CN110918985B - 一种整体式粉末烧结外光滤管的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种整体式粉末烧结外光滤管的制备方法，首先组装好冷等静压模具，依次通过装粉、粉末坯体的制备、坯体组合件的制备、烧结成型后得到外光型粉末烧结过滤管半成品，最后对外光型粉末烧结过滤管半成品的法兰密封面进行机加工，得到整体式粉末烧结外光滤管。本发明一种整体式粉末烧结外光滤管的制备方法，不但可以有效解决传统外毛内光管反吹或清洗再生效果差，而且可以解决现有外光管在焊接接头断裂破损，使用寿命短的问题。

Description

一种整体式粉末烧结外光滤管的制备方法
技术领域
本发明涉及粉末冶金制品技术领域，具体涉及一种整体式粉末烧结外光滤管的制备方法。
背景技术
在核工业、石油化工、煤化工、多晶硅等领域的生产中应用粉末烧结过滤管是必不可少的。粉末烧结过滤管在高温环境下气固分离除尘、氢氟酸、碱、海水、硝酸、有机酸等许多腐蚀介质中稳定性较好，尤其是在高温环境下气/固分离除尘、长寿命在线高效运行更为突出。
目前，烧结金属多孔元件结构大多参照GB6886-2017(烧结不锈钢过滤元件)和GB6887-2007(烧结金属过滤元件)执行，该标准中规定管状金属元件为焊接法兰结构。故而工业上大量使用的粉末烧结过滤管大多是常规型式的外表面粗糙、内表面光滑(简称外毛型内光型)结构，且两端焊接。该结构存在以下问题：①由于焊缝处应力集中和材质差异等原因，焊缝处容易出现腐蚀和开裂等问题，难以满足现代工业对过滤管使用寿命的要求；②过滤时外表面滤饼结合强度高，不易反吹或清洗脱落，难以保证长周期运行。目前，带法兰、底的外光滤管专利仅有《一种带法兰粉末过滤管的内压式冷等静压模具》，公开号为CN200720031815，由于该模具(多孔)芯棒是均径，变径法兰处装粉厚度比管身装粉厚度大，在等静压成形过程后，法兰处粉末压缩距离比管体处压缩距离大，导致法兰变径段内径是一个“喇叭口”结构，随着滤管法兰外径：(滤管法兰外径-滤管外径)比例增大，“喇叭口”角度越大，在成品精加工(密封面)后，法兰变径处“薄壁薄弱区”越严重，不利于滤管的长周期使用。
因此，设计一种具有不易粘附、容易反吹、易清洗再生、使用寿命长及连续长周期使用等特点的整体式外光滤管来解决以上问题是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种整体式粉末烧结外光滤管的制备方法，具有不易粘附、容易反吹、易清洗再生、使用寿命长的特点。
本发明所采用的技术方案是一种整体式粉末烧结外光滤管的制备方法，整体式粉末烧结外光滤管的制备采用冷等静压模具；
冷等静压模具包括芯管和外模套，外模套套设在芯管外侧，芯管外壁套设有内胶套，内胶套靠近芯管开口的一端依次安装有定心环和橡胶环套，外模套靠近芯管开口的一端与定心环固接，外模套的另一端安装有钢塞，钢塞顶部安装有橡胶塞，橡胶塞和外模套外侧均套设有外胶套，钢塞、内胶套、外模套和定心环之间设置有n型空腔；
具体按照以下步骤实施：
步骤1，装粉
将冷等静压模具放置在震动台上，采用定心环将金属粉末填满空腔并振实，备用；
步骤2，粉末坯体的制备
将装入金属粉末的冷等静压模具放置并固定到冷等静压机工作腔体内，将金属粉末压制成型，取出冷等静压模具，拆除橡胶塞、钢塞、内胶套、芯管、外胶套、定心环和橡胶环套，得到带有外模套的粉末坯体；
步骤3，坯体组合件的制备
在带有外模套的粉末坯体内均匀装入白刚玉，在外模套的变径端装配密封端盖b，并在外模套另一端装配密封端盖a，得到坯体组合件；
