[发明专利]非对称金属滤芯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及粉末冶金制品领域中的一种金属滤芯及其制备方法，特别涉及一种通过粉末复合烧结而得的非对称金属滤芯及其制备方法，该非对称金属滤芯广泛应用于石油化工行业、尤其是作为高精度过滤元件在气固、液固分离领域中的除尘、过滤或者净化等方面广泛应用。

背景技术

金属粉末多孔材料是集孔隙功能特性和金属结构特性于一体，综合性能优异的一类多孔材料。与其它多孔材料相比，具有孔形稳定、孔隙度及孔径可控、力学性能好、耐高温抗热震、可加工和可焊接等优良的性能。广泛应用于石油、化工、能源环保、国防军工、核技术和生物制药等工业过程中的过滤分离、流体渗透与分布控制、流态化、高效燃烧、强化传质传热、阻燃防爆等，是上述工业技术发展不可或缺的关键材料。

传统的粉末多孔材料采用等静压或者轧制工艺成型，粉体在管截面方向上形成的孔径属于一种均匀分布状态，也就是说孔径在流体透过的方向上没有明显的孔径大小的梯度变化。这种结构滤芯的过滤机理主要是表面过滤和深层过滤。深层过滤时过滤介质容易镶嵌在滤芯中间孔隙从而堵塞孔道，而且不容易反洗去除。本发明中设计的非对称粉末复合烧结金属滤芯，工作层厚度薄，孔径小，起过滤作用，骨架层孔径相对较大，支持作用，工作层孔径与骨架层孔径存在明显的孔径梯度变化。这种梯度结构的孔径设计主要利用表面过滤机理，即依靠工作层的孔径大小控制介质颗粒的透过与否。在过滤过程中，即使部分颗粒渗入工作层，也会比较容易的穿过极薄的工作层后从孔径较大的骨架层孔道渗透到滤芯外部，不会滞留在孔道内堵塞滤芯，从而提高了滤芯的工作寿命。当滤芯反洗时，工作层薄，而且其中的介质残留少，所以会比较容易反吹再生，另外骨架层和工作层孔径的喇叭口结构，也提高了反吹流体对工作层中颗粒的吹扫能力，提高了滤芯的反洗再生性能。同时由于工作层厚度薄，大孔径的骨架层流阻又相对小，所以这种梯度复合结构的整体流阻相对于均质滤芯的阻降要小，也就是说相同条件下的流体渗透性能高。

目前，烧结金属粉末滤芯大多采用粉末冶金工艺进行制备，其常规工艺流程为等静压或者粉末轧制。目前报道的非对称粉末滤芯主要是采用离心方法把使得粉末形成梯度，但是这种梯度结构不明显，而且对于实现较长的滤芯制备也比较困难，而对于采用刷涂工艺制备非对称的粉末滤芯及具体制备方法则很少涉及。

发明内容

本发明的目的是针对过滤行业提供一种精度高、渗透性好、寿命长、反洗再生容易的粉末烧结滤芯的制备方法。

为了实现上述目的，本发明的第一侧面提供一种非对称金属滤芯，利用粉末进行复合烧结而成，其特征在于：该金属滤芯由管状的骨架层和工作层构成，所述工作层覆盖在所述骨架层的外表面上，所述骨架层的孔径比所述工作层的孔径大，所述金属滤芯的尺寸为d×l×δ＝φ(30～100)×(100～2000)×(1.7～5.5)mm，d、l、δ分别为所述金属滤芯的外径、长度和壁厚，所述金属滤芯的平均孔隙为5～35um，所述金属滤芯的孔径为0.1μm～10μm。为了保持工作层表面的光滑，骨架层的孔径比工作层的孔径大5～15μm。

在上述第一侧面的非对称金属滤芯中，优选：所述粉末的材质为不锈钢316、316L、304、304L、310S、904L、Inconel合金、Monel合金、FeCrAl合金、铁铝金属间化合物、HR160中任一种。

在上述第一侧面的非对称金属滤芯中，优选：所述骨架层的孔径为5～35μm、渗透率为(2-10)×10^-4L/cm²·Pa·min。

在上述第一侧面的非对称金属滤芯中，优选：所述金属滤芯的渗透率为2×10^-6～5×10^-4L/cm²·Pa·min(此处的渗透率为复合之后的滤芯整体表现出来的性能)。

在上述第一侧面的非对称金属滤芯中，优选：所述工作层使用的粉末粒度为0.1um～80um。

在上述第一侧面的非对称金属滤芯中，优选：所述骨架层的厚度1.2～5mm；所述工作层的厚度0.2～0.5mm。

在上述第一侧面的非对称金属滤芯中，优选：在所述骨架层的一端通过螺纹接头、直通管、文丘里或拉乌尔喉管中的任一种将所述金属滤芯与管板加以连接。