專利名稱：鈀合金-難熔金屬復合管及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于透氫復合管制備技術領域，尤其是涉及一種鈀合金-難熔金屬復合管
及其制備方法。
背景技術：
鈀合金膜擴散法具有優(yōu)異的純化性能，是其它氫純化方法所無法比擬的。但由于 技術上的原因，鈀合金膜擴散法還存在著許多亟待解決的問題，如膜的滲氫速率較低、強度 不夠高、使用壽命不夠長等。同時有文獻介紹透氫率的高低與鈀合金膜的厚度成反比，鈀合 金膜厚度的降低不僅可以提高透氫率，同時可還以降低成本。目前，國內(nèi)外對透氫鈀膜的研 究工作大都集中在鈀復合膜，可用于鈀膜的載體很多，主要有多孔陶瓷、多孔玻璃、不銹鋼 燒結(jié)材料、分子篩、致密金屬等。 在已報道的鈀復合膜研究中，陶瓷載體的缺點是易碎、不易密封、不易與其它部件 連接，而且陶瓷載體與鈀膜的熱膨脹系數(shù)相差較大，當溫度變化過快時易造成膜破裂。針對 這些缺點，不銹鋼燒結(jié)金屬載體得到了重視，但它的耐氫脆、耐高溫、耐腐蝕性等又造成了 新的問題，同時不銹鋼燒結(jié)材料是多孔的，其腐蝕速度遠快于相應的無孔不銹鋼。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)設計 合理、透氫效果好且成本低的鈀合金_難熔金屬復合管。 為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是一種鈀合金-難熔金屬復合管， 其特征在于包括具有透氫能力的難熔金屬材料制成的難熔金屬管以及設置在難熔金屬管 內(nèi)外側(cè)的鈀合金內(nèi)管和鈀合金外管，所述鈀合金內(nèi)管、難熔金屬管和鈀合金外管同軸設置 且三者經(jīng)冶金結(jié)合形成透氫復合管；所述鈀合金內(nèi)管、難熔金屬管和鈀合金外管的復合比 為2 5 : 4 30 : 1 3。 所述鈀合金內(nèi)管和鈀合金外管均由鈀合金材料制成且所述鈀合金材料為Pd、 PdAg20、 PdAg25或PdAgAuNi23-3-0. 5 ;所述難熔金屬材料為Nb、 Zr、 V或Ta。
同時，本發(fā)明還公開了一種方法步驟簡單、實現(xiàn)方便、可操作性強且所制備鈀合 金_難熔金屬復合管性能優(yōu)越的3的鈀合金_難熔金屬復合管制備方法，其特征在于該方 法包括以下步驟 步驟一、管材準備按照復合比相應確定所需準備相應規(guī)格的鈀合金內(nèi)管、難熔金 屬管和鈀合金外管； 步驟二、管材表面處理分別對步驟一中準備好的鈀合金內(nèi)管的外表面、難熔金屬 管的內(nèi)外表面和鈀合金外管的內(nèi)表面進行打磨及拋光處理，且使得各被處理表面的粗糙度 均達至U 0. 3 0. 8 ii m ; 步驟三、復合并形成復合管坯采用爆炸復合方法或擴散焊復合方法對步驟二中 經(jīng)表面處理后的鈀合金內(nèi)管、難熔金屬管和鈀合金外管進行復合，并形成由鈀合金內(nèi)管、難
4熔金屬管和鈀合金外管組成的復合管坯；且復合時，先對鈀合金內(nèi)管和難熔金屬管進行內(nèi) 復合，再對難熔金屬管和鈀合金外管進行外復合，獲得透氫鈀合金_難熔金屬復合管坯；
步驟四、復合管成型加工處理采用旋鍛機、軋機和拉拔機對所述透氫復合管坯依 次進行旋鍛、軋制和拉拔加工處理，并獲得結(jié)構(gòu)和尺寸均符合設計要求的透氫復合管成品； 且在旋鍛、軋制和拉拔加工處理過程中，均需要進行多次中間退火處理工序。
上述步驟三中所述的采用爆炸復合方法對步驟二中經(jīng)表面處理后的鈀合金內(nèi)管、 難熔金屬管和鈀合金外管進行復合時，步驟一中所準備的難熔金屬管的管材長度大于鈀合 金外管的管材長度且其小于鈀合金內(nèi)管的管材長度，其爆炸復合過程包括以下步驟
3011、爆炸復合前進行退火處理爆炸復合前，采用高溫退火爐分別對鈀合金內(nèi) 管、難熔金屬管和鈀合金外管進行退火處理，對難熔金屬管進行退火處理時，高溫退火爐內(nèi) 的真空度為l(T2 10，a，加熱溫度為800°C 1200。C且保溫時間為30 90min ;對鈀合 金內(nèi)管和鈀合金外管進行退火處理時，高溫退火爐內(nèi)的真空度為10—2 10—卞a，加熱溫度為 700°C 850。