CN105624454B - 一种高强度高过滤通量合金构件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种高强度高过滤通量合金构件的制备方法，采用特定合金元素成分配比的合金粉末原料进行球磨筛选，将符合粒度要求的粉末分批分层制成坯料，再进行超声波喷涂，并通过热处理烧结工艺，提高了合金构件的高温耐压强度，同时获得了理想的过滤孔径、过滤通量等性能参数。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料领域，具体的说，是涉及一种高强度高过滤通量合金构件的制备方法。
背景技术
铜合金的力学性能、工艺性能、耐蚀性能都较好，导电导热性能高，高度的化学性质，良好的抵抗腐蚀之稳定性及卓越的可塑性，所以，在各个领域成为应用最为广泛的材料之一。本发明属于合金材料领域，铜合金已经广泛应用于污染排放气体深度净化、工业废气净化、废水处理等方面。在铜锌合金中加入其它的微量元素能够起到除垢和防垢的作用。铜合金在过滤处理中具有以下作用：1）、通过氧化还原反应可以使液体里的氯、氧以及可溶性重金属离子的浓度降低，增强金属管壁的抗腐蚀性；2）、和水接触时，接触界面处液体的氧化还原电位变化很大，抑制了微生物的生长和繁殖，降低了水垢和换热壁粘接的强度；3）、使得固相颗粒处于悬浮分散的状态，抑制了蜡、垢以及腐蚀的产生。
过滤构件在孔径相同的情况下，当厚度在某一范围内变化时，其渗透量的变化几乎可达数量级。因此，仅从精度与流量考虑的话，可以使试样尽量地薄，但这又与强度要求相矛盾，为此，采用多层结构就是解决这一矛盾的有效途径。制取多层滤器的方法较多，如粉末轧制、粉浆挤压、粉浆离心浇注等方法。而多层结构构件的使用寿命受到环境和材料本身的影响，现有产品在高压和高温的工作环境中容易损坏，并且制造困难、生产工艺成本较高。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高强度高过滤通量合金构件的制备方法，采用特定元素成分配比的合金粉末原料分批分层制坯，经过超声波喷涂，并通过热处理工艺，提高合金过滤构件的高温耐压强度和使用寿命。本发明采用的技术方案是：制备方法包括以下步骤：球磨混料、分层制坯、超声波喷涂和热处理步骤，合金构件制备时所使用的合金粉末原料包含以下元素组成：C:1.80-2.50%，Si:0.30-0.40%，Mo:2.00-2.30%，Zr:0.50-1.50%，Hf:0.05-0.10%，Mn:2.00-2.50%，Fe:1.50-2.50%，Mg:0.50-1.50%，Zn:3.50-4.50%，Pr:0.10-0.20%，S<0.005%，P<0.005%，余量为Cu，上述百分比为质量百分比；合金过滤构件的抗压强度为720~780MPa，最大孔径为30~50μm。
球磨混料步骤为：先将55~65wt%的合金粉末原料进行球磨，获得粒度为100目以下的合金粉末I，然后再将剩余的合金粉末原料球磨至200目以下获得合金粉末II，最后，在混料设备中将合金粉末I和合金粉末II分别与200目以下的纯铜粉末，按照质量比2:1的比例混合1～1.5小时，从而分别获得合金粉体I和合金粉体II。
分层制坯步骤为：首先，取35~40wt%的合金粉体I，通过流延机得到厚度为1～2mm片坯I；再将合金粉体II在片坯I上，通过流延机得到厚度为2～3mm片坯II；然后，取余下量的所述合金粉体I，在片坯II的基础上通过流延机得到厚度为2.5～3.5mm片坯III。
超声波喷涂步骤为：将片坯III在200～250℃预热20~30mins，然后进行超声波喷涂，喷涂距离为15cm，喷枪移动速度为15~18cm/s，喷涂角度为90°，喷涂后的涂层厚度约为0.55~0.65mm；其中，喷涂所使用的焊丝材料的成分包含：Cu:50~55%，Ni:5.5~7.5%，Si:0.3~0.5%，上述百分比为质量百分比。
