[发明专利]一种高温镍基合金多级过滤器及制造方法

说明书

本发明公开了一种高温镍基合金多级过滤器及制造方法，包括密封接口段和多级多孔过滤介质层，密封接口段在过滤器的端部，起连接、密封作用；多级多孔过滤介质由两种以上致密度、孔隙率、材料、最小孔径、平均孔径、多孔结构类型和多孔结构方位角上不完全相同的多孔结构组成，并由金属增材制造方法制得。本多级过滤器可使用金属增材制备工艺制得，与传统多级过滤器相比，具有优异的耐腐蚀和耐高温性能；可以实现复杂外形金属过滤器多级多孔过滤结构的一体化制造；优化过滤器整体结构，使支撑结构与过滤介质一体成型，降低流体阻力和压降；结构利于清洗清洁；缩短过滤器研发‑制造周期，实现定制化过滤器快速设计及加工。

技术领域

本发明涉及增材制造的多级过滤器及其制备工艺，尤其涉及一种高温镍基合金多级过滤器及制造方法。

背景技术

过滤器是一种阻挡相对大尺寸杂质，实现滤浆中固液分离、保护流体系统元件的装置。过滤器的使用，既保证滤液后续的顺畅运动，又可保护流体系统的重要元件，是流体系统不可或缺的重要元件。

过滤器的过滤介质是起过滤作用的部分，常见有金属、陶瓷、高分子材料等，其中金属材料因机械强度高，耐腐蚀与冲击等优点，得到广泛的应用。金属过滤介质主要有穿孔金属板、金属网、烧结粉末和烧结纤维毡。穿孔金属板可由板件冲裁制得，金属编织网是用金属丝按一定规则编织而成。金属板和网采用表层过滤原理，过滤效果完全由孔径保证，提高过滤精度需缩小孔径，导致流体阻力显著上升。金属网的规格主要由网孔尺寸和金属丝径所决定，并有定义：筛分面积百分率A₀：

式中：w为网孔尺寸(mm)；d为金属丝直径(mm)。

显然，A₀越大，则过滤器对流体的阻力越小。对于近球状固体，金属网的过滤精度取决于网孔尺寸w。因此，在保持过滤精度(w不变)的前提下增大A₀，需要减少金属丝直径d。但是，为满足过滤器工作的耐压、耐冲击和耐疲劳等要求，过滤器的结构强度必须得到保证。为解决这个矛盾，要通过增强金属纤维之间的结合强度，才可以以较细的金属丝直径d达到较高的金属网整体刚度，实现减少流体流动阻力的目标。

这些过滤介质制成过滤器都需要进行拼接封口。拼接可用钣金压紧或焊接的方法，但这会使接口段的过滤材料过于致密，增大过滤阻力；同时，接口的可靠性也直接影响过滤器的过滤精度。

对于多级过滤器而言，金属烧结纤维毡有深层过滤的效果，但是烧结的均一性和稳定性不能保证，使用过程中在流体冲击下会发生烧结不牢固的纤维脱落问题，而且高孔隙率的纤维毡整体强度较低，作为过滤介质使用必须加上支撑结构以抵抗流体冲击，但支撑结构的存在增大了流动阻力和过滤压降。金属网是多层铺设的方法，烧结纤维毡则是分层松装、压实再烧结，这就决定了传统金属多级过滤介质厚度较大，外形只能是较简单的、小曲率的二次曲面(平面、圆柱面、圆锥面)。为了减少过滤阻力和压降，通常只采用加大过滤介质尺寸的方法，以增大过滤面积，但这导致过滤器整体体积增大，在汽车、航空航天等空间有限的设备中非常不利。

总的来说，传统金属过滤器的设计和制造问题：(1)方法工序较多，单件制造周期长，通常只批量制造标准件，无法适应定制化和快速迭代设计的需求；(2)难以生产出同时兼顾高结合强度和刚度、高过滤精度和低流体阻力的金属多级过滤介质；(3)传统多级过滤器形状简单，尺寸较大、笨重；(4)受限于过滤器制造技术，常使用普通金属材料，耐高温耐腐蚀能力不足。

高温镍基合金具有良好的抗拉伸、抗疲劳、抗热疲劳性能，其中的Inconel718合金具有优异的耐腐蚀性和良好的耐热、抗蠕变性能，已被成功用于涡轮发动机等严重腐蚀极端环境中。使用高温镍基合金制造过滤器，将可以使其在重度腐蚀和高温环境下稳定工作。