一种超细长薄壁无缝金属管的一体成型方法
【技术领域】
[0001]本发明属于金属管制备技术领域，具体涉及一种超细长薄壁无缝金属管的一体成型方法。
【背景技术】
[0002]金属多孔管以特殊的孔结构和优异的耐腐蚀性、抗氧化性、耐磨性、力学性能(延性和冲击强度)等性能，在核工业、能源制造、石油化工、金属冶金、废气处理、污水治理等领域的过滤、分离、流体分布等功能领域中担当着重要的角色。现在工业生产中为了增加过滤面积、提高过滤分离效率，多数是将金属多孔管制作成一个组件或管束来取代原来单只金属多孔管进行过滤分离，在组件或管束总体积与单只金属多孔管体积相同的条件下，这就要求组件或管束内的金属多孔管具有较大长径比的尺寸要求，并且由于过滤分离条件的提升，还要求金属多孔管具有薄壁的特点。这就需要可靠的联接方式将超细长薄壁金属多孔管组合在一起。一般采用的是先完成超细长薄壁金属多孔管的制作，然后对金属致密管的接入方式进行设计，最后再进行焊接的模式。焊接的好坏直接决定了元件的服役领域和使用场合。通常而言，对焊缝致密性要求不高的场合，如在气/固分离、固/液分离等领域中的使用，由于所需分离的物质颗粒较大，因而对金属多孔管及其焊缝处性能要求较小。但对于一些苛刻条件如气/气分离场合中的应用，通常要求整体组件的氦气泄漏率低于10 9Pa.ηι3/8，这就对金属多孔管与金属致密管之间的焊缝处性能要求严格。例如使用金属多孔管作为支撑体的钯复合膜纯化氢气时，对金属多孔管和致密管的焊缝处的致密性要求极为严格，要求氦气泄漏率低至10 10Pa.m3/s量级。
[0003]—般金属之间常规的焊接方法有真空钎焊、电弧焊、气电焊、激光焊、电子束焊等，超细长薄壁金属多孔管制备完成后再与金属致密管进行焊接，由于金属多孔管特殊的孔结构以及细长的尺寸要求，会导致焊接过程难以操作完成，焊接后焊缝处出现比金属多孔管本身孔径还要大的孔洞，焊缝接头的致密性严重下降，这对金属多孔管束组件在多个场合下的可靠使用性产生了不利影响，特别是在一些要求苛刻的气/气分离使用场合中，根本达不到工况企业所提出的使用要求，由于金属多孔管本身具有的特殊结构，使得采用一般常规方法与金属致密管进行焊接后，焊接后的焊缝处经常会出现比金属多孔管本身还要大的孔径，氦气泄漏率只能达到10 3?10 5Pa.m3/s，根本没有办法满足应用要求。
[0004]迄今为止，尽管已有较多金属焊接方面的相关报导，但大多是致密材料之间的焊接，所属研究领域完全不同，而有关金属多孔管与金属致密管之间整体无缝焊接工艺及理论研究，国内外暂无报导，也未见相关专利记述。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种超细长薄壁无缝金属管的一体成型方法，该方法设计合理、工艺简单、操作步骤简便且对设备要求不高，适用于制备各种金属材质的超细长薄壁无缝金属管，得到的无缝金属管由金属致密管和金属多孔管以及置于两者之间的金属过渡管无缝连接而成，结合牢固，密封性能好，机械强度高，能满足各种对氦气泄漏率要求极高的使用环境中，且使用寿命长。
[0006]为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种超细长薄壁无缝金属管的一体成型方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0007]步骤一、将增塑剂与金属粉末A混合均匀，得到混合物A，将增塑剂与金属粉末B混合均匀，得到混合物B，然后将部分所述混合物A和部分所述混合物B按质量比1: (I?3)混合均匀，得到混合物C ;所述金属粉末A与所述金属粉末B的材质相同，所述金属粉末A的平均粒径为20 μπι?110 μm，所述金属粉末B的平均粒径为30 μπι?150 μm，所述金属粉末B的平均粒径与所述金属粉末A的平均粒径之差为10 μ m?50 μ m ;
[0008]步骤二、将步骤一中剩余所述混合物A在预热条件下挤压成坯，得到第一坯料，将步骤一中剩余所述混合物B在预热条件下挤压成坯，得到第二坯料，将步骤一中所述混合物C在预热条件下挤压成坯，得到第三坯料；所述预热的温度为35°C?45°C ;
[0009]步骤三、将步骤二中所述第一坯料、第三坯料和第二坯料依次置于挤压筒内并依次压实，得到挤压坯料，然后采用粉末增塑挤压的方式将所述挤压坯料连续挤出，得到金属管生坯；所述粉末增塑挤压的压力为2T?10T，温度为35°C?45°C ;
[0010]步骤四、在保护气氛下对步骤三中所述金属管生坯进行烧结处理，得到超细长薄壁无缝金属管，所述超细长薄壁无缝金属管的外径为4mm?10mm，壁厚为0.2mm?1mm，超细长薄壁无缝金属管的长度与外径之比大于3，所述烧结处理的温度为步骤一中所述金属粉末A的熔点的0.75?0.9倍，烧结处理的保温时间为120min?180min。
