Способ изготовления трубчатых мембран Советский патент 1993 года по МПК B22F3/10 B22F3/24 

| Изобретение относится к порошковой j металлургии, в частности к способам изго- |товления трубчатых фильтрующих элемен- JTOB и полупроницаемых мембран из титана, j и может быть использовано для очистки и разделения методом тангенциальной мик- | ро- и ультрафильтрации жидких смесей и {абразивных суспензий, концентрирования (тонкодисперсных, коллоидных и высокомо- : пекулярных веществ.

Цель изобретения - увеличение срока j службы трубчатых мембран из титана. I Поставленная цель может быть достиг- I нута путем формирования барьерного слоя | (рабочей поверхности мембраны) повышен- i ной износостойкости, например, из нитрида

титана, имеющего повышенную износо- ; стойкость по отношению ко всем видам ста- ; лей и титану.

По предлагаемому способу вначале из- ; готавливают фильтрующий элемент с бэрьерным слоем из титана, а затем последний

превращают в нитрид титана путем азотирования.

Предложенный способ отличается от известного тем, что рабочую поверхность трубчатого элемента (барьерный слой) обрабатывают азотом или азотсодержащим газом при температуре 400-800°С в течение 15 мин.

При изготовлении фильтрующих элементов применяли опорные стержни из стали Ст.45 после закалки или из нержавеющей стали Х23Н18, Х20Н80 с полированной поверхностью, и эластичные оболочки из резины или полиуретана в виде цилиндра правильной формы толщиной стенки 2-5 мм. Порошок титана засыпали в цилиндрический зазор между опорным стержнем и эластичной оболочкой, уплотняли вибрацией и помещали в камеру гидродинамического прессования, где давление увеличивалось от 0,1 до 110-140 МПа в течение 0.018-0.028 с и сбрасывалось. В результате получали прессовку в виде трубки с

И

00

со

О 00

о

со

внутренним диаметром 30, наружным 37 и длиной 420 мм, имеющую переменную пористость по сечению: рыхлую с большим диаметром пор снаружи, более плотную структуру с тонкими порами около внутренней поверхности и барьерный (расклепанный) слой с наиболее малым диаметром пор на самой внутренней поверхности трубки. Спекание осуществляли в атмосфере аргона при температуре 900-980°С в течение 1-5 ч.

При изготовлении фильтрующих элементов с барьерным слоем на наружной поверхности трубки вместо металлического стержня ставили эластичную оболочку с таким же наружным диаметром, а вместо наружной эластичной оболочки - металлический цилиндр с достаточной прочностью и полированной внутренней поверхностью. Порошок титана засыпали в зазор между внутренней поверхностью металлического цилиндра и наружной поверхностью эластичной оболочки. Усилие гидродинамического удара направлялось из центра через стенку эластичной оболочки и слой порошка титана к внутренней поверхности металлического цилиндра. Спекание осуществлялось при указанных ранее условиях.

Для увеличение износостойкости рабочей поверхности (барьерного слоя) ее обрабатывали молекулярным или активированным световым излучением азотом, или азотсодержащим газом при температуре 400-800°С в течение 15 мин. В зависимости от условий азотирования образуется пленка повышенной износостойкости из нитрида титана толщиной 0,5-10,0 и переходная диффузионная зона толщиной 10-70 мкм.

П р и м е р 1. Порошок титановый марки ПТС. ТУ 48-10-78-83, фракции - 0,18 мм засыпают в пресс-форму и после виброуплотнения подвергают прессованию давлением 110 МПа в течение 0,024 с. Прессовку спекают в атмосфере аргона при температуре 960-980°С в течение 2-4 ч. Обработку поверхности барьерного слоя потоком азота, нагреваемого до 800°С в закалочной электропечи с открытыми спиралями, осуществляют в течение 15 мин. Время подъема температуры от 200 до 800°С - 40 мин.

П р и м е р 2. Порошок титановый марки ПТМ, ТУ 14-1-30-86-80, фракции - 0,08 мм засыпают в пресс-форму и после виброуплотнения подвергают прессованию давлением 120 МПа в течение 0,02 с. Прессовку

спекают в течение 2-4 ч в атмосфере аргона при температуре 920-940°С. Обработку по верхности барьерного слоя потоком азота, нагреваемого до 510°С в закалочной электропечи с открытыми спиралями, осуществляют в течение 15 мин. Время подъема температуры от 200 до 510°С - 30 мин. Увеличение температуры от 510 до 800°С сокращает время азотирования от 15 до 5 мин.

ПримерЗ. Порошок титановый марки ПТОМ, ТУ 48-5661-10/0-81, фракции - 0,05 мм засыпают в пресс-форму и после виброуплотнения подвергают прессованию давлением 140 МПа в течение 0,18 с. Температура спекания в атмосфере аргона 920°С, время спекания 2-4ч. Обработку поверхности барьерного слоя потоком воздуха, нагретого до 460°С в закалочной электропечи с открытыми спиралями, осуществляют в течение 15 мин. Время подъема температуры от 200 до 460°С - 25 мин.

Срок эксплуатации получаемых трубчатых мембран относительно описанных в прототипе увеличивается более чем в 3 раза.

в таблице приведено влияние времени обработки потоком азота, нагретого до 510°С, рабочей поверхности барьерного слоя трубчатых элементов, выполненных из порошка титана марки ПТМ, на срок их

эксплуатации, определенный при работе с суспензией, содержащей абразивные компоненты.

Из данных таблицы видно, что с увеличением времени обработки рабочей поверхности мембран азотом до 15 мин срок их эксплуатации увеличивается более чем в 3 раза. Дальнейшее увеличение времени азотирования поверхности практически не влияет на длительность эксплуатации мембран.

Аналогичные результаты получены и для других марок порошка титана.

Ф о р м у л а и з о б р ет е н и я Способ изготовления трубчатых мембран, включающий засыпку в цилиндричес кий зазор, образованный эластичной оболочкой и стержнем, имеющим твердость не менее 208 НВ, титанового порошка, гидродинамическое прессование его давлением менее 140 МПа в течение

0,018-0,028, спекание в вакууме или инертном газе, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока эксплуатации мембран, рабочую поверхность заготовки обрабатывают потоком азота или азотсодержащего газа при температуре 400- 800°С в течение 15 мин.

Сущность изобретения: способ включает гидродинамическое прессование титанового порошка в цилиндрическом зазоре между эластичной оболочкой и стержнем, имеющим твердость не менее 208 НВ, давление менее 140 МПа в течение 0,018-0,028 с, спекание в вакууме или инертном газе и последующую обработку рабочей поверхности мембраны потоком азота или азотсодержащего газа при температуре 400-800°С в течение 15 мин. 1 табл.