CN113714502A - 一种具有微小渗透通量管状多孔金属元件的制备方法 - Google Patents

一种具有微小渗透通量管状多孔金属元件的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有微小渗透通量管状多孔金属元件的制备方法，该方法包括：一、以金属粉末为原料，采用冷等静压法制备管状多孔材料压坯；二、将管状多孔材料压坯进行高温烧结得到管状多孔元件坯料；三、采用硬质工具对管状多孔元件坯料的表面进行相对运动处理，得到管状多孔金属元件。本发明采用硬质工具对粉末烧结法制备的管状多孔元件坯料的表面进行强制的相对运动处理，使得部分多孔材料集体剥离脱落，通过控制相对运动处理的条件工艺参数，同时实现了对管状多孔金属元件尺寸精度和渗透量的精确控制，满足了现代工业对微小渗透通量多孔金属材料的需求。

Description

一种具有微小渗透通量管状多孔金属元件的制备方法
技术领域
本发明属于多孔金属材料领域，具体涉及一种具有微小渗透通量管状多孔金属元件的制备方法。
背景技术
多孔材料由于具有高度联通的三维孔结构、高比表面积、密度低等特点，在核工业、化工机械以及航空航天等现代工业领域的过滤分离、流态化分布控制、热管理等工艺环节具有不可替代的作用。以粉末颗粒为原料，通过压制-烧结-加工制取的管状多孔元件具有比表面积大、装配性能好以及可更换性高等优点，已成为现代工业对中多孔元件的主要结构形式。
随着科学技术的发展，现代工业技术不仅对多孔金属材料装配的尺寸精度提出了更高的要求，而且对多孔金属材料渗透性能的控制提出了苛刻的要求。然而，在国家标准《GB/T 6887-2019烧结金属过滤元件》中，传统管状金属多孔材料的外径公差最小仅为±1mm，难以满足现代工业中机械装配的要求。同时，相关标准中多孔金属材料渗透通量的最小值为600L/m2·MPa·min，难以满足现代工业对微小通量的多孔金属材料(纯水通量≤50L/m2·MPa·min)的需求。
近年来，国内外企业与研究院所在市场上需求的推动下，先后开发了多种技术来实现管状多孔金属材料渗透通量的控制，如离心沉积技术(ZL200910219591)、湿法喷涂技术(US2008/0081007A1)、流延技术(US6652804 B1)、刷涂法、梯度复合技术等，但目前以上方法均需在支撑体上进行二次粉末涂覆-烧结，不仅生产成本较高，设备要求高，还需采用化学有机试剂，极易污染环境，批量生产的稳定性难以保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种具有微小渗透通量管状多孔金属元件的制备方法。该方法采用硬质工具对管状多孔元件坯料的表面进行强制的相对运动处理，使得部分多孔材料集体剥离脱落，并通过控制相对运动处理的条件工艺参数，同时实现了对管状多孔金属元件尺寸精度和渗透量的精确控制，解决了传统管状多孔金属材料制备时的尺寸精度和渗透量不足的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种具有微小渗透通量管状多孔金属元件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、以金属粉末为原料，采用冷等静压法制备管状多孔材料压坯；
步骤二、将步骤一中制备的管状多孔材料压坯进行高温烧结，得到管状多孔元件坯料；
步骤三、将步骤二中得到的管状多孔元件坯料装夹于可轴向旋转的装置上，在转速为100r/min～1000r/min、进给量为0.2mm/r～2mm/r、每次处理量为0.2mm～1.5mm的条件下，采用硬质工具对管状多孔元件坯料的表面进行相对运动处理，得到管状多孔金属元件；所述管状多孔金属元件的纯水通量为0.5L/m2·MPa·min～50L/m2·MPa·min。
本发明采用粉末烧结法，以金属粉末为原料依次经冷等静压和高温烧结制备管状多孔元件坯料，然后采用硬质工具对管状多孔元件坯料的表面进行强制的相对运动处理，得到管状多孔金属元件，利用摩擦作用使得部分多孔材料从管状多孔元件坯料的表面集体剥离脱落，并通过控制相对运动处理的条件工艺参数，一方面控制了集体剥离脱落的程度，实现对管状多孔金属元件尺寸精度的精确控制，同时还控制了相对运动处理后的管状多孔元件坯料的表面孔隙状态，实现对管状多孔金属元件渗透通量的精确控制。
上述的一种具有微小渗透通量管状多孔金属元件的制备方法，其特征在于，步骤一中所述管状多孔材料压坯的材质为不锈钢、镍基合金、钛、钛合金或铜合金。本发明制备方法可应用于上述多种常规金属材料，适用范围广，实用价值高。
上述的一种具有微小渗透通量管状多孔金属元件的制备方法，其特征在于，步骤一中所述管状多孔材料压坯的尺寸为：长度50mm～2000mm，直径20mm～200mm，壁厚大于5mm。通过对管状多孔材料压坯的尺寸限制，保证了产物管状多孔金属元件的整体强度性能，进而保证其使用性能。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明采用硬质工具对粉末烧结法制备的管状多孔元件坯料的表面进行强制的相对运动处理，使得部分多孔材料集体剥离脱落，通过控制相对运动处理的条件工艺参数，同时实现了对管状多孔金属元件尺寸精度和渗透量的精确控制，解决了传统管状多孔金属材料制备时的尺寸精度和渗透量不足的问题。
2、本发明通过对管状多孔元件坯料的表面的相对运动处理实现对产物尺寸精度和渗透量的精确控制，未使用任何的化学试剂，对工况环境和操作者不会产生危害，更不会对产物的耐蚀性和机械性能产生影响，制备工艺简单，生产成本低廉，对生产设备的要求较低，适用于各种规格管状多孔材料的制备，适合大规模工业化生产。