[0011]上述的一种超细长薄壁无缝金属管的一体成型方法，其特征在于，步骤一中所述增塑剂与金属粉末A的质量比为(3?7): 50，所述增塑剂与金属粉末B的质量比为(3?7):50ο
[0012]上述的一种超细长薄壁无缝金属管的一体成型方法，其特征在于，步骤一中所述混合物C的质量为所述混合物A质量的30%?50%。
[0013]上述的一种超细长薄壁无缝金属管的一体成型方法，其特征在于，步骤一中所述增塑剂为石蜡、羧甲基纤维素、淀粉或树脂。
[0014]上述的一种超细长薄壁无缝金属管的一体成型方法，其特征在于，步骤三中压实所述第一坯料、第三坯料和第二坯料的压力均为15Τ?30Τ。
[0015]上述的一种超细长薄壁无缝金属管的一体成型方法，其特征在于，步骤一中所述金属粉末A和金属粉末B均为不锈钢粉末、镍粉、钛粉、镍基合金粉末或Fe-Al金属间化合物粉末。
[0016]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0017]1、本发明设计合理、工艺简单、操作步骤简便且对设备要求不高，适用于制备各种金属材质的超细长薄壁无缝金属管，得到的无缝金属管由金属致密管和金属多孔管以及置于两者之间的金属过渡管无缝连接而成，结合牢固，密封性能好，机械强度高，能满足各种对氦气泄漏率要求极高的使用环境中，且使用寿命长。
[0018]2、本发明得到的无缝金属管为一体式结构，避免了传统焊接方法对仪器或操作条件的严苛要求，通过巧妙的设计填料方式，实现了金属多孔管和金属致密管的无缝连接，解决的传统焊接工艺后金属管焊缝处气密性难于保证的难题，本发明得到的无缝金属管中金属致密管和金属多孔管由金属过渡管实现牢固结合，金属管中多孔部位与致密部位过渡平稳，且具有良好的密封性能和机械加工强度，适用于使用要求更为苛刻的气/气分离场合。
[0019]3、本发明适用范围广，能够推广适用于各种金属材质的超细长薄壁无缝金属管的制备中，尤其适用于对焊缝处致密性要求极高(焊缝的氦气泄漏率要求低至10 9?10 10Pa.m3/s)的场合。
[0020]4、本发明通过对平均粒径不同、材质相同的金属粉末A和金属粉末B进行合理搭配，控制特定的烧结处理温度，实现较细粒径粉末的致密化以及较粗粒径粉末颗粒间烧结颈的形成，并且通过设计金属过渡管，解决了较粗粒径粉末和较细粒径粉末烧结时收缩率不一致的问题，避免了烧结处理过程中断管的难题，如果烧结处理的温度过高则金属管整体致密化无多孔部分，温度过低则较细粒径粉末部分未致密化，无法得到具有良好连接作用的过渡管，所以必须严格控制烧结处理的温度，才能实现较细粒径粉末的致密化和较粗粒径粉末形成多孔材料，进一步解决金属致密管与金属多孔管的连接问题。
[0021]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0022]图1为本发明中挤压坯料的结构示意图。
[0023]图2为本发明中超细长薄壁无缝金属管的结构示意图。
[0024]图3为本发明实施例1中超细长薄壁无缝金属管纵向截面的SEM照片。
[0025]图4为本发明实施例1中超细长薄壁无缝金属管中金属致密管部分的SM照片。
[0026]图5为本发明实施例1中超细长薄壁无缝金属管中金属过渡管部分的SEM照片。
[0027]图6为本发明实施例1中超细长薄壁无缝金属管中金属多孔管部分的SM照片。
[0028]附图标记说明:
[0029]I一第一坯料；2—第二坯料；3—第三坯料；
[0030]4一挤压筒；5—金属致密管；6—金属过渡管；
[0031]7—金属多孔管。
【具体实施方式】
[0032]实施例1
[0033]本实施例包括以下步骤:
[0034]步骤一、将增塑剂与金属粉末A按质量比5:50混合均匀，得到混合物A，将增塑剂与金属粉末B按质量比5:50混合均匀，得到混合物B，然后将部分所述混合物A和部分所述混合物B按质量比1:2混合均匀，得到混合物C ;所述金属粉末A与所述金属粉末B均为316L不锈钢粉末，所述金属粉末A的平均粒径为22 μ m，所述金属粉末B的平均粒径为34 μ m，所述混合物C的质量为所述混合物A质量的50%，所述增塑剂为石蜡；
[0035]步骤二、如图1所示，将步骤一中剩余所述混合物A在温度为40°C条件下挤压成坯，得到第一坯料1，将步骤一中剩余所述混合物B在温度为40°C条件下挤压成坯，得到第二坯料2，将步骤一中所述混合物C在温度为40°C条件下挤压成坯，得到第三坯料3 ;
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