热处理步骤为：将超声波喷涂后的片坯III置于300～400℃的加热炉中进行烧结，保温时间为1~1.5h，冷却到室温后，再以20~30℃/min的加热速度升温至1000~1100℃，保温0.5~1h，随炉冷却即可获得合金过滤构件。
优选地，合金过滤构件成品的抗压强度为760 MPa，最大孔径为50μm。
优选地，合金粉末原料包含以下元素组成：C:1.80%，Si:0.35%，Mo:2.00%，Zr:1.20%，Hf:0.10%，Mn:2.50%， Fe:2.20%，Mg:0.50%，Zn:3.50%，Pr:0.20%，S:0.002%，P:0.001%，余量为Cu。
优选地，合金粉末原料包含以下元素组成：C:2.00%，Si:0.30%，Mo:2.20%，Zr:0.80%，Hf:0.08%，Mn:2.00%， Fe:1.50%，Mg:1.00%，Zn:4.00%，Pr:0.15%，S:0.002%，P:0.001%，余量为Cu。
优选地，合金粉末原料包含以下元素组成：C:2.50%，Si:0.40%，Mo:2.30%，Zr:1.50%，Hf:0.05%，Mn:2.20%， Fe:2.50%，Mg:1.50%，Zn:4.50%，Pr:0.10%，S:0.002%，P:0.001%，余量为Cu。
本发明的优点是：采用特定合金元素成分配比的合金粉末原料进行球磨筛选，将符合粒度要求的粉末分批分层制成坯料，再进行超声波喷涂，并通过热处理烧结工艺，提高了合金过滤构件的高温耐压强度，同时获得了理想的过滤孔径、过滤通量等性能参数。
具体实施方式
下面结合实施例和对比例对本发明进一步详细说明。
实施例1：
一种高强度高过滤通量合金构件的制备方法，制备方法包括以下步骤：球磨混料、分层制坯、超声波喷涂和热处理步骤，合金过滤构件制备时所使用的合金粉末原料包含以下元素组成：C:1.80%，Si:0.35%，Mo:2.00%，Zr:1.20%，Hf:0.10%，Mn:2.50%，Fe:2.20%，Mg:0.50%，Zn:3.50%，Pr:0.20%，S:0.002%，P:0.001%，余量为Cu，上述百分比为质量百分比。球磨混料步骤为：先将65wt%的合金粉末原料进行球磨，获得粒度为100目以下的合金粉末I，然后再将剩余的合金粉末原料球磨至200目以下获得合金粉末II，最后，在混料设备中将合金粉末I和合金粉末II分别与200目以下的纯铜粉末，按照质量比2:1的比例混合1小时，从而分别获得合金粉体I和合金粉体II。分层制坯步骤为：取40wt%的合金粉体I，通过流延机得到厚度为1mm片坯I；再将合金粉体II在片坯I上，通过流延机得到厚度为2mm片坯II；然后，取余下量的合金粉体I，在片坯II的基础上通过流延机得到厚度为2.5mm片坯III。超声波喷涂步骤为：将片坯III在200℃预热20mins，然后进行超声波喷涂，喷涂距离为15cm，喷枪移动速度为18cm/s，喷涂角度为90°，喷涂后的涂层厚度约为0.55mm；其中，喷涂所使用的焊丝材料的成分包含：Cu:50%，Ni:5.5%，Si:0.3%，上述百分比为质量百分比。热处理步骤为：将片坯III置于300℃的加热炉中进行烧结，保温时间为1.5h，冷却到室温后，再以20℃/min的加热速度升温至1000℃，保温1h，随炉冷却即可获得合金过滤构件。合金过滤构件成品的抗压强度为760 MPa，最大孔径为50μm。
实施例2：