3、本发明方法制备的管状多孔金属元件的直径尺寸精度在±0.2mm范围内，纯水通量为0.5L/m2·MPa·min～50L/m2·MPa·min，满足了现代工业对微小渗透通量多孔金属材料的需求。
4、本发明的方法不但适用于多孔金属材料的制备，同时适用于由于长期使用表面孔结构堵塞的废旧管状多孔金属材料的再生，实现了材料的再利用。
下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明具有微小渗透通量管状多孔金属元件的制备工艺流程图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，本实施例包括以下步骤：
步骤一、将筛选后的316L不锈钢粉末装入模具中进行冷等静压，制备管状多孔材料压坯；所述管状多孔材料压坯的尺寸为：长度2000mm，直径200mm，壁厚20mm；所述冷等静压的压力为180MPa，保压时间为30s；
步骤二、将步骤一中制备的管状多孔材料压坯进行高温烧结，得到管状多孔元件坯料；所述高温烧结的温度为1200℃，保温时间为2h；
步骤三、将步骤二中得到的管状多孔元件坯料装夹于可轴向旋转的车床上，在转速为100r/min、进给量为0.2mm/r、每次处理量为1.5mm的条件下，采用高速钢刀具对管状多孔元件坯料的表面进行相对运动处理，得到管状多孔金属元件。
经检测，本实施例制备的管状多孔金属元件的长度为2000mm，壁厚为12mm±0.04mm，纯水通量为50L/m2·MPa·min。
实施例2
如图1所示，本实施例包括以下步骤：
步骤一、将筛选后的Inconel 625合金粉末装入模具中进行冷等静压，制备管状多孔材料压坯；所述管状多孔材料压坯的尺寸为：长度50mm，直径120mm，壁厚12mm；所述冷等静压的压力为160MPa，保压时间为30s；
步骤二、将步骤一中制备的管状多孔材料压坯进行高温烧结，得到管状多孔元件坯料；所述高温烧结的温度为1240℃，保温时间为2h；
步骤三、将步骤二中得到的管状多孔元件坯料装夹于可轴向旋转的车床上，在转速为1000r/min、进给量为1.2mm/r、每次处理量为0.2mm的条件下，采用高速合金刀具对管状多孔元件坯料的表面进行相对运动处理，得到管状多孔金属元件。
经检测，本实施例制备的管状多孔金属元件的长度为50mm，壁厚为6mm±0.06mm，纯水通量为0.5L/m2·MPa·min。
实施例3
如图1所示，本实施例包括以下步骤：
步骤一、将筛选后的TA0粉末装入模具中进行冷等静压，制备管状多孔材料压坯；所述管状多孔材料压坯的尺寸为：长度500mm，直径20mm，壁厚6mm；所述冷等静压的压力为100MPa，保压时间为30s；
步骤二、将步骤一中制备的管状多孔材料压坯进行高温烧结，得到管状多孔元件坯料；所述高温烧结的温度为1050℃，保温时间为1.5h；
步骤三、将步骤二中得到的管状多孔元件坯料装夹于可轴向旋转的车床上，在转速为475r/min、进给量为0.8mm/r、每次处理量为0.9mm的条件下，采用金刚石刀具对管状多孔元件坯料的表面进行相对运动处理，得到管状多孔金属元件。
经检测，本实施例制备的管状多孔金属元件的长度为500mm，壁厚为13mm±0.08mm，纯水通量为29.8L/m2·MPa·min。
实施例4
如图1所示，本实施例包括以下步骤：
步骤一、将筛选后的铜合金粉末装入模具中进行冷等静压，制备管状多孔材料压坯；所述管状多孔材料压坯的尺寸为：长度1200mm，直径60mm，壁厚8mm；所述冷等静压的压力为75MPa，保压时间为30s；
步骤二、将步骤一中制备的管状多孔材料压坯进行高温烧结，得到管状多孔元件坯料；所述高温烧结的温度为720℃，保温时间为2h；
步骤三、将步骤二中得到的管状多孔元件坯料装夹于可轴向旋转的车床上，在转速为620r/min、进给量为1.3mm/r、每次处理量为0.4mm的条件下，采用高速钢刀具对管状多孔元件坯料的表面进行相对运动处理，得到管状多孔金属元件。
经检测，本实施例制备的管状多孔金属元件的长度为1200mm，壁厚为54mm±0.02mm，纯水通量为34.75L/m2·MPa·min。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种具有微小渗透通量管状多孔金属元件的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、以金属粉末为原料，采用冷等静压法制备管状多孔材料压坯；
步骤二、将步骤一中制备的管状多孔材料压坯进行高温烧结，得到管状多孔元件坯料；
步骤三、将步骤二中得到的管状多孔元件坯料装夹于可轴向旋转的装置上，在转速为100r/min～1000r/min、进给量为0.2mm/r～2mm/r、每次处理量为0.2mm～1.5mm的条件下，采用硬质工具对管状多孔元件坯料的表面进行相对运动处理，得到管状多孔金属元件；所述管状多孔金属元件的纯水通量为0.5L/m2·MPa·min～50L/m2·MPa·min。
2.根据权利要求1所述的一种具有微小渗透通量管状多孔金属元件的制备方法，其特征在于，步骤一中所述管状多孔材料压坯的材质为不锈钢、镍基合金、钛、钛合金或铜合金。
3.根据权利要求1所述的一种具有微小渗透通量管状多孔金属元件的制备方法，其特征在于，步骤一中所述管状多孔材料压坯的尺寸为：长度50mm～2000mm，直径20mm～200mm，壁厚大于5mm。
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