[发明专利]一种整体式管状金属微滤膜元件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微滤膜技术领域，具体涉及一种整体式管状金属微滤膜元件及其制备方法。

背景技术

膜技术是当代新型高效分离净化技术，以其节约资源和环境友好的特征，成为解决当前人类面临的资源与环境协调发展等重大问题的共性支撑技术之一。膜分离技术的关键是膜材料，相比于有机和陶瓷膜材料，金属膜材料综合力学性能较好，可在较高的压力下使用，并且具有良好的导热性能，有效提高了膜组件的抗热震性和使用寿命，在流体过滤分离等技术领域展现出广阔的应用前景。

目前金属微滤膜元件大多参照GB6886-2008（烧结不锈钢过滤元件）和GB6887-2007（烧结金属过滤元件）执行，该标准中规定管状金属微滤膜元件为焊接法兰结构。然而实际使用过程中发现，在高温、强酸、强碱等腐蚀性工况条件下，焊接管状金属微滤膜元件，由于焊缝处应力集中和材质的差异等原因，焊缝处容易出现腐蚀和开裂等问题，难以满足现代工业使用寿命的要求。

另外，对于一些特殊材质管状金属微滤膜元件，如Fe₃Al金属间化合物管状微滤膜，传统焊接方法难以实现多孔管体与密封法兰的连接，同样限制了其大规模应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种整体式管状金属微滤膜元件。该管状金属微滤膜元件为无焊缝的一体式结构，机械强度高，密封性能好，安全系数高，使用寿命远高于传统焊接法兰结构的管状金属微滤膜元件，在污水处理、中水回收、食品饮料、生物医药、核工业、石油化工、煤化工、多晶硅、金属冶金、水泥玻璃等涉及流体过滤与分离的行业具有广泛的应用前景。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种整体式管状金属微滤膜元件，其特征在于，包括管体，所述管体一端封闭，另一端设置有法兰，所述管体与法兰为一体式结构，管体与法兰之间采用圆滑过渡，过渡角半径为2mm～5mm。

上述的一种整体式管状金属微滤膜元件，所述管状金属微滤膜元件管体的外径不小于30mm，管体的长径比为10～30，管体的壁厚为2mm～5mm。

另外，本发明还提供了一种制备上述整体式管状金属微滤膜元件的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、设计模具，所述模具包括芯棒和外模，所述外模包括钢套和设置于钢套内且与钢套内壁紧密配合的胶套，所述胶套包括直管段和法兰段，所述直管段和法兰段为一体式结构，所述直管段和法兰段之间采用圆滑过渡，过渡角半径为5mm～40mm；

步骤二、将芯棒装入外模中，采用内径与芯棒相配合且外径与法兰段内壁相配合的胶环密封法兰段的端部，然后向胶套与芯棒的空隙中填充金属粉末，振实后采用与直管段内壁相配合的胶塞将直管段端部密封，得到待成型件；

步骤三、采用冷等静压对步骤二中所述待成型件进行压制成型，脱模后得到成型件；

步骤四、对步骤三中所述成型件进行烧结，随炉冷却后得到半成品；

步骤五、根据管状金属微滤膜元件的管体与法兰之间的过渡角，对步骤四中所述半成品进行机械加工，得到成品管状金属微滤膜元件。

上述的方法，步骤一中所述胶套的材质为邵氏A型硬度为30～90的耐油橡胶。

上述的方法，步骤一中所述芯棒和钢套的材质均为碳钢。

上述的方法，步骤三中所述压制成型的压力为100MPa～300MPa，保压时间为2min～20min。

上述的方法，步骤四中所述烧结的温度为1000℃～1400℃，保温时间为0.5h～4h。

上述的方法，步骤四中所述烧结的气氛条件为真空或氢气气氛。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的管状金属微滤膜元件为无焊缝的一体式结构，机械强度高，密封性能好，安全系数高，使用寿命远高于传统焊接法兰结构的管状金属微滤膜元件，在污水处理、中水回收、食品饮料、生物医药、核工业、石油化工、煤化工、多晶硅、金属冶金、水泥玻璃等涉及流体过滤与分离的行业具有广泛的应用前景。

2、本发明通过对模具结构的特殊设计，模具的外模采用钢套和与钢套内壁紧密配合的胶套，钢套能够很好的支撑胶套的形状，保证了管状金属微滤膜元件的成型形状；将胶套的直管段和法兰段之间采用圆滑过渡，设置过渡角半径为5mm～40mm，在成型时能够减少管状金属微滤膜元件管体与法兰连接段的应力集中，保证整体成型，成型的管状金属微滤膜元件在使用过程中不会因为应力集中出现断裂的现象；另外，通过在钢套内壁设置胶套，并采用胶塞和胶环进行密封，可以避免冷等静压过程中介质对成型件性能的影响。