3、水冷装置4、抽真空装置5和脱脂装置6。

烧结炉1包括炉门11和炉体12，炉门11和炉体12通过合页13相连，炉门11上设置拉手15，沿炉门11和炉体12的边缘设置多组炉门锁紧件14。

炉体内设有内隔热门121、石墨储料箱125、滑轮122、托架123和出气管124，内隔热门121将炉体12内的炉膛126中部密封，内隔热门121的内侧边缘壁上设有碳毡保温层，石墨储料箱125处于密封的炉膛126内，托架123固定在炉体12的内侧壁上，石墨储料箱125通过滑轮122设置在托架123的上部，石墨储料箱125通过滑轮122在托架123上滑动，出气管124上端处于密封的炉膛126内，出气管124下端处于炉体12外。

炉体12的外壳为冷夹套，外层为碳钢内层为高温不锈钢，储料箱采用石墨材料制造，内隔热门121将炉体12内的炉膛126中部密封，内隔热门121的内侧边缘壁上设有碳毡保温层，不仅阻止了炉内热量流失提高了保温的效果，同时也解决了不锈钢无法在高温度高压力的情况下正常有效使用的问题。

充气装置3包括流量计31、压力表32、超压安全阀34和充气阀33，流量计31、压力表32、超压安全阀34和充气阀33的充气阀开关处于炉体12的外侧壁上，充气阀33的的充气口处于炉体12内。在脱脂阶段可根据产品脂含量的多少，通过充气阀适当向炉体内充入微量Ar气，实现定向气流脱脂，并通过流量计和压力表对炉体内参数进行监测，包括对充入炉内的Ar气流量进行大小调节，当炉体内过压时，通过超压安全阀自动泄压，确保真空脱脂烧结炉运行安全。

水冷装置4包括炉体12外的回水箱41和与其相连的循环水管路42，循环水管路42连接炉门11、炉体12和炉体内的托架123，水冷装置4主要用于烧结炉1的降温。

抽真空装置5包括真空管51、气动高真空挡板阀52、第一波纹管减震器53、罗茨真空泵54、第二波纹管减震器55、旋片式真空泵56、排气管57和真空泵机座58。旋片式真空泵56和罗茨真空泵54安装在真空泵机座58上，旋片式真空泵56和罗茨真空泵54前方的真空管51上分别安装过滤器，滤除抽气过程中的杂质，提高旋片式真空泵56和罗茨真空泵54的使用寿命。真空管51进气口处于炉体12内，真空管51出气口连通排气管57，气动高真空挡板阀52、罗茨真空泵54和旋片式真空泵55沿进气至出气的方向依次设置在真空管51上，第一波纹管减震器53设在气动高真空挡板阀52与罗茨真空泵54之间的真空管51上，第二波纹管减震器55设在罗茨真空泵54与旋片式真空泵56之间的真空管51上。

抽真空装置5的作用是在烧结之前将烧结炉1的炉体内抽真空，提高烧结的效率。尤其是使用旋片式真空泵56和罗茨真空泵54配合抽真空，效率高，气动高真空挡板阀52的作用是防止空气回流。第一波纹管减震器53和第二波纹管减震器55的作用是对烧结炉1进行减震处理，产品在脱脂后到烧结的过程中产品的结构性能大幅度降低，烧结炉的振动过大直接影响石墨储料箱125内产品的合格率。

脱脂装置6包括第一阀门61、脱脂管62、集脂罐63、收集桶64、第一脱脂罐65a、第二脱脂罐65b、防回水箱66、第二阀门67、水环式真空泵68、过滤箱69、排气口691和多个纹管减震器6a。脱脂管62的进口端连接炉体12外外的出气管124，第一阀门61安装在脱脂管62与出气管124的连接处。沿脱脂管62的进口至出口方向集脂罐63、第一脱脂罐65a、第二脱脂罐65b、防回水箱66和水环式真空泵68依次排列在脱脂管62上，第二阀门67处于防回水箱66和水环式真空泵68之间的脱脂管62上，脱脂管62出口端连接过滤箱69，排气口691设在过滤箱69上。与集脂罐63相连的收集桶64处于集脂罐63的底部。第一脱脂罐65a和第二脱脂罐65b内均设有冷凝棒651。集脂罐63、第一脱脂罐65a和第二脱脂罐65b内均设有热水管和冷水管，冷热水开关与脱脂管62及集脂罐63、第一脱脂罐65a和第二脱脂罐65b内的热水管和冷水管相连并控制它们的通水情况。水环式真空泵68是采用水做介质来抽真空进行脱脂的，集脂罐63、第一脱脂罐65a和第二脱脂罐65b通冷水用以吸附和固定脂类物质，通热水使脱脂管62和集脂罐63的温度高于脂类物质的溶化温度，以避免对脱脂管62的堵塞，同时可以清集脂罐63内冷凝棒651上冷凝和捕集得到的脂类物质。