C且保溫時間為30 60min ; 3012、內(nèi)爆炸復合進行內(nèi)爆炸復合前，先對鈀合金內(nèi)管和難熔金屬管進行裝配且 將二者均置于爆炸平臺上；其次，在鈀合金內(nèi)管內(nèi)部裝藥且所裝炸藥為粉狀乳化炸藥，裝藥 時自上向下垂直且松散裝藥，所裝成的內(nèi)爆炸炸藥包為柱狀，所述柱狀炸藥包的高度與鈀 合金內(nèi)管的高度相同且其直徑小于鈀合金內(nèi)管的內(nèi)徑；接著，在柱狀炸藥上方進行引爆且 起爆之后逐步向下進行爆炸復合，并獲得內(nèi)爆炸復合管坯；爆炸復合完后，采用切割設備切 除所述內(nèi)爆炸復合管坯上下兩端部的未結(jié)合區(qū)；實際裝藥時，根據(jù)鈀合金內(nèi)管和難熔金屬 管的管徑、壁厚和二者間需復合的程度，確定所裝炸藥的量； 3013、外爆炸復合進行外爆炸復合前，先對鈀合金外管和步驟二中所述切除未結(jié) 合區(qū)的內(nèi)爆炸復合管坯進行裝配且將二者均置于爆炸平臺上，同時在鈀合金外管外側(cè)同軸 套裝一藥包套；其次，在所述藥包套內(nèi)側(cè)裝藥且所裝炸藥為粉狀乳化炸藥，裝藥時自上向下 垂直且松散裝藥，所裝成的外爆炸藥包為管狀，所述管狀炸藥包的高度與鈀合金外管的高 度相同；接著，在管狀炸藥上方進行引爆且起爆之后逐步向下復合，并獲得鈀合金-難熔金 屬復合管坯；實際裝藥時，根據(jù)鈀合金外管和所述切除未結(jié)合區(qū)的內(nèi)爆炸復合管坯的管徑、 壁厚和二者間需復合的程度，確定所裝裝藥的炸藥量。 5.按照權(quán)利要求3所述的鈀合金-難熔金屬復合管制備方法，其特征在于步驟 三中所述的采用擴散焊復合方法對步驟二中經(jīng)表面處理后的鈀合金內(nèi)管、難熔金屬管和鈀 合金外管進行復合時，步驟一中所準備的鈀合金內(nèi)管、難熔金屬管和鈀合金外管的管材長 度均相等，其擴散焊復合過程包括以下步驟 3021、內(nèi)擴散焊復合進行內(nèi)擴散焊復合前，先對鈀合金內(nèi)管和難熔金屬管進行緊 密裝配；之后采用高頻感應加熱熱源對鈀合金內(nèi)管和難熔金屬管進行擴散焊焊接，并獲得 內(nèi)擴散焊復合管坯；且進行內(nèi)擴散焊焊接時，真空度高于10—卞a，焊接電流300士20A，電壓 13士lkV，加熱功率30士3kW，焊接時間30±5s ; 3022、外擴散焊復合進行外擴散焊復合前，先對鈀合金外管和所述內(nèi)擴散焊復合 管坯進行緊密裝配；之后采用高頻感應加熱熱源對合金外管和所述內(nèi)擴散焊復合管坯進 行擴散焊焊接，并獲得鈀合金_難熔金屬復合管坯；且進行內(nèi)擴散焊焊接時，真空度高于 10—'Pa,焊接電流350 ±20A，電壓14± lkV，加熱功率31 ±3kW，焊接時間20±5s。
上述步驟二中進行管材表面處理時，還需對鈀合金內(nèi)管、難熔金屬管和鈀合金外 管進行去油處理。 上述步驟三中所述的獲得透氫鈀合金-難熔金屬復合管坯后，還需采用高溫退火 爐對所述鈀合金_難熔金屬復合管坯進行退火處理，并獲得透氫復合管坯；且進行退火處 理時，高溫退火爐內(nèi)的真空度為10—2 10—卞a，加熱溫度為800°C 120(TC且保溫時間為 30 90min。 上述步驟四中所述在旋鍛、軋制和拉拔加工處理過程中，均需要進行多次中間退 火處理工序，其中旋鍛處理過程中，旋鍛道次加工率為30 40%，兩次中間退火間的旋鍛 加工率為50 60%;軋制處理過程中，軋制道次加工率為30 40%，兩次中間退火間的軋 制加工率50 60 % ;拉拔加工處理過程中，拉拔道次加工率為15 25 % ，兩次中間退火處 理間的拉拔加工率為30 40% ;并且旋鍛、軋制和拉拔加工處理過程中進行中間退火處理 時，均在惰性氣體保護下進行，加熱溫度為720°C 120(TC且保溫時間為30 90min。
所述旋鍛處理、軋制處理和拉拔加工處理過程中，中間退火處理前均需對所述透 氫復合管坯進行除油清洗。 本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點 1、所加工的鈀合金-難熔金屬復合管結(jié)構(gòu)簡單且性能優(yōu)良，其將難熔金屬在中間 鈀合金在兩側(cè)的夾心狀分布三層復合管，所使用的原料均為透氫材料，難熔金屬的透氫率 和強度遠高于鈀合金，但難熔金屬不具有對氫的選擇透過性，該復合管內(nèi)外表面均為5 15微米厚的鈀合金層，中間層為難熔金屬，具體以高選擇透氫率和高強度的難熔金屬為載 體，以對氫具有催化活性的鈀合金為膜材料，因而具有對氫的催化特性、抗氧化性，同時具 有一定的強度和高選擇滲氫率。綜上，本發(fā)明通過在鈀合金層中間加入難熔金屬，提高透氫 率，增加強度。 2、加工步驟簡單且設計合理、實現(xiàn)方便，以鈀合金和難熔金屬管材為原料，通過前 期坯料準備和處理，采用復合工藝使內(nèi)、外層鈀合金管與難熔金屬管之間形成冶金結(jié)合，再 經(jīng)過旋鍛、軋制、拉拔加工及退火工藝將復合管加工成氫氣凈化器所需的小15 2X0. 3 0. 08mm的透氫復合管。 3、擴散焊復合采用的真空度高于10—3Pa，避免難熔金屬的氧化。 4、所加工的鈀合金-難熔金屬復合管結(jié)合透氫性能和機械性能遠遠好于鈀的難
熔金屬與鈀合金對氫具有的催化活性的鈀合金兩者的優(yōu)點，通過復合和壓力加工等方法保