步骤4，烧结成型
将坯体组合件竖直放置在真空或氢气气氛的烧结炉内进行烧结处理，再气淬冷却至室温，从烧结炉取出并拆除外模套、密封端盖a、密封端盖b及白刚玉的颗粒，得到外光型粉末烧结过滤管半成品；
步骤5，对外光型粉末烧结过滤管半成品的端封面进行机加工，得到整体式粉末烧结外光滤管。
本发明的特点还在于：
内胶套为外径变径胶套，且变径光滑过渡，内胶套开口端的外径最小；芯管和内胶套均伸出橡胶环套。
钢塞与外模套固定装配。
外模套为整体刚性变径模套，且变径处的内、外圆滑过渡，外模套开口端的变径向内、向外延伸。
外胶套分别与外模套、定心环和橡胶环套密封连接；橡胶环套靠近芯管的开口端。
步骤1中，金属粉末为蒙乃尔合金、不锈钢、纯镍、因康镍合金、Fe3Al合金中的任意一种；金属粉末的粒度为40～400目。
步骤2中，冷等静压机的压制压力为100～200MPa，保压时间为5～10min。
步骤3中，白刚玉的粒度为8～20目。
步骤4中，烧结处理的温度为1200～1360℃，保温时间为1～6h。
本发明的有益效果是：
本发明设计的外光滤管为整体式结构，机械强度高，密封性能好，安全系数高，孔径均匀一致、烧结强度俱佳，使用寿命远高于传统焊接法兰结构；本发明的外光滤管在使用过程中具有滤饼不易粘附、容易反吹、易清洗再生、使用寿命长及连续长周期使用等优点。因此，具有广泛应用前景与显著的经济和社会效益；本发明一种整体式粉末烧结外光滤管的制备方法，工艺简单，成本低。
附图说明
图1是本发明一种整体式粉末烧结外光滤管的制备方法的冷等静压模具的结构示意图；
图2是本发明一种整体式粉末烧结外光滤管的制备方法制备的外光滤管的结构示意图；
图2(a)外光型粉末烧结过滤管半成品的示意图
图2(b)机加工后的整体式粉末烧结外光滤管的示意图
图3是现有的带法兰外光滤管的结构示意图；
图3(a)带法兰外光滤管半成品的示意图
图3(b)机加工后的带法兰外光滤管的示意图
图3(c)机加工后的带法兰外光滤管A处的示意图
图4是本发明一种整体式粉末烧结外光滤管的制备方法中的过滤管烧结后的剖面图。
图中，1.橡胶塞，2.钢塞，3.外模套，4.金属粉末，5.内胶套，6.芯管，7.外胶套，8.定心环，9.橡胶环套，11-1.密封端盖a，11-2.密封端盖b，12.外光型粉末烧结过滤管半成品，13.整体式粉末烧结外光滤管，14.端封面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明提出了一种整体式粉末烧结外光滤管的制备方法，整体式粉末烧结外光滤管的制备采用冷等静压模具；
如图1所示，冷等静压模具包括芯管6和外模套3，外模套3套设在芯管6外侧，芯管6外壁套设有内胶套5，内胶套5靠近芯管6开口的一端依次密封安装有定心环8和橡胶环套9，外模套3靠近芯管6开口的一端与定心环8固接，外模套3的另一端安装有钢塞2，钢塞2顶部安装有橡胶塞1，橡胶塞1和外模套3外侧均套设有外胶套7；钢塞2、内胶套5、外模套3和定心环8之间设置有n型空腔，n型空腔的开口端为对称的脚型；
优选地，内胶套5为外径变径胶套，且变径光滑过渡，内胶套5开口端的外径最小，确保了过滤管生坯底部法兰压制厚度；芯管6和内胶套5均伸出橡胶环套9；钢塞2与外模套3固定装配；外模套3为整体刚性变径模套，且变径处的内、外圆滑过渡，外模套3开口端的变径向内、向外延伸；外胶套7分别与外模套3、定心环8和橡胶环套9密封连接；橡胶环套9靠近芯管6的开口端。
具体按照以下步骤实施：
步骤1，装粉
