一種超細(xì)長薄壁無縫金屬管的一體成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬管制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超細(xì)長薄壁無縫金屬管的一體成型方法。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬多孔管以特殊的孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的耐腐蝕性、抗氧化性、耐磨性、力學(xué)性能(延性和沖擊強(qiáng)度)等性能，在核工業(yè)、能源制造、石油化工、金屬冶金、廢氣處理、污水治理等領(lǐng)域的過濾、分離、流體分布等功能領(lǐng)域中擔(dān)當(dāng)著重要的角色?，F(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中為了增加過濾面積、提高過濾分離效率，多數(shù)是將金屬多孔管制作成一個組件或管束來取代原來單只金屬多孔管進(jìn)行過濾分離，在組件或管束總體積與單只金屬多孔管體積相同的條件下，這就要求組件或管束內(nèi)的金屬多孔管具有較大長徑比的尺寸要求，并且由于過濾分離條件的提升，還要求金屬多孔管具有薄壁的特點(diǎn)。這就需要可靠的聯(lián)接方式將超細(xì)長薄壁金屬多孔管組合在一起。一般采用的是先完成超細(xì)長薄壁金屬多孔管的制作，然后對金屬致密管的接入方式進(jìn)行設(shè)計，最后再進(jìn)行焊接的模式。焊接的好壞直接決定了元件的服役領(lǐng)域和使用場合。通常而言，對焊縫致密性要求不高的場合，如在氣/固分離、固/液分離等領(lǐng)域中的使用，由于所需分離的物質(zhì)顆粒較大，因而對金屬多孔管及其焊縫處性能要求較小。但對于一些苛刻條件如氣/氣分離場合中的應(yīng)用，通常要求整體組件的氦氣泄漏率低于10 9Pa.ηι3/8，這就對金屬多孔管與金屬致密管之間的焊縫處性能要求嚴(yán)格。例如使用金屬多孔管作為支撐體的鈀復(fù)合膜純化氫氣時，對金屬多孔管和致密管的焊縫處的致密性要求極為嚴(yán)格，要求氦氣泄漏率低至10 10Pa.m3/s量級。
[0003]—般金屬之間常規(guī)的焊接方法有真空釬焊、電弧焊、氣電焊、激光焊、電子束焊等，超細(xì)長薄壁金屬多孔管制備完成后再與金屬致密管進(jìn)行焊接，由于金屬多孔管特殊的孔結(jié)構(gòu)以及細(xì)長的尺寸要求，會導(dǎo)致焊接過程難以操作完成，焊接后焊縫處出現(xiàn)比金屬多孔管本身孔徑還要大的孔洞，焊縫接頭的致密性嚴(yán)重下降，這對金屬多孔管束組件在多個場合下的可靠使用性產(chǎn)生了不利影響，特別是在一些要求苛刻的氣/氣分離使用場合中，根本達(dá)不到工況企業(yè)所提出的使用要求，由于金屬多孔管本身具有的特殊結(jié)構(gòu)，使得采用一般常規(guī)方法與金屬致密管進(jìn)行焊接后，焊接后的焊縫處經(jīng)常會出現(xiàn)比金屬多孔管本身還要大的孔徑，氦氣泄漏率只能達(dá)到10 3?10 5Pa.m3/s，根本沒有辦法滿足應(yīng)用要求。
[0004]迄今為止，盡管已有較多金屬焊接方面的相關(guān)報導(dǎo)，但大多是致密材料之間的焊接，所屬研究領(lǐng)域完全不同，而有關(guān)金屬多孔管與金屬致密管之間整體無縫焊接工藝及理論研究，國內(nèi)外暫無報導(dǎo)，也未見相關(guān)專利記述。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種超細(xì)長薄壁無縫金屬管的一體成型方法，該方法設(shè)計合理、工藝簡單、操作步驟簡便且對設(shè)備要求不高，適用于制備各種金屬材質(zhì)的超細(xì)長薄壁無縫金屬管，得到的無縫金屬管由金屬致密管和金屬多孔管以及置于兩者之間的金屬過渡管無縫連接而成，結(jié)合牢固，密封性能好，機(jī)械強(qiáng)度高，能滿足各種對氦氣泄漏率要求極高的使用環(huán)境中，且使用壽命長。