證了金屬結(jié)合區(qū)的焊接為冶金結(jié)合并保持原來金屬的特性，提高透氫率和強度。 綜上所述，本發(fā)明方法步驟簡單、實施方便且所制備出的鈀合金-難熔金屬復合
管性能優(yōu)良，不僅具備鈀合金對氫的催化特性、抗氧化性，同時具備難熔金屬的高強度和高
選擇滲氫率。 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
圖1為本發(fā)明所制備鈀合金_難熔金屬復合管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明制備鈀合金_難熔金屬復合管的方法流程圖。
附圖標記說明
l-鈀合金內(nèi)管； 2-難熔金屬管； 3-鈀合金外管。
具體實施例方式
如圖1所示的一種鈀合金_難熔金屬復合管，包括具有透氫能力的難熔金屬材料 制成的難熔金屬管2以及設置在難熔金屬管2內(nèi)外側(cè)的鈀合金內(nèi)管1和鈀合金外管3，所述 鈀合金內(nèi)管1、難熔金屬管2和鈀合金外管3同軸設置且三者經(jīng)冶金結(jié)合形成透氫復合管； 所述鈀合金內(nèi)管1、難熔金屬管2和鈀合金外管3的復合比(即鈀合金內(nèi)管1、難熔金屬管2 和鈀合金外管3的橫截面面積比)為2 5 : 4 30 : 1 3。實際復合后，鈀合金_難 熔金屬復合管成品中，所述鈀合金內(nèi)管1和鈀合金外管3的厚度為5 15微米。
實際制備過程中，所述鈀合金內(nèi)管1和鈀合金外管3均由鈀合金材料制成且所述 鈀合金材料為Pd、PdAg20、PdAg25或PdAgAuNi23-3-0. 5 ;所述難熔金屬材料為Nb、Zr、 V或 Ta。 如圖2所示的一種制備鈀合金_難熔金屬復合管的方法，包括以下步驟 步驟一、管材準備按照復合比相應確定所需準備相應規(guī)格的鈀合金內(nèi)管1、難熔
金屬管2和鈀合金外管3。 步驟二、管材表面處理分別對步驟一中準備好的鈀合金內(nèi)管1的外表面、難熔金 屬管2的內(nèi)外表面和鈀合金外管3的內(nèi)表面進行打磨處理，且使得各被處理表面的粗糙度 均達到0. 3 0. 8 ii m。進行管材表面處理時，還需對鈀合金內(nèi)管1、難熔金屬管2和鈀合金 外管3進行去油處理，具體是采用金屬清洗劑進行去油清洗。 步驟三、復合并形成復合管坯采用爆炸復合方法或擴散焊復合方法對步驟二中 經(jīng)表面處理后的鈀合金內(nèi)管1、難熔金屬管2和鈀合金外管3進行復合，并形成由鈀合金內(nèi) 管1、難熔金屬管2和鈀合金外管3組成的復合管坯；且復合時，先對鈀合金內(nèi)管1和難熔金 屬管2進行內(nèi)復合，再對難熔金屬管2和鈀合金外管3進行外復合，并獲得透氫復合管坯。
本步驟中，獲得透氫鈀合金_難熔金屬復合管坯后，還需采用高溫退火爐對所述 鈀合金_難熔金屬復合管坯進行退火處理，并獲得透氫復合管坯；且進行退火處理時，高溫 退火爐內(nèi)的真空度為10—2 10—卞a，加熱溫度為800°C 1200。C且保溫時間為30 90min。
步驟四、復合管成型加工處理采用旋鍛機、軋機和拉拔機分別對所述透氫復合管 坯依次進行旋鍛、軋制和拉拔加工處理，并獲得結(jié)構(gòu)和尺寸均符合設計要求的透氫復合管 成品；且在旋鍛、軋制和拉拔加工處理過程中，均需要進行多次中間退火處理工序。
在旋鍛、軋制和拉拔加工處理過程中，均需要進行多次中間退火處理工序，其中旋 鍛處理過程中，旋鍛道次加工率為30 40%，兩次中間退火間的旋鍛加工率為50 60%; 軋制處理過程中，軋制道次加工率為30 40%，兩次中間退火間的軋制加工率50 60%; 拉拔加工處理過程中，拉拔道次加工率為15 25%，兩次中間退火處理間的拉拔加工率為 30 40%。并且旋鍛處理、軋制處理和拉拔加工處理過程中，中間退火處理前均需對所述 透氫復合管坯進行除油清洗；并且旋鍛、軋制和拉拔加工處理過程中進行中間退火處理時， 均在惰性氣體保護下進行，加熱溫度為800°C 120(TC且保溫時間為30 90min。
實施例1 本實施例中，所制備的鈀合金-難熔金屬復合管包括由具有透氫能力的難熔金屬 材料制成的難熔金屬管2以及設置在難熔金屬管2內(nèi)外側(cè)的鈀合金內(nèi)管1和鈀合金外管3，
7所述鈀合金內(nèi)管1、難熔金屬管2和鈀合金外管3同軸設置且三者經(jīng)冶金結(jié)合形成透氫復合管。 本實施例中，制備鈀合金-難熔金屬復合管時，包括以下步驟 步驟一、管材準備按照復合比相應確定需準備鈀合金內(nèi)管1、難熔金屬管2和鈀 合金外管3的管材壁厚和長度。所述鈀合金內(nèi)管1選用直徑為小15X lmm的PdAg20管，難 熔金屬管2選用小25X4. 5mm的鈮管，鈀合金外管3選用直徑為小27 X 0. 6mm的PdAg20管。