第二阀门67的一个作用是减少水环式真空泵68启车时的负合，由于脱脂管62很长，第二阀门67的另一个作用是方便检测脱脂管62卸漏率。防回水箱66的作用是防止第一阀门61和第二阀门67开启是脱脂管62内真空度出现真空差产生倒吸的情况。

第一阀门61与第二脱脂罐65b之间的脱脂管62由第一脱脂管621、第二脱脂管622和第三脱脂管623构成，第一脱脂管621两端分别连接第一阀门61和集脂罐63，第一脱脂管621与集脂罐63的连接处处于集脂罐63的下部，且收集桶64的位置处于第一脱脂管621与集脂罐63的连接处的下方，收集桶64可以更好的收集溶化后向下滑落的脂类物质。第二脱脂管622的底端连接集脂罐63的上部，第二脱脂管622的顶端连接第一脱脂罐65a的下部，第三脱脂管623的底端连接第一脱脂罐65a的上部，第三脱脂管623的顶端连接第二脱脂罐65b的下部。集脂罐63、第一脱脂罐65a和第二脱脂罐65b按装配位置的高度由下往上依次排列，第一脱脂罐65a和第二脱脂罐65b均按进口部低出口部高倾斜排列，这样排列的主要目的是在溶脂的时侯让溶下来的脂类物质主要是成型剂顺着倾斜度流入收集桶内，起导向作用，提高收脂的效率。

多个纹管减震器6a均安装在靠近炉体12的脱脂管62上，多个纹管减震器6a包括第三波纹管减震器6a1、第四波纹管减震器6a2和第五波纹管减震器6a3，第三波纹管减震器6a1处于第一脱脂管621上，第四波纹管减震器6a2处于第二脱脂管622上，第五波纹管减震器6a3处于第二脱脂罐65b与防回水箱66之间的脱脂管62上，纹管减震器6a是为了更高的提升减震效果，在远离炉体12的脱脂管62上也可以设置纹管减震器6a，例如防回水箱66和水环式真空泵68之间的脱脂管62上还可以设置第六纹管减震器。纹管减震器6a的作用是对烧结炉1进行减震处理，产品在脱脂后到烧结的过程中产品的结构性能大幅度降低，烧结炉的振动过大直接影响石墨储料箱125内产品的合格率。

一种金属粉末真空烧结成型的方法，步骤依次包括以下步骤：

(1)上料，将待加工的金属粉末产品摆放在石墨储料箱125内，依次关闭内隔热门121和炉门11，通过炉门锁紧件14锁紧炉门11；

(2)抽真空，开启旋片式真空泵56和气动高真空挡板阀52，通过旋片式真空泵56对炉体内进行抽真空处理，抽出的气体由排气管排出，待炉体内真空抽至1.0X10-3托再开启罗茨真空泵54，将炉内真空抽至1.0X10-1托，炉体内抽真空完成关闭旋片式真空泵56、罗茨真空泵54和气动高真空挡板阀52；

(3)脱脂，对炉膛内加温，加温过程由20度开始上升直到650度脱脂结束，冷热水开关控制脱脂管62通热水，集脂罐63、第一脱脂罐65a和第二脱脂罐65b内的冷水管通冷水；开启充气阀，流量计显示达到产品工艺要求的流量20-230L/min，开启水环式真空泵68，先开第二阀门67，再开第一阀门61，石墨储料箱125内的金属粉末产品内部因高温溶解出来的混合物，包含氮气、氢气、主要是成型剂等脂类物质通过出气管进入脱脂管62，依次经过集脂罐63、第一脱脂罐65a和第二脱脂罐65b，利用冷凝法的原理，成型剂等脂类物质遇到第一脱脂罐65a和第二脱脂罐65b内的冷凝棒651，成型剂等脂类物质与氮气氢气等气氛分离后凝固在冷凝棒651的表面上，氮气氢气等气氛通过脱脂管62进入过滤箱69，最后由排气口691排出；脱脂管62通热水，集脂罐63、第一脱脂罐65a和第二脱脂罐65b内的热水管通热水，热水温度在63-99度之间，热水温度随成型剂等脂类物质溶点进行调整，一般的成型剂等脂类物质溶点是60-90度之间，热水温度高出成型剂溶点3-9度，第一脱脂罐65a和第二脱脂罐65b上凝结的成型剂等脂类物质开始溶脂，最后流落至收集桶64完成脱脂；

(4)对完成脱脂处理的金属粉末产品进行高温烧结，使其成型，高温烧结的温度是1300-1500度。

(5)产品烧结结束，待炉膛内温度降到常温后开启炉门取出烧结完成的产品，打开收集桶清除成型剂等脂类物质，依次进行下一炉烧结。

上述烧结的温度随产品的不同进行调节，例如产品是316L不锈钢，一般烧结温度是1365度。采用上述真空脱脂烧结炉一次脱脂率可以达到99.98％。

Claims (4)

