呂 波,陳錦中,馮昊哲,劉長(zhǎng)源,馬 貴,馬明明

(1.榆林學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院,陜西 榆林 719000; 2.陜西榆能集團(tuán)能源化工研究院有限公司,陜西 榆林 719000)

粉末冶金多孔材料是以金屬或合金粉末為原料通過(guò)壓制成型和高溫?zé)Y(jié)而成,內(nèi)部含有大量連通或半連通孔隙,其均勻的孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙度大小、孔徑分布取決于粉末粒度、成型及燒結(jié)工藝。由于粉末冶金多孔材料含有大量均勻的孔隙,因此有諸多優(yōu)異性能,如比表面積大、透過(guò)性能優(yōu)、強(qiáng)度高、可焊接且機(jī)械加工性能好等特點(diǎn)[1-2]。燒結(jié)金屬粉末多孔材料有青銅、不銹鋼、鎳及鎳合金、鈦和金屬間化合物等,其研究單位主要以西北有色金屬研究院、北京鋼鐵總院、中南大學(xué)、廣州有色金屬研究院、昆明理工大學(xué)等為代表;生產(chǎn)單位國(guó)外以美國(guó)PALL、MOTT公司、德國(guó)GKN公司為代表,國(guó)內(nèi)以西部寶德科技股份有限公司及安泰科技股份有限公司等單位為代表[3],在燒結(jié)金屬粉末多孔材料的生產(chǎn)及應(yīng)用方面均有較大的規(guī)模和較好的業(yè)績(jī)。

燒結(jié)金屬粉末多孔材料由于兼具金屬及多孔材料特性,因此被廣泛應(yīng)用于過(guò)濾分離、粉體流化輸送、汽車零部件、流體流量控制、分布器、吸聲、電池電極及生物醫(yī)用植入材料器械等領(lǐng)域[4]。燒結(jié)金屬粉末冶金多孔材料因應(yīng)用領(lǐng)域及使用工況差異有不同的形狀,需根據(jù)工況及經(jīng)濟(jì)性綜合選擇合適的燒結(jié)金屬粉末多孔材料,常見(jiàn)有管狀、片狀、板狀及各類大型異形多孔元件,其綜合性能較優(yōu)。

作者結(jié)合燒結(jié)金屬粉末多孔材料的特點(diǎn)、多孔元件生產(chǎn)工藝流程及其在不同領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行介紹,同時(shí)針對(duì)目前在研發(fā)及應(yīng)用過(guò)程中的現(xiàn)狀,提出燒結(jié)金屬粉末多孔材料在材料精度、通量、工況適應(yīng)性、生產(chǎn)加工、設(shè)備及系統(tǒng)集成化等方面的發(fā)展趨勢(shì)。

1 燒結(jié)金屬粉末多孔材料

1.1 燒結(jié)金屬粉末多孔元件生產(chǎn)工藝流程

燒結(jié)金屬粉末多孔材料生產(chǎn)工藝流程主要由粉末選擇、粉末壓制成型、高溫?zé)Y(jié)及后處理工序組成,其中成型和燒結(jié)是燒結(jié)金屬粉末多孔元件的2個(gè)最重要的生產(chǎn)工序,主要包括粉末選擇、壓制成型、高溫?zé)Y(jié)和后處理4個(gè)工藝步驟[5-6]。

1.1.1 粉末選擇

生產(chǎn)工藝中通過(guò)粉末分級(jí)將燒結(jié)金屬粉末多孔材料孔徑控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi),便于制備生產(chǎn)出不同孔隙度、不同孔隙尺寸的多孔材料。因此,需根據(jù)燒結(jié)金屬粉末多孔材料使用工況和應(yīng)用要求選擇合適的粉末類型及粒度區(qū)間,得到適宜的材料性能和孔隙要求。常規(guī)粉末有銅粉、不銹鋼粉、鎳粉、鈦粉等,一般使用添加劑改善粉末成型性,其中不銹鋼、鈦及鈦合金、鎳、鎳合金及金屬間化合物的應(yīng)用最為廣泛。

1.1.2 壓制成型

通過(guò)軋制、等靜壓制成型、擠壓、模壓等壓制成型方法使金屬/合金粉末在一定壓力下成型,形成具有特定形狀的坯體,需根據(jù)材料實(shí)際工況使用要求確定合適的壓制成型工藝。

1.1.3 高溫?zé)Y(jié)

通過(guò)將壓制成型的粉末坯體在保護(hù)氣氛高溫爐/真空爐中燒結(jié),使金屬/合金粉末顆粒間發(fā)生擴(kuò)散、再結(jié)晶、化合等一系列物理化學(xué)過(guò)程,形成具有一定孔隙、強(qiáng)度的中間產(chǎn)品。

1.1.4 后處理

后處理主要包括機(jī)加工、焊接及熱應(yīng)力處理等過(guò)程,根據(jù)最終所需燒結(jié)金屬粉末多孔元件尺寸進(jìn)行機(jī)加工,與致密支撐件的焊接及焊后熱處理等工藝,最終得到所需規(guī)格的燒結(jié)金屬粉末多孔元件。