步驟二、管材表面處理分別對步驟一中準備好的鈀合金內(nèi)管1的外表面、難熔金 屬管2的內(nèi)外表面和鈀合金外管3的內(nèi)表面進行打磨處理，且使得各被處理表面的粗糙度 均達到0. 4ii m。進行管材表面處理時，還需對鈀合金內(nèi)管1、難熔金屬管2和鈀合金外管3 進行去油處理，具體是采用金屬清洗劑進行去油清洗。 打磨處理前或打磨處理后，根據(jù)步驟一中所確定需準備鈀合金內(nèi)管1、難熔金屬管 2和鈀合金外管3的管材長度并相應截取對應長度的管材，本實施例中，鈀合金內(nèi)管1的長 度為200mm，難熔金屬管2的長度為190mm，鈀合金外管3的長度為150mm。打磨處理后，再 對截取的鈀合金內(nèi)管1、難熔金屬管2和鈀合金外管3進行去油清洗。 步驟三、復合并形成復合管坯采用爆炸復合方法對步驟二中經(jīng)表面處理后的鈀 合金內(nèi)管1、難熔金屬管2和鈀合金外管3進行復合時，步驟一中所準備的難熔金屬管2的 管材長度大于鈀合金外管3的管材長度且其小于鈀合金內(nèi)管1的管材長度，其爆炸復合過 程包括以下步驟 3011、爆炸復合前進行退火處理爆炸復合前，采用高溫退火爐分別對鈀合金內(nèi)管 1、難熔金屬管2和鈀合金外管3進行退火處理，對難熔金屬管2進行退火處理時，高溫退火 爐內(nèi)的真空度為10—2 10—卞a，加熱溫度為800°C 1200。C且保溫時間為30 90min ;對 鈀合金內(nèi)管1和鈀合金外管3進行退火處理時，高溫退火爐內(nèi)的真空度為10—2 10—卞a，加 熱溫度為700°C 850。C且保溫時間為30 60min。 本實施例中，對難熔金屬管2進行退火處理時，高溫退火爐內(nèi)的真空度為 1X10—乍a，加熱溫度為IOO(TC且保溫時間為40min，之后隨爐冷卻至室溫。對鈀合金內(nèi)管1 和鈀合金外管3進行退火處理時，高溫退火爐內(nèi)的真空度為3 X 10—2Pa，加熱溫度為850°C且 保溫時間為30min，之后隨爐冷卻至室溫。 3012、內(nèi)爆炸復合進行內(nèi)爆炸復合前，先對鈀合金內(nèi)管1和難熔金屬管2進行裝 配且將二者均置于爆炸平臺上；其次，在鈀合金內(nèi)管1內(nèi)部裝藥且所裝炸藥為粉狀乳化炸 藥，裝藥時自上向下垂直且松散裝藥，所裝成的內(nèi)爆炸炸藥包為柱狀，所述柱狀炸藥包的高 度與鈀合金內(nèi)管1的高度相同且其直徑小于鈀合金內(nèi)管1的內(nèi)徑；接著，在柱狀炸藥上方 進行引爆且起爆之后逐步向下進行爆炸復合，并獲得內(nèi)爆炸復合管坯；爆炸復合完后，采用 切割設備切除所述內(nèi)爆炸復合管坯上下兩端部的未結(jié)合區(qū)；實際裝藥時，根據(jù)鈀合金內(nèi)管 1和難熔金屬管2的管徑、壁厚和二者間需復合的程度，確定所裝裝炸藥量。
本實施例中，所裝內(nèi)爆炸裝藥即所述柱狀炸藥尺寸為小llX200mm。用工業(yè)電雷管 從上方起爆，且起爆之后逐步向下復合。 3013、外爆炸復合進行外爆炸復合前，先對鈀合金外管3和步驟二中所述切除未 結(jié)合區(qū)的內(nèi)爆炸復合管坯進行裝配且將二者均置于爆炸平臺上，同時在鈀合金外管3外側(cè) 同軸套裝一藥包套；其次，在所述藥包套外側(cè)裝藥且所裝炸藥為粉狀乳化炸藥，裝藥時自上向下垂直且松散裝藥，所裝成的外爆炸炸藥包為管狀，所述管狀炸藥包的高度與鈀合金外 管3的高度相同；接著，在管狀炸藥上方進行引爆且起爆之后逐步向下復合，并獲得鈀合 金-難熔金屬復合管坯；實際裝藥時，根據(jù)鈀合金外管3和所述切除未結(jié)合區(qū)的內(nèi)爆炸復合 管坯的管徑、壁厚和二者間需復合的程度，確定所裝裝藥的炸藥量。 本實施例中，所述外爆炸裝藥即所述管狀炸藥的尺寸為4 70X21. 5mm，用工業(yè)電 雷管從上方起爆，且起爆之后逐步向下復合，并獲得PdAg20-Nb復合管坯。之后，用高溫退 火爐對PdAg20-Nb復合管坯進行退火處理時，高溫退火爐內(nèi)的真空度為7X10—卞a，加熱溫 度為900。C且保溫時間為90min。 步驟四、復合管成型加工處理采用旋鍛機、軋機和拉拔機分別對所述透氫復合管 坯依次進行旋鍛、軋制和拉拔加工處理，并獲得結(jié)構(gòu)和尺寸均符合設計要求的透氫復合管 成品；且在旋鍛、軋制和拉拔加工處理過程中，均需要進行多次中間退火處理工序。在旋鍛 處理過程中，旋鍛道次加工率為30 40%，兩次中間退火間的旋鍛加工率為50 60%;在 軋制處理過程中，軋制道次加工率為30 40%，兩次中間退火間的軋制加工率50 60%; 在拉拔加工處理過程中，拉拔道次加工率為15 25%，兩次中間退火處理間的拉拔加工率 為30 40% ;并且旋鍛、軋制和拉拔加工處理過程中進行中間退火處理時，均在惰性氣體 保護下進行，加熱溫度為720°C 120(TC且保溫時間為30 90min。另外，旋鍛處理、軋制 處理和拉拔加工處理過程中，中間退火處理前均需對所述透氫復合管坯進行除油清洗。