将冷等静压模具放置在震动台上，采用定心环8将金属粉末4填满空腔并振实，备用；
其中，金属粉末4为蒙乃尔合金、不锈钢、纯镍、因康镍合金、Fe3Al合金中的任意一种；金属粉末4的粒度为40～400目。
步骤2，粉末坯体的制备
将装入金属粉末4的冷等静压模具放置并固定到冷等静压机工作腔体内，将金属粉末4压制成型，取出冷等静压模具，拆除橡胶塞1、钢塞2、内胶套5、芯管6、外胶套7、定心环8和橡胶环套9，得到带有外模套3的粉末坯体；
其中，冷等静压机的压制压力为100～200MPa，保压时间为5～10min。
步骤3，坯体组合件的制备
在带有外模套3的粉末坯体内均匀装入白刚玉，在外模套3的变径端装配密封端盖b11-2，并在外模套3另一端装配密封端盖a11-1，得到坯体组合件；
其中，白刚玉的粒度为8～20目。
步骤4，烧结成型
如图4所示，将坯体组合件竖直放置在真空或氢气气氛的烧结炉内进行烧结处理，再气淬冷却至室温，从烧结炉取出并拆除外模套3、密封端盖a11-1、密封端盖b11-2及白刚玉的颗粒，得到外光型粉末烧结过滤管半成品12，如图2(a)、图4所示；
其中，烧结处理的温度为1200～1360℃，保温时间为1～6h。
步骤5，对外光型粉末烧结过滤管半成品的端封面14进行机加工，主要是为了确保管体与端封面14之间的过渡角及端封面面积适宜，得到整体式粉末烧结外光滤管13，如图2(b)所示。
本发明一种整体式粉末烧结外光滤管的制备方法制备的整体式粉末烧结外光滤管13一端封闭为管底，另一端自带法兰；且管体、法兰、管底为整体式结构；管体与法兰之间为圆滑过渡。
实施例1
整体式粉末烧结外光滤管的制备采用冷等静压模具；冷等静压模具包括芯管6和外模套3，外模套3套设在芯管6外侧，芯管6外壁套设有内胶套5，内胶套5靠近芯管6开口的一端依次安装有定心环8和橡胶环套9，外模套3靠近芯管6开口的一端与定心环8固接，外模套3的另一端安装有钢塞2，钢塞2顶部安装有橡胶塞1，橡胶塞1和外模套3外侧均套设有外胶套7；钢塞2、内胶套5、外模套3和定心环8之间设置有n型空腔，n型空腔的开口端为对称的脚型；
内胶套5为外径变径胶套，且变径光滑过渡，内胶套5开口端的外径最小，确保了过滤管生坯底部法兰压制厚度；芯管6和内胶套5均伸出橡胶环套9；钢塞2与外模套3固定装配；外模套3为整体刚性变径模套，且变径处的内、外圆滑过渡，外模套3开口端的变径向内、向外延伸；外胶套7分别与外模套3、定心环8和橡胶环套9密封连接；橡胶环套9靠近芯管6的开口端。
本发明一种整体式粉末烧结外光滤管的制备方法如下：
(1)将冷等静压模具放置在震动台上，采用定心环8将金属粉末4填满空腔并振实，备用；其中，金属粉末4为不锈钢；金属粉末4的粒度为60/100目，取量为316L；
(2)将装入金属粉末4的冷等静压模具放置并固定到冷等静压机工作腔体内，将金属粉末4压制成型并降至常压后，取出冷等静压模具，拆除橡胶塞1、钢塞2、内胶套5、芯管6、外胶套7、定心环8和橡胶环套9，得到带有外模套3的粉末坯体；其中，冷等静压机的压制压力为100MPa，保压时间为10min；
(3)在带有外模套3的粉末坯体内均匀装入白刚玉，在外模套3的变径端装配密封端盖b11-2，并在外模套3另一端装配密封端盖a11-1，得到坯体组合件；其中，白刚玉的粒度为8目；
(4)将坯体组合件竖直放置在真空或氢气气氛的烧结炉内进行烧结处理，再气淬冷却至室温，从烧结炉取出并拆除外模套3、密封端盖a11-1、密封端盖b11-2及白刚玉的颗粒，得到外光型粉末烧结过滤管半成品12，如图2(a)所示；其中，烧结处理的温度为1360℃，保温时间为6h；