1.一种金属粉末真空烧结成型的方法，步骤依次包括以下步骤：(1)上料，将待加工的金属粉末产品放入真空脱脂烧结炉的炉膛中；(2)抽真空，对真空脱脂烧结炉的炉膛进行抽真空处理；(3)脱脂，清除金属粉末产品中的成型剂；(4)高温烧结；其特征在于所述真空脱脂烧结炉包括烧结炉和与其相连的抽真空装置和脱脂装置；烧结炉包括炉门和炉体，炉体内的内隔热门将炉体内的炉膛中部密封，内隔热门的内侧边缘壁上设有碳毡保温层，用于放置金属粉末产品的石墨储料箱处于密封的炉膛内；脱脂装置包括第一阀门、脱脂管、集脂罐、收集桶、第一脱脂罐、第二脱脂罐、防回水箱、第二阀门、水环式真空泵、过滤箱、排气口、冷热水开关和多个纹管减震器，脱脂管通过出气管连通炉膛，沿脱脂管的进口至出口方向第一阀门、集脂罐、第一脱脂罐、第二脱脂罐、防回水箱和水环式真空泵依次排列在脱脂管上，第二阀门处于防回水箱和水环式真空泵之间的脱脂管上，脱脂管出口端连接过滤箱，排气口设在过滤箱上；与集脂罐相连的收集桶处于集脂罐的底部；多个纹管减震器均安装在靠近炉体的脱脂管上；集脂罐、第一脱脂罐和第二脱脂罐按装配位置的高度由下往上依次排列，第一脱脂罐和第二脱脂罐内均设有冷凝棒；集脂罐、第一脱脂罐和第二脱脂罐内均设有与热水管和冷水管，冷热水开关与脱脂管及集脂罐、第一脱脂罐和第二脱脂罐内的热水管和冷水管相连；第一阀门与第二脱脂罐之间的脱脂管由第一脱脂管、第二脱脂管和第三脱脂管构成，第一脱脂管两端分别连接第一阀门和集脂罐，第一脱脂管与集脂罐的连接处处于集脂罐的下部，且收集桶的位置处于第一脱脂管与集脂罐的连接处的下方；第二脱脂管的底端连接集脂罐的上部，第二脱脂管的顶端连接第一脱脂罐的下部，第三脱脂管的底端连接第一脱脂罐的上部，第三脱脂管的顶端连接第二脱脂罐的下部；所述脱脂是：先对炉膛内加温，加温过程由20度开始上升直到650度脱脂结束，冷热水开关控制脱脂管通热水，集脂罐、第一脱脂罐和第二脱脂罐内的冷水管通冷水；开启水环式真空泵，先开第二阀门，再开第一阀门，石墨储料箱内的金属粉末产品内部因高温溶解出来的混合物通过出气管进入脱脂管，依次经过集脂罐、第一脱脂罐和第二脱脂罐，脂类物质遇到第一脱脂罐和第二脱脂罐内的冷凝棒，脂类物质凝固在冷凝棒的表面上，剩余混合物通过脱脂管进入过滤箱，最后由排气口排出；接着，脱脂管通热水，集脂罐、第一脱脂罐和第二脱脂罐内的热水管通热水，热水温度在63-99度之间，第一脱脂罐和第二脱脂罐上凝结的脂类物质开始溶脂，流落至收集桶完成脱脂。

2.根据权利要求1所述的一种金属粉末真空烧结成型的方法，其特征在于抽真空装置包括真空管、气动高真空挡板阀、第一波纹管减震器、罗茨真空泵、第二波纹管减震器、旋片式真空泵、真空泵机座和排气管；旋片式真空泵和罗茨真空泵安装在真空泵机座上，真空管进气口处于炉体内，真空管出气口连通排气管，气动高真空挡板阀、罗茨真空泵和旋片式真空泵沿进气至出气的方向依次设置在真空管上，第一波纹管减震器设在气动高真空挡板阀与罗茨真空泵之间的真空管上，第二波纹管减震器设在罗茨真空泵与旋片式真空泵之间的真空管上。

3.根据权利要求1所述的一种金属粉末真空烧结成型的方法，其特征在于脱脂管上的多个纹管减震器包括第三波纹管减震器、第四波纹管减震器和第五波纹管减震器，第三波纹管减震器处于第一脱脂管上，第四波纹管减震器处于第二脱脂管上，第五波纹管减震器处于第二脱脂罐与防回水箱之间的脱脂管上。

4.根据权利要求1所述的一种金属粉末真空烧结成型的方法，其特征在于高温烧结的温度是1300-1500度。