一种高强度高过滤通量合金构件的制备方法，制备方法包括以下步骤：球磨混料、分层制坯、超声波喷涂和热处理步骤，合金过滤构件制备时所使用的合金粉末原料包含以下元素组成：C:2.00%，Si:0.30%，Mo:2.20%，Zr:0.80%，Hf:0.08%，Mn:2.00%，Fe:1.50%，Mg:1.00%，Zn:4.00%，Pr:0.15%，S:0.002%，P:0.001%，余量为Cu，上述百分比为质量百分比。球磨混料步骤为：先将60wt%的合金粉末原料进行球磨，获得粒度为100目以下的合金粉末I，然后再将剩余的合金粉末原料球磨至200目以下获得合金粉末II，最后，在混料设备中将合金粉末I和合金粉末II分别与200目以下的纯铜粉末，按照质量比2:1的比例混合1.5小时，从而分别获得合金粉体I和合金粉体II。分层制坯步骤为：取35wt%的合金粉体I，通过流延机得到厚度为1.5mm片坯I；再将合金粉体II在片坯I上，通过流延机得到厚度为2.5mm片坯II；然后，取余下量的合金粉体I，在片坯II的基础上通过流延机得到厚度为3mm片坯III。超声波喷涂步骤为：将片坯III在250℃预热30mins，然后进行超声波喷涂，喷涂距离为15cm，喷枪移动速度为15cm/s，喷涂角度为90°，喷涂后的涂层厚度约为0.60mm；其中，喷涂所使用的焊丝材料的成分包含：Cu:55%，Ni:6.5%，Si:0.4%，上述百分比为质量百分比。热处理步骤为：将片坯III置于350℃的加热炉中进行烧结，保温时间为1h，冷却到室温后，再以25℃/min的加热速度升温至1050℃，保温1h，随炉冷却即可获得合金过滤构件。合金过滤构件成品的抗压强度为720 MPa，最大孔径为35μm。
实施例3：
一种高强度高过滤通量合金构件的制备方法，制备方法包括以下步骤：球磨混料、分层制坯、超声波喷涂和热处理步骤，合金过滤构件制备时所使用的合金粉末原料包含以下元素组成：C:2.50%，Si:0.40%，Mo:2.30%，Zr:1.50%，Hf:0.05%，Mn:2.20%， Fe:2.50%，Mg:1.50%，Zn:4.50%，Pr:0.10%，S:0.002%，P:0.001%，余量为Cu，上述百分比为质量百分比。球磨混料步骤为：先将55wt%的合金粉末原料进行球磨，获得粒度为100目以下的合金粉末I，然后再将剩余的合金粉末原料球磨至200目以下获得合金粉末II，最后，在混料设备中将合金粉末I和合金粉末II分别与200目以下的纯铜粉末，按照质量比2:1的比例混合1小时，从而分别获得合金粉体I和合金粉体II。分层制坯步骤为：取35wt%的合金粉体I，通过流延机得到厚度为2mm片坯I；再将合金粉体II在片坯I上，通过流延机得到厚度为2.5mm片坯II；然后，取余下量的合金粉体I，在片坯II的基础上通过流延机得到厚度为3mm片坯III。超声波喷涂步骤为：将片坯III在250℃预热25mins，然后进行超声波喷涂，喷涂距离为15cm，喷枪移动速度为15cm/s，喷涂角度为90°，喷涂后的涂层厚度约为0.65mm；其中，喷涂所使用的焊丝材料的成分包含：Cu:50%，Ni:7.5%，Si:0.5%，上述百分比为质量百分比。热处理步骤为：将片坯III置于400℃的加热炉中进行烧结，保温时间为1.5h，冷却到室温后，再以30℃/min的加热速度升温至1100℃，保温0.5h，随炉冷却即可获得合金过滤构件。合金过滤构件成品的抗压强度为780 MPa，最大孔径为40μm。
对比例1：
将不同于本发明元素成分及含量的合金粉末原料，采用同样的工艺步骤制备后，所得到的过滤构件的抗压强度最高仅为500MPa。
对比例2：
将元素成分和含量与实施例1相同的合金粉末原料，采用其他热处理方式或工艺参数制备时，其所得到的过滤构件的抗拉强度最高只有520MPa，最大孔径低于25μm。
由实施例1-3和对比例1和2可以看出，通过本发明的一种高强度高过滤通量合金构件的制备方法，采用特定合金元素成分配比的合金粉末原料进行球磨筛选，将符合粒度要求的粉末分批分层制成坯料，再进行超声波喷涂，并通过热处理烧结工艺，提高了合金过滤构件的高温耐压强度，同时获得了理想的过滤孔径、过滤通量等性能参数，解决了过滤构件在复杂苛刻工况下的技术问题。