(5)对外光型粉末烧结过滤管半成品的端封面14进行机加工，主要是为了确保管体与端封面14之间的过渡角及端封面面积适宜，得到整体式粉末烧结外光滤管13。
本实例所制备的整体式粉末烧结外光滤管13的法兰外径为72mm，管体外径为60mm，长度为500mm，内径为40mm，管体厚度为10mm；最大孔径为55μm，透气系数为520m3/m2·h·KPa，压溃强度为130MPa。
实施例2
采用的冷等静压模具与实施例1相同。
本发明一种整体式粉末烧结外光滤管的制备方法如下：
(1)将冷等静压模具放置在震动台上，采用定心环8将金属粉末4填满空腔并振实，备用；其中，金属粉末4为纯镍；金属粉末4的粒度为100/160目，取量为316L；
(2)将装入金属粉末4的冷等静压模具放置并固定到冷等静压机工作腔体内，将金属粉末4压制成型并降至常压后，取出冷等静压模具，拆除橡胶塞1、钢塞2、内胶套5、芯管6、外胶套7、定心环8和橡胶环套9，得到带有外模套3的粉末坯体；其中，冷等静压机的压制压力为170MPa，保压时间为7min；
(3)在带有外模套3的粉末坯体内均匀装入白刚玉，在外模套3的变径端装配密封端盖b11-2，并在外模套3另一端装配密封端盖a11-1，得到坯体组合件；其中，白刚玉的粒度为16目；
(4)将坯体组合件竖直放置在真空或氢气气氛的烧结炉内进行烧结处理，再气淬冷却至室温，从烧结炉取出并拆除外模套3、密封端盖a11-1、密封端盖b11-2及白刚玉的颗粒，得到外光型粉末烧结过滤管半成品12，如图2(a)所示；其中，烧结处理的温度为1280℃，保温时间为3h；
(5)对外光型粉末烧结过滤管半成品的端封面14进行机加工，主要是为了确保管体与端封面14之间的过渡角及端封面面积适宜，得到整体式粉末烧结外光滤管13。
本实例所制备的整体式粉末烧结外光滤管13的法兰外径为80mm，管体外径为65mm，长度为560mm，内径为50mm，管体厚度为5mm；最大孔径为25μm，透气系数为130m3/m2·h·KPa，压溃强度为200～210MPa。
实施例3
采用的冷等静压模具与实施例1相同。
(1)将冷等静压模具放置在震动台上，采用定心环8将金属粉末4填满空腔并振实，备用；其中，金属粉末4为蒙乃尔合金；金属粉末4的粒度为60/100目，取量为400L；
(2)将装入金属粉末4的冷等静压模具放置并固定到冷等静压机工作腔体内，将金属粉末4压制成型并降至常压后，取出冷等静压模具，拆除橡胶塞1、钢塞2、内胶套5、芯管6、外胶套7、定心环8和橡胶环套9，得到带有外模套3的粉末坯体；其中，冷等静压机的压制压力为180MPa，保压时间为6min；
(3)在带有外模套3的粉末坯体内均匀装入白刚玉，在外模套3的变径端装配密封端盖b11-2，并在外模套3另一端装配密封端盖a11-1，得到坯体组合件；其中，白刚玉的粒度为8目；
(4)将坯体组合件竖直放置在真空或氢气气氛的烧结炉内进行烧结处理，再气淬冷却至室温，从烧结炉取出并拆除外模套3、密封端盖a11-1、密封端盖b11-2及白刚玉的颗粒，得到外光型粉末烧结过滤管半成品12，如图2(a)所示；其中，烧结处理的温度为1300℃，保温时间为3h；
(5)对外光型粉末烧结过滤管半成品的端封面14进行机加工，主要是为了确保管体与端封面14之间的过渡角及端封面面积适宜，得到整体式粉末烧结外光滤管13。
本实例所制备的整体式粉末烧结外光滤管13的法兰外径为80mm，管体外径为65mm，长度为560mm，内径为50mm，管体厚度为5mm；最大孔径为15μm，透气系数为50m3/m2·h·KPa，压溃强度为300～310MPa。