具體而言，本實施例中，首先進行旋鍛處理將爆炸復合的PdAg20-Nb復合管管坯 進行去油清洗；將去油清洗完的PdAg20-Nb復合管管坯在15T旋鍛機上進行旋鍛，旋鍛時 把小12mm的芯棒穿在管中，使用小26mm 小16mm的模具依次進行4 6次的旋鍛，并將 PdAg20-Nb復合管管坯加工成小16X2mm的PdAg20-Nb復合管管材。 其次，進行軋制處理將旋鍛好的PdAg20-Nb復合管管材使用LD15軋機進行多道 次軋制，并將PdAg20-Nb復合管管材從(M6X2mm尺寸軋制到小6X0. 12mm尺寸。軋制道 次加工率在30 40%，兩次中間退火間加工率50 60%。退火前必須進行除油清洗。
之后，進行拉拔加工處理，將小6 X 0. 12mm的PdAg20-Nb復合管管材在6米拉床上 使用拉絲模和芯桿配合控制，最終拉拔成小2X0.08mm的薄壁復合管。拉拔道次加工率在 15 25%，兩次中間退火間加工率為30 40%。 本實施例中，旋鍛、軋制和拉拔加工處理過程中進行中間退火處理時，均在惰性氣
體保護下進行，加熱溫度為82(TC且保溫時間為30min。 最后，對拉拔處理后得到的透氫復合管成品進行定尺裁截。 實施例2 本實施例中，與實施例1不同的是，所述鈀合金內(nèi)管1 、難熔金屬管2和鈀合金外管 3的復合比為2 : 4 : 1，并且所述鈀合金外管3的厚度為5微米。 實際制備時，與實施例1不同的是步驟二中分別對步驟一中準備好的鈀合金內(nèi) 管1的外表面、難熔金屬管2的內(nèi)外表面和鈀合金外管3的內(nèi)表面進行打磨處理時，使得 各被處理表面的粗糙度均達到0.3ym。步驟3011中爆炸復合前進行退火處理時，具體對 難熔金屬管2進行退火處理時，高溫退火爐內(nèi)的真空度為1 X 10—2Pa，加熱溫度為80(TC且 保溫時間為90min ;對鈀合金內(nèi)管1和鈀合金外管3進行退火處理時，高溫退火爐內(nèi)的真 空度為1X10—乍a，加熱溫度為70(TC且保溫時間為30min。爆炸復合后，采用高溫退火爐對PdAg20-Nb復合管坯進行退火處理。退火處理時，高溫退火爐內(nèi)的真空度為8X 10—卞a，加熱 溫度為90(TC且保溫時間為50min。步驟四中旋鍛、軋制和拉拔加工處理過程中進行中間退 火處理時，均在氬氣保護下進行，加熱溫度為80(TC且保溫時間為90min。本實施例中，其余 工藝步驟和工藝參數(shù)均與實施例1不同。
實施例3 本實施例中，與實施例1不同的是，所述鈀合金內(nèi)管1 、難熔金屬管2和鈀合金外管 3的復合比為5 : 30 : 3，并且所述鈀合金外管3的厚度為15微米。 實際制備時，與實施例1不同的是步驟二中分別對步驟一中準備好的鈀合金內(nèi) 管1的外表面、難熔金屬管2的內(nèi)外表面和鈀合金外管3的內(nèi)表面進行打磨處理時，使得各 被處理表面的粗糙度均達到0.8ym。步驟3011中爆炸復合前進行退火處理時，具體對難 熔金屬管2進行退火處理時，高溫退火爐內(nèi)的真空度為9. 9X10—卞a，加熱溫度為120(TC且 保溫時間為30min ;對鈀合金內(nèi)管1和鈀合金外管3進行退火處理時，高溫退火爐內(nèi)的真空 度為9. 9X 10—卞a，加熱溫度為85(TC且保溫時間為30min。爆炸復合后，采用高溫退火爐對 PdAg20-Nb復合管坯進行退火處理。退火處理時，高溫退火爐內(nèi)的真空度為9. 9X10—3Pa， 加熱溫度為120(TC且保溫時間為30min。步驟四中旋鍛、軋制和拉拔加工處理過程中進行 中間退火處理時，均在氬氣保護下進行，加熱溫度為120(TC且保溫時間為90min。本實施例 中，其余工藝步驟和工藝參數(shù)均與實施例1不同。
實施例4 本實施例中，實際制備時，與實施例1不同的是步驟一中管材準備時，所述鈀合 金內(nèi)管l選用直徑為小13X0. 8mm的PdAgAuNi23-3-0. 5管，難熔金屬管2選用小22X4. 5mm 的鈮管，鈀合金外管3選用小23X0. 5mm的PdAgAuNi23-3-0. 5管。步驟二中分別對步驟一 中準備好的鈀合金內(nèi)管1的外表面、難熔金屬管2的內(nèi)外表面和鈀合金外管3的內(nèi)表面進 行打磨處理，且使得各被處理表面的粗糙度均達到0. 6 ii m。并且所截取鈀合金內(nèi)管1的長 度為150mm ;難熔金屬管2的長度為150mm ;鈀合金外管3的長度為150mm。