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種超細(xì)長薄壁無縫金屬管的一體成型方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]步驟一、將增塑劑與金屬粉末A混合均勻，得到混合物A，將增塑劑與金屬粉末B混合均勻，得到混合物B，然后將部分所述混合物A和部分所述混合物B按質(zhì)量比1: (I?3)混合均勻，得到混合物C ;所述金屬粉末A與所述金屬粉末B的材質(zhì)相同，所述金屬粉末A的平均粒徑為20 μπι?110 μm，所述金屬粉末B的平均粒徑為30 μπι?150 μm，所述金屬粉末B的平均粒徑與所述金屬粉末A的平均粒徑之差為10 μ m?50 μ m ;
[0008]步驟二、將步驟一中剩余所述混合物A在預(yù)熱條件下擠壓成坯，得到第一坯料，將步驟一中剩余所述混合物B在預(yù)熱條件下擠壓成坯，得到第二坯料，將步驟一中所述混合物C在預(yù)熱條件下擠壓成坯，得到第三坯料；所述預(yù)熱的溫度為35°C?45°C ;
[0009]步驟三、將步驟二中所述第一坯料、第三坯料和第二坯料依次置于擠壓筒內(nèi)并依次壓實(shí)，得到擠壓坯料，然后采用粉末增塑擠壓的方式將所述擠壓坯料連續(xù)擠出，得到金屬管生坯；所述粉末增塑擠壓的壓力為2T?10T，溫度為35°C?45°C ;
[0010]步驟四、在保護(hù)氣氛下對步驟三中所述金屬管生坯進(jìn)行燒結(jié)處理，得到超細(xì)長薄壁無縫金屬管，所述超細(xì)長薄壁無縫金屬管的外徑為4mm?10mm，壁厚為0.2mm?1mm，超細(xì)長薄壁無縫金屬管的長度與外徑之比大于3，所述燒結(jié)處理的溫度為步驟一中所述金屬粉末A的熔點(diǎn)的0.75?0.9倍，燒結(jié)處理的保溫時間為120min?180min。
[0011]上述的一種超細(xì)長薄壁無縫金屬管的一體成型方法，其特征在于，步驟一中所述增塑劑與金屬粉末A的質(zhì)量比為(3?7): 50，所述增塑劑與金屬粉末B的質(zhì)量比為(3?7):50ο
[0012]上述的一種超細(xì)長薄壁無縫金屬管的一體成型方法，其特征在于，步驟一中所述混合物C的質(zhì)量為所述混合物A質(zhì)量的30%?50%。
[0013]上述的一種超細(xì)長薄壁無縫金屬管的一體成型方法，其特征在于，步驟一中所述增塑劑為石蠟、羧甲基纖維素、淀粉或樹脂。
[0014]上述的一種超細(xì)長薄壁無縫金屬管的一體成型方法，其特征在于，步驟三中壓實(shí)所述第一坯料、第三坯料和第二坯料的壓力均為15Τ?30Τ。
[0015]上述的一種超細(xì)長薄壁無縫金屬管的一體成型方法，其特征在于，步驟一中所述金屬粉末A和金屬粉末B均為不銹鋼粉末、鎳粉、鈦粉、鎳基合金粉末或Fe-Al金屬間化合物粉末。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1、本發(fā)明設(shè)計合理、工藝簡單、操作步驟簡便且對設(shè)備要求不高，適用于制備各種金屬材質(zhì)的超細(xì)長薄壁無縫金屬管，得到的無縫金屬管由金屬致密管和金屬多孔管以及置于兩者之間的金屬過渡管無縫連接而成，結(jié)合牢固，密封性能好，機(jī)械強(qiáng)度高，能滿足各種對氦氣泄漏率要求極高的使用環(huán)境中，且使用壽命長。