实施例4
采用的冷等静压模具与实施例1相同。
(1)将冷等静压模具放置在震动台上，采用定心环8将金属粉末4填满空腔并振实，备用；金属粉末4为因康镍合金；金属粉末4的粒度为300/400目，取量为625L；
(2)将装入金属粉末4的冷等静压模具放置并固定到冷等静压机工作腔体内，将金属粉末4压制成型并降至常压后，取出冷等静压模具，拆除橡胶塞1、钢塞2、内胶套5、芯管6、外胶套7、定心环8和橡胶环套9，得到带有外模套3的粉末坯体；其中，冷等静压机的压制压力为200MPa，保压时间为5min；
(3)在带有外模套3的粉末坯体内均匀装入白刚玉，在外模套3的变径端装配密封端盖b11-2，并在外模套3另一端装配密封端盖a11-1，得到坯体组合件；其中，白刚玉的粒度为20目；
(4)将坯体组合件竖直放置在真空或氢气气氛的烧结炉内进行烧结处理，再气淬冷却至室温，从烧结炉取出并拆除外模套3、密封端盖a11-1、密封端盖b11-2及白刚玉的颗粒，得到外光型粉末烧结过滤管半成品12，如图2(a)所示；其中，烧结处理的温度为1200℃，保温时间为1h；
(5)对外光型粉末烧结过滤管半成品的端封面14进行机加工，主要是为了确保管体与端封面14之间的过渡角及端封面面积适宜，得到整体式粉末烧结外光滤管13。
本实例所制备的整体式粉末烧结外光滤管13的法兰外径为62mm，管体外径为50mm，长度为500mm，内径为46mm，管体厚度为2mm；最大孔径为10μm，透气系数为20m3/m2·h·KPa，压溃强度为350MPa。
实施例5
采用的冷等静压模具与实施例1相同。
(1)将冷等静压模具放置在震动台上，采用定心环8将金属粉末4填满空腔并振实，备用；金属粉末4为Fe3Al合金；金属粉末4的粒度为40/120目，取量为316L；
(2)将装入金属粉末4的冷等静压模具放置并固定到冷等静压机工作腔体内，将金属粉末4压制成型并降至常压后，取出冷等静压模具，拆除橡胶塞1、钢塞2、内胶套5、芯管6、外胶套7、定心环8和橡胶环套9，得到带有外模套3的粉末坯体；其中，冷等静压机的压制压力为180MPa，保压时间为8min；
(3)在带有外模套3的粉末坯体内均匀装入白刚玉，在外模套3的变径端装配密封端盖b11-2，并在外模套3另一端装配密封端盖a11-1，得到坯体组合件；其中，白刚玉的粒度为16目；
(4)将坯体组合件竖直放置在真空或氢气气氛的烧结炉内进行烧结处理，再气淬冷却至室温，从烧结炉取出并拆除外模套3、密封端盖a11-1、密封端盖b11-2及白刚玉的颗粒，得到外光型粉末烧结过滤管半成品12，如图2(a)所示；其中，烧结处理的温度为1300℃，保温时间为4h，自然随炉冷却至室温；
(5)对外光型粉末烧结过滤管半成品的端封面14进行机加工，主要是为了确保管体与端封面14之间的过渡角及端封面面积适宜，得到整体式粉末烧结外光滤管13。
本实例所制备的整体式粉末烧结外光滤管13的法兰外径为75mm，管体外径为60mm，长度为1500mm，内径为50mm，管体厚度为5mm；最大孔径为40μm，透气系数为250m3/m2·h·KPa，压溃强度为100MPa。
实施例1～实施例5对整体式粉末烧结外光滤管13的性能测定均采用《可渗透性烧结金属材料-气泡试验孔径的测定》GB/T5249-2013；《可渗透性烧结金属材料透气度的测定》GB/T31909-2015；《烧结多孔材料衬套径向压溃强度测定法》GB/T6804-2008标准。