步驟三中采用擴散焊復合方法對步驟二中經(jīng)表面處理后的鈀合金內(nèi)管1、難熔金 屬管2和鈀合金外管3進行復合時，步驟一中所準備的鈀合金內(nèi)管1、難熔金屬管2和鈀合 金外管3的管材長度均相等，其擴散焊復合過程包括以下步驟 3021、內(nèi)擴散焊復合進行內(nèi)擴散焊復合前，先對鈀合金內(nèi)管(1)和難熔金屬管2 進行緊密裝配；之后采用高頻感應加熱熱源對鈀合金內(nèi)管(1)和難熔金屬管2進行擴散 焊焊接，并獲得內(nèi)擴散焊復合管坯；且進行內(nèi)擴散焊焊接時，真空度高于10—卞a，焊接電流 300士20A，電壓13士lkV，加熱功率30士3kW，焊接時間30士5s。 3022、外擴散焊復合進行外擴散焊復合前，先對鈀合金外管(3)和所述內(nèi)擴散焊 復合管坯進行緊密裝配；之后采用高頻感應加熱熱源對合金外管3和所述內(nèi)擴散焊復合管 坯進行擴散焊焊接，并獲得鈀合金_難熔金屬復合管坯；且進行內(nèi)擴散焊焊接時，真空度 高于10—3pa，焊接電流350士20A，電壓14± lkV，加熱功率31 士3kW，焊接時間20士5s，獲得 PdAg20-Nb復合管坯。 之后，采用高溫退火爐對擴散焊復合的PdAg20-Nb復合管坯進行退火處理，且退 火處理時，高溫退火爐內(nèi)的真空度為8X10—卞a，加熱溫度為IIO(TC且保溫時間為40min。
步驟四中進行旋鍛處理時，首先將擴散焊接復合后得到的PdAgAuNi23-3-0. 5-Nb復合管管坯進行去油清洗；之后，將去油清洗完的PdAgAuNi23-3-0. 5_Nb復合管管坯在 15T旋鍛機上進行旋鍛，把(M2mm的芯棒穿在復合管管坯中，使用小22mm (M6mm的模 具依次進行3 4次的旋鍛，將PdAgAuNi23-3-0. 5_Nb復合管管坯加工成小16X2mm的 PdAgAuNi23-3-0. 5_Nb復合管管材。旋鍛道次加工率在30 40%，兩次中間退火間加工率 50 60%。 進行軋制處理時，使用LD15軋機對旋鍛好的PdAgAuNi23-3-0. 5_Nb復合管管材進 行多道次軋制，從小16X2mm尺寸軋制到小7X0. 2mm尺寸。軋制道次加工率在30 40%， 兩次中間退火間加工率50 60%。軋制處理過程中，進行中間退火處理時，氬氣保護下進 行，加熱溫度為72(TC且保溫時間為40min。本實施例中，其余工藝步驟和工藝參數(shù)均與實 施例1不同。 進行拉拔加工處理時，把小7 X 0. 2mm的PdAgAuNi23_3_0. 5_Nb復合管管材在6米 拉床上使用拉絲模和芯桿配合控制，最終拉拔成小4X0. 15mm的PdAgAuNi23-3-0. 5_Nb薄 壁復合管。拉拔道次加工率在15 25% ，兩次中間退火間加工率為30 40% 。拉拔加工處 理過程中，進行中間退火處理時，氬氣保護下進行，加熱溫度為75(TC且保溫時間為40min。 本實施例中，其余工藝步驟和工藝參數(shù)均與實施例1不同。
實施例5 本實施例中，與實施例1不同的是步驟一中管材準備時，所述鈀合金內(nèi)管1選用 直徑為小20Xlmm的PdAg25管，難熔金屬管2選用小33 X 5mm的鈮管，鈀合金外管3選用 小35X0.5mm的PdAg25管。步驟二中分別對步驟一中準備好的鈀合金內(nèi)管1的外表面、 難熔金屬管2的內(nèi)外表面和鈀合金外管3的內(nèi)表面進行打磨處理，且使得各被處理表面的 粗糙度均達到0.8ym。并且所截取鈀合金內(nèi)管l的長度為230mm;難熔金屬管2的長度為 220mm ;鈀合金外管3的長度為180mm。 步驟3011中爆炸復合前進行退火處理時，具體對難熔金屬管2進行退火處理時， 高溫退火爐內(nèi)的真空度為8X 10—卞a，加熱溫度為85(TC且保溫時間為90min ;對鈀合金內(nèi)管 1和鈀合金外管3進行退火處理時，高溫退火爐內(nèi)的真空度為1X10—乍a，加熱溫度為750°C 且保溫時間為50min。步驟3012中所裝內(nèi)爆炸裝藥尺寸為小20 X 230mm ;步驟3013中所裝 外爆炸裝藥尺寸為小100X32. 5mm。爆炸復合后進行退火處理時，高溫退火爐內(nèi)的真空度為 8X 10—卞a，加熱溫度為85(TC且保溫時間為60min。步驟三中所用的炸藥為巖石粉狀乳化炸 藥。 步驟四中進行旋鍛處理時，將爆炸復合的PdAg20-Nb復合管管坯進行去油清洗； 將去油清洗完的PdAg20-Nb復合管管坯在15T旋鍛機上進行旋鍛，旋鍛時把小12mm的 芯棒穿在管中，使用小26mm 小16mm的模具依次進行4 6次的旋鍛，并將PdAg20-Nb 復合管管坯加工成(M6X2mm的PdAg20-Nb復合管管材。其次，進行軋制處理將旋鍛 好的PdAg20-Nb復合管管材使用LD15軋機進行多道次軋制，并將PdAg20-Nb復合管管 材從小16X2mm尺寸軋制到小6. 5X0. 15mm尺寸。