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种高强度高过滤通量合金构件的制备方法，其特征在于：所述制备方法包括以下步骤：球磨混料、分层制坯、超声波喷涂和热处理步骤；所述合金构件制备时所使用的合金粉末原料包含以下元素组成：C:1.80-2.50%，Si:0.30-0.40%，Mo:2.00-2.30%，Zr:0.50-1.50%，Hf:0.05-0.10%，Mn:2.00-2.50%，Fe:1.50-2.50%，Mg:0.50-1.50%，Zn:3.50-4.50%，Pr:0.10-0.20%，S<0.005%，P<0.005%，余量为Cu，上述百分比为质量百分比；所述合金构件的抗压强度为720~780 MPa，最大孔径为30~50μm。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述球磨混料步骤为：先将55~65wt%的所述合金粉末原料进行球磨，获得粒度为100目以下的合金粉末I，然后再将剩余的所述合金粉末原料球磨至200目以下获得合金粉末II，最后，在混料设备中将合金粉末I和合金粉末II分别与200目以下的纯铜粉末，按照质量比2:1的比例混合1～1.5小时，从而分别获得合金粉体I和合金粉体II；
所述分层制坯步骤为：首先，取35~40wt%的所述合金粉体I，通过流延机得到厚度为1～2mm片坯I；再将所述合金粉体II在所述片坯I上，通过流延机得到厚度为2～3mm片坯II；然后，取余下量的所述合金粉体I，在所述片坯II的基础上通过流延机得到厚度为2.5～3.5mm片坯III。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述超声波喷涂步骤为：将所述片坯III在200～250℃预热20~30分钟，然后进行超声波喷涂，喷涂距离为15cm，喷枪移动速度为15~18cm/s，喷涂角度为90°，喷涂后的涂层厚度为0.55~0.65mm；其中，喷涂所使用的焊丝材料的成分包含：Cu:50~55%，Ni:5.5~7.5%，Si:0.3~0.5%，上述百分比为质量百分比；
所述热处理步骤为：将所述超声波喷涂后的片坯III置于300～400℃的加热炉中进行预烧结，保温时间为1~1.5h，冷却到室温后，再以20~30℃/min的加热速度升温至1000~1100℃，保温0.5~1h，随炉冷却即可获得所述合金构件。
4. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述合金构件成品的抗压强度为760 MPa，最大孔径为50μm。
5. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述合金粉末原料包含以下元素组成：C:1.80%，Si:0.35%，Mo:2.00%，Zr:1.20%，Hf:0.10%，Mn:2.50%， Fe:2.20%，Mg:0.50%，Zn:3.50%，Pr:0.20%，S:0.002%，P:0.001%，余量为Cu。
6. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述合金粉末原料包含以下元素组成：C:2.00%，Si:0.30%，Mo:2.20%，Zr:0.80%，Hf:0.08%，Mn:2.00%， Fe:1.50%，Mg:1.00%，Zn:4.00%，Pr:0.15%，S:0.002%，P:0.001%，余量为Cu。
7. 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：所述合金粉末原料包含以下元素组成：C:2.50%，Si:0.40%，Mo:2.30%，Zr:1.50%，Hf:0.05%，Mn:2.20%， Fe:2.50%，Mg:1.50%，Zn:4.50%，Pr:0.10%，S:0.002%，P:0.001%，余量为Cu。
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