现有的烧结金属多孔元件结构大多参照GB6886-2017(烧结不锈钢过滤元件)和GB6887-2007(烧结金属过滤元件)执行，该标准中规定管状金属元件为焊接法兰结构。故而工业上大量使用的粉末烧结过滤管大多是常规型式的外表面粗糙、内表面光滑(简称外毛型内光型)结构，且两端焊接，如图3(a)、3(b)和3(c)。从实施例1～实施例5对整体式粉末烧结外光滤管13的性能测定，可以得出采用本发明的整体式粉末烧结外光滤管的制备方法，制得的整体式粉末烧结外光滤管13相比现有的过滤管机械强度更高，密封性能更好，安全系数高，且孔径均匀一致、烧结强度俱佳；本发明采用的冷等静压模具在金属粉末4烧结成型时，能够填补法兰粉末压缩距离大，有效解决了管体与法兰变径处出现厚度“薄弱区”，从而保证整体式外光滤管在长周期使用过程中不会因为“薄弱区”出现断裂情况。

Claims (1)

1.一种整体式粉末烧结外光滤管的制备方法，其特征在于，整体式粉末烧结外光滤管的制备采用冷等静压模具；
所述冷等静压模具包括芯管（6）和外模套（3），所述外模套（3）套设在芯管（6）外侧，所述芯管（6）外壁套设有内胶套（5），所述内胶套（5）靠近芯管（6）开口的一端依次安装有定心环（8）和橡胶环套（9），所述外模套（3）靠近芯管（6）开口的一端与定心环（8）固接，所述外模套（3）的另一端安装有钢塞（2），所述钢塞（2）顶部安装有橡胶塞（1），所述橡胶塞（1）和外模套（3）外侧均套设有外胶套（7）；所述钢塞（2）、内胶套（5）、外模套（3）和定心环（8）之间设置有n型空腔；
所述内胶套（5）为外径变径胶套，且变径光滑过渡，所述内胶套（5）开口端的外径最小；所述芯管（6）和内胶套（5）均伸出橡胶环套（9）；所述钢塞（2）与外模套（3）固定装配；所述外模套（3）为整体刚性变径模套，且变径处的内、外圆滑过渡，所述外模套（3）开口端的内径和外径最大；所述外胶套（7）分别与外模套（3）、定心环（8）和橡胶环套（9）密封连接；所述橡胶环套（9）靠近芯管（6）的开口端；
具体按照以下步骤实施：
步骤1，装粉
将所述冷等静压模具放置在震动台上，将金属粉末（4）填满所述空腔并振实，备用；
所述金属粉末（4）为蒙乃尔合金、不锈钢、纯镍、因康镍合金、Fe3Al合金中的任意一种；所述金属粉末（4）的粒度为40～400目；
步骤2，粉末坯体的制备
将装入金属粉末（4）的所述冷等静压模具放置并固定到冷等静压机工作腔体内，将所述金属粉末（4）压制成型，取出所述冷等静压模具，拆除橡胶塞（1）、钢塞（2）、内胶套（5）、芯管（6）、外胶套（7）、定心环（8）和橡胶环套（9），得到带有外模套（3）的粉末坯体；所述冷等静压机的压制压力为100~200MPa，保压时间为5~10min；
步骤3，坯体组合件的制备
在带有外模套（3）的所述粉末坯体内均匀装入白刚玉，在外模套（3）的变径端装配密封端盖b（11-2），并在外模套（3）另一端装配密封端盖a（11-1），得到坯体组合件；所述白刚玉的粒度为8～20目；
步骤4，烧结成型
将所述坯体组合件竖直放置在真空或氢气气氛的烧结炉内进行烧结处理，再气淬冷却至室温，从所述烧结炉取出并拆除外模套（3）、密封端盖a（11-1）、密封端盖b（11-2）及白刚玉的颗粒，得到外光型粉末烧结过滤管半成品（12）；所述烧结处理的温度为1200~1360℃，保温时间为1~6h；
步骤5，对所述外光型粉末烧结过滤管半成品的端封面（14）进行机加工，得到整体式粉末烧结外光滤管（13）。
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