軋制道次加工率在30 40 %，兩次 中間退火間加工率50 60%。退火前必須進行除油清洗。最后，進行拉拔加工處理，將 小6. 5 X 0. 15mm的PdAg20-Nb復合管管材在6米拉床上使用拉絲模和芯桿配合控制，最終拉 拔成小3X0. lmm的薄壁復合管。拉拔道次加工率在15 25%，兩次中間退火間加工率為 30 40%。并且旋鍛、軋制和拉拔加工處理過程中進行中間退火處理時，均在惰性氣體保護下進行，加熱溫度為72(TC且保溫時間為40min。本實施例中，其余工藝步驟和工藝參數(shù)均與實施例1不同。 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結(jié)構(gòu)變化，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種鈀合金-難熔金屬復合管，其特征在于包括具有透氫能力的難熔金屬材料制成的難熔金屬管(2)以及設置在難熔金屬管(2)內(nèi)外側(cè)的鈀合金內(nèi)管(1)和鈀合金外管(3)，所述鈀合金內(nèi)管(1)、難熔金屬管(2)和鈀合金外管(3)同軸設置且三者經(jīng)冶金結(jié)合形成透氫復合管；所述鈀合金內(nèi)管(1)、難熔金屬管(2)和鈀合金外管(3)的復合比為2～5∶4～30∶1～3。
2. 按照權(quán)利要求1所述的鈀合金-難熔金屬復合管，其特征在于所述鈀合金內(nèi)管(1)和鈀合金外管(3)均由鈀合金材料制成且所述鈀合金材料為Pd、 PdAg20、 PdAg25或 PdAgAuNi23-3-0. 5 ;所述難熔金屬材料為Nb、 Zr、 V或Ta。
3. —種制備如權(quán)利要求l所述的鈀合金-難熔金屬復合管的方法，其特征在于該方法 包括以下步驟步驟一、管材準備按照復合比相應確定所需準備相應規(guī)格的鈀合金內(nèi)管(1)、難熔金 屬管(2)和鈀合金外管(3);步驟二、管材表面處理分別對步驟一中準備好的鈀合金內(nèi)管(1)的外表面、難熔金屬管(2)的內(nèi)外表面和鈀合金外管(3)的內(nèi)表面進行打磨及拋光處理，且使得各被處理表面 的粗糙度均達到0. 3 0. 8 ii m ;步驟三、復合并形成復合管坯采用爆炸復合方法或擴散焊復合方法對步驟二中經(jīng)表面處理后的鈀合金內(nèi)管(1)、難熔金屬管(2)和鈀合金外管(3)進行復合，并形成由鈀合金 內(nèi)管(1)、難熔金屬管(2)和鈀合金外管(3)組成的復合管坯；且復合時，先對鈀合金內(nèi)管 (1)和難熔金屬管(2)進行內(nèi)復合，再對難熔金屬管(2)和鈀合金外管(3)進行外復合，獲 得透氫鈀合金_難熔金屬復合管坯；步驟四、復合管成型加工處理采用旋鍛機、軋機和拉拔機對所述透氫復合管坯依次進 行旋鍛、軋制和拉拔加工處理，并獲得結(jié)構(gòu)和尺寸均符合設計要求的透氫復合管成品；且在 旋鍛、軋制和拉拔加工處理過程中，均需要進行多次中間退火處理工序。
4. 按照權(quán)利要求3所述的鈀合金-難熔金屬復合管制備方法，其特征在于步驟三中 所述的采用爆炸復合方法對步驟二中經(jīng)表面處理后的鈀合金內(nèi)管(D、難熔金屬管(2)和 鈀合金外管(3)進行復合時，步驟一中所準備的難熔金屬管(2)的管材長度大于鈀合金外 管(3)的管材長度且其小于鈀合金內(nèi)管(1)的管材長度，其爆炸復合過程包括以下步驟`3011、 爆炸復合前進行退火處理爆炸復合前，采用高溫退火爐分別對鈀合金內(nèi)管(1)、難熔金屬管(2)和鈀合金外管(3)進行退火處理，對難熔金屬管(2)進行退火處理時， 高溫退火爐內(nèi)的真空度為10—2 10—卞a，加熱溫度為800°C 120(TC且保溫時間為30 90min;對鈀合金內(nèi)管(1)和鈀合金外管(3)進行退火處理時，高溫退火爐內(nèi)的真空度為 10—2 10—3pa，加熱溫度為700°C 850。C且保溫時間為30 60min ;`3012、 內(nèi)爆炸復合進行內(nèi)爆炸復合前，先對鈀合金內(nèi)管(1)和難熔金屬管(2)進行裝 配且將二者均置于爆炸平臺上；其次，在鈀合金內(nèi)管(1)內(nèi)部裝藥且所裝炸藥為粉狀乳化 炸藥，裝藥時自上向下垂直且松散裝藥，所裝成的內(nèi)爆炸炸藥包為柱狀，所述柱狀炸藥包的 高度與鈀合金內(nèi)管(1)的高度相同且其直徑小于鈀合金內(nèi)管(1)的內(nèi)徑；接著，在柱狀炸藥 上方進行引爆且起爆之后逐步向下進行爆炸復合，并獲得內(nèi)爆炸復合管坯；爆炸復合完后， 采用切割設備切除所述內(nèi)爆炸復合管坯上下兩端部的未結(jié)合區(qū)；實際裝藥時，根據(jù)鈀合金 內(nèi)管(1)和難熔金屬管(2)的管徑、壁厚和二者間需復合的程度，確定所裝炸藥的量；'3013、外爆炸復合進行外爆炸復合前，先對鈀合金外管(3)和步驟二中所述切除未 