[0018]2、本發(fā)明得到的無縫金屬管為一體式結(jié)構(gòu)，避免了傳統(tǒng)焊接方法對儀器或操作條件的嚴(yán)苛要求，通過巧妙的設(shè)計填料方式，實(shí)現(xiàn)了金屬多孔管和金屬致密管的無縫連接，解決的傳統(tǒng)焊接工藝后金屬管焊縫處氣密性難于保證的難題，本發(fā)明得到的無縫金屬管中金屬致密管和金屬多孔管由金屬過渡管實(shí)現(xiàn)牢固結(jié)合，金屬管中多孔部位與致密部位過渡平穩(wěn)，且具有良好的密封性能和機(jī)械加工強(qiáng)度，適用于使用要求更為苛刻的氣/氣分離場合。
[0019]3、本發(fā)明適用范圍廣，能夠推廣適用于各種金屬材質(zhì)的超細(xì)長薄壁無縫金屬管的制備中，尤其適用于對焊縫處致密性要求極高(焊縫的氦氣泄漏率要求低至10 9?10 10Pa.m3/s)的場合。
[0020]4、本發(fā)明通過對平均粒徑不同、材質(zhì)相同的金屬粉末A和金屬粉末B進(jìn)行合理搭配，控制特定的燒結(jié)處理溫度，實(shí)現(xiàn)較細(xì)粒徑粉末的致密化以及較粗粒徑粉末顆粒間燒結(jié)頸的形成，并且通過設(shè)計金屬過渡管，解決了較粗粒徑粉末和較細(xì)粒徑粉末燒結(jié)時收縮率不一致的問題，避免了燒結(jié)處理過程中斷管的難題，如果燒結(jié)處理的溫度過高則金屬管整體致密化無多孔部分，溫度過低則較細(xì)粒徑粉末部分未致密化，無法得到具有良好連接作用的過渡管，所以必須嚴(yán)格控制燒結(jié)處理的溫度，才能實(shí)現(xiàn)較細(xì)粒徑粉末的致密化和較粗粒徑粉末形成多孔材料，進(jìn)一步解決金屬致密管與金屬多孔管的連接問題。
[0021]下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明中擠壓坯料的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明中超細(xì)長薄壁無縫金屬管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中超細(xì)長薄壁無縫金屬管縱向截面的SEM照片。
[0025]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中超細(xì)長薄壁無縫金屬管中金屬致密管部分的SM照片。
[0026]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中超細(xì)長薄壁無縫金屬管中金屬過渡管部分的SEM照片。
[0027]圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中超細(xì)長薄壁無縫金屬管中金屬多孔管部分的SM照片。
[0028]附圖標(biāo)記說明:
[0029]I一第一坯料；2—第二坯料；3—第三坯料；
[0030]4一擠壓筒；5—金屬致密管；6—金屬過渡管；
[0031]7—金屬多孔管。
【具體實(shí)施方式】
[0032]實(shí)施例1
[0033]本實(shí)施例包括以下步驟:
[0034]步驟一、將增塑劑與金屬粉末A按質(zhì)量比5:50混合均勻，得到混合物A，將增塑劑與金屬粉末B按質(zhì)量比5:50混合均勻，得到混合物B，然后將部分所述混合物A和部分所述混合物B按質(zhì)量比1:2混合均勻，得到混合物C ;所述金屬粉末A與所述金屬粉末B均為316L不銹鋼粉末，所述金屬粉末A的平均粒徑為22 μ m，所述金屬粉末B的平均粒徑為34 μ m，所述混合物C的質(zhì)量為所述混合物A質(zhì)量的50%，所述增塑劑為石蠟；
[0035]步驟二、如圖1所示，將步驟一中剩余所述混合物A在溫度為40°C條件下擠壓成坯，得到第一坯料1，將步驟一中剩余所述混合物B在溫度為40°C條件下擠壓成坯，得到第二坯料2，將步驟一中所述混合物C在溫度為40°C條件下擠壓成坯，得到第三坯料3 ;
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