結(jié)合區(qū)的內(nèi)爆炸復合管坯進行裝配且將二者均置于爆炸平臺上，同時在鈀合金外管(3)外 側(cè)同軸套裝一藥包套；其次，在所述藥包套內(nèi)側(cè)裝藥且所裝炸藥為粉狀乳化炸藥，裝藥時自 上向下垂直且松散裝藥，所裝成的外爆炸藥包為管狀，所述管狀炸藥包的高度與鈀合金外 管(3)的高度相同；接著，在管狀炸藥上方進行引爆且起爆之后逐步向下復合，并獲得鈀合 金-難熔金屬復合管坯；實際裝藥時，根據(jù)鈀合金外管(3)和所述切除未結(jié)合區(qū)的內(nèi)爆炸復 合管坯的管徑、壁厚和二者間需復合的程度，確定所裝裝藥的炸藥量。
5. 按照權(quán)利要求3所述的鈀合金-難熔金屬復合管制備方法，其特征在于步驟三中 所述的采用擴散焊復合方法對步驟二中經(jīng)表面處理后的鈀合金內(nèi)管(D、難熔金屬管(2) 和鈀合金外管(3)進行復合時，步驟一中所準備的鈀合金內(nèi)管(1)、難熔金屬管(2)和鈀合 金外管(3)的管材長度均相等，其擴散焊復合過程包括以下步驟'3021、 內(nèi)擴散焊復合進行內(nèi)擴散焊復合前，先對鈀合金內(nèi)管(1)和難熔金屬管(2)進 行緊密裝配；之后采用高頻感應加熱熱源對鈀合金內(nèi)管(1)和難熔金屬管(2)進行擴散 焊焊接，并獲得內(nèi)擴散焊復合管坯；且進行內(nèi)擴散焊焊接時，真空度高于10—卞a，焊接電流 300士20A，電壓13士lkV，加熱功率30士3kW，焊接時間30±5s ;'3022、 外擴散焊復合進行外擴散焊復合前，先對鈀合金外管(3)和所述內(nèi)擴散焊復合 管坯進行緊密裝配；之后采用高頻感應加熱熱源對合金外管(3)和所述內(nèi)擴散焊復合管坯 進行擴散焊焊接，并獲得鈀合金_難熔金屬復合管坯；且進行內(nèi)擴散焊焊接時，真空度高于 10—'Pa,焊接電流350 ±20A，電壓14± lkV，加熱功率31 ±3kW，焊接時間20±5s。
6. 按照權(quán)利要求3、4或5所述的鈀合金-難熔金屬復合管制備方法，其特征在于步 驟二中進行管材表面處理時，還需對鈀合金內(nèi)管(D、難熔金屬管(2)和鈀合金外管(3)進 行去油處理。
7. 按照權(quán)利要求3、4或5所述的鈀合金-難熔金屬復合管制備方法，其特征在于步 驟三中所述的獲得透氫鈀合金-難熔金屬復合管坯后，還需采用高溫退火爐對所述鈀合 金_難熔金屬復合管坯進行退火處理，并獲得透氫復合管坯；且進行退火處理時，高溫退火 爐內(nèi)的真空度為10—2 10—卞a，加熱溫度為800°C 1200。C且保溫時間為30 90min。
8. 按照權(quán)利要求3、4或5所述的鈀合金-難熔金屬復合管制備方法，其特征在于步驟 四中所述在旋鍛、軋制和拉拔加工處理過程中，均需要進行多次中間退火處理工序，其中旋 鍛處理過程中，旋鍛道次加工率為30 40%，兩次中間退火間的旋鍛加工率為50 60%; 軋制處理過程中，軋制道次加工率為30 40%，兩次中間退火間的軋制加工率50 60%; 拉拔加工處理過程中，拉拔道次加工率為15 25%，兩次中間退火處理間的拉拔加工率為 30 40%;并且旋鍛、軋制和拉拔加工處理過程中進行中間退火處理時，均在惰性氣體保護 下進行，加熱溫度為720°C 1200。C且保溫時間為30 90min。
9. 按照權(quán)利要求8所述的鈀合金-難熔金屬復合管制備方法，其特征在于所述旋鍛 處理、軋制處理和拉拔加工處理過程中，中間退火處理前均需對所述透氫復合管坯進行除 油清洗。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種鈀合金-難熔金屬復合管及其制備方法，其鈀合金-難熔金屬復合管包括由具有透氫能力的難熔金屬材料制成的難熔金屬管以及設置在難熔金屬管內(nèi)外側(cè)的鈀合金內(nèi)管和鈀合金外管，所述鈀合金內(nèi)管、難熔金屬管和鈀合金外管同軸設置且三者經(jīng)冶金結(jié)合形成透氫復合管，三者的復合比為2～5∶4～30∶1～3。其制備方法包括步驟一、管材準備，二、管材表面處理，三、采用爆炸復合方法或擴散焊復合方法復合并形成復合管坯，四、復合管成型加工處理。本發(fā)明方法步驟簡單、實施方便且所制備出的鈀合金-難熔金屬復合管性能優(yōu)良，不僅具備鈀合金對氫的催化特性、抗氧化性，同時具備難熔金屬的高強度和高選擇滲氫率。
文檔編號B32B1/08GK101725770SQ20091025440
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月18日
發(fā)明者姜婷, 孫曉亮, 李銀娥, 田廣民, 馬光 申請人:西北有色金屬研究院