1.2 燒結(jié)金屬粉末多孔材料的特點(diǎn)

金屬多孔材料主要有燒結(jié)金屬粉末多孔材料、燒結(jié)金屬絲網(wǎng)多孔材料、燒結(jié)金屬纖維氈多孔材料和泡沫金屬材料等[7]。金屬粉末多孔材料一般由金屬/合金粉末經(jīng)粒徑篩選、壓制成型、高溫?zé)Y(jié)、機(jī)加工和熱處理等工序組成,兼具金屬材料及多孔材料特性,是一類結(jié)構(gòu)-功能一體化材料,具有力學(xué)性能優(yōu)良、可焊接、耐高溫、耐高壓、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)[8]。

由粉末冶金制得的燒結(jié)金屬粉末多孔材料孔徑可控且孔隙均勻,既具有金屬材料優(yōu)良力學(xué)性能又具有多孔材料均勻孔隙結(jié)構(gòu)及良好透過(guò)性能,因此開(kāi)發(fā)燒結(jié)金屬粉末多孔材料在實(shí)際工程中的應(yīng)用至關(guān)重要[9]。以燒結(jié)金屬粉末多孔過(guò)濾材料為例,其性能及孔隙要求需根據(jù)使用工況和性能要求決定,其中不銹鋼、鈦及鈦基合金、鎳及鎳基合金、Fe-Al基等抗腐蝕燒結(jié)金屬粉末多孔過(guò)濾元件在實(shí)際工況中應(yīng)用最為廣泛。

2 燒結(jié)金屬粉末多孔材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 過(guò)濾技術(shù)中的應(yīng)用

過(guò)濾技術(shù)作為一種高效分離技術(shù)得到了迅速發(fā)展,工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中過(guò)濾分離工況差異較大,傳統(tǒng)高分子濾芯、布袋等過(guò)濾元件由于強(qiáng)度、耐溫較差、不可反吹再生等缺點(diǎn)受到應(yīng)用限制。隨著生產(chǎn)工藝的不斷創(chuàng)新及改進(jìn),一些生產(chǎn)工況的壓力、溫度較高且對(duì)過(guò)濾元件的強(qiáng)度、抗腐蝕性、精度等提出了更高要求,在反應(yīng)之前需將含有的固體顆粒物進(jìn)行高效去除。

燒結(jié)金屬粉末過(guò)濾材料常用于氣-固、液-固澄清體系的過(guò)濾分離過(guò)程以實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝氣體/液體的凈化和固體顆粒(如催化劑、粉煤、金屬粒子等)的攔截或回收。利用燒結(jié)金屬粉末多孔材料特殊孔道結(jié)構(gòu)對(duì)流體中微量固體顆粒的阻礙、攔截和捕集作用,可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)澄清體系氣體或液體中固體顆粒的過(guò)濾,進(jìn)而達(dá)到對(duì)流體的凈化或分離。金屬粉末通過(guò)粉末冶金工藝制備成管、片、筒狀等不同形式過(guò)濾元件應(yīng)用于過(guò)濾分離以實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝流體的凈化[10-11],通過(guò)控制粉末粒度、成型、燒結(jié)等工藝得到適用于工況要求的孔隙結(jié)構(gòu)。

燒結(jié)金屬粉末過(guò)濾元件常見(jiàn)形式為不銹鋼管狀,在工業(yè)中主要通過(guò)過(guò)濾器內(nèi)件形式應(yīng)用。過(guò)濾元件通過(guò)管板固定,工作原理為工藝流體在壓力作用下由外而內(nèi)通過(guò)燒結(jié)金屬粉末多孔過(guò)濾元件,固體顆粒被阻擋在過(guò)濾元件外表面。隨著固體顆粒不斷堆積、濾餅厚度逐漸增加。為保證燒結(jié)金屬粉末過(guò)濾元件長(zhǎng)壽命,當(dāng)過(guò)濾元件內(nèi)外壓差時(shí)達(dá)到設(shè)計(jì)最大允許壓差時(shí),需啟動(dòng)反吹使過(guò)濾元件的性能得到再生恢復(fù),其透過(guò)性能可恢復(fù)超過(guò)90%。

不銹鋼、鈦及鈦合金等燒結(jié)金屬粉末過(guò)濾元件由于其過(guò)濾精度可控、孔隙均勻、機(jī)械強(qiáng)度高、抗腐蝕性能好、有良好的再生性能和抗熱震性能。同時(shí)過(guò)濾元件可通過(guò)流體逆向反吹使其透過(guò)性能得到再生,在煤化工、石油化工、精細(xì)化工等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用,如煤氣化粗煤氣過(guò)濾、工藝氣過(guò)濾、廢水過(guò)濾、飛灰過(guò)濾、多晶硅氯硅烷過(guò)濾,石化行業(yè)催化油漿過(guò)濾、S-Zorb裝置吸附劑過(guò)濾,鋅冶煉中硫酸鋅溶液等[12-15]過(guò)濾分離工藝,可有效保證過(guò)濾裝置的穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。以液-固澄清過(guò)濾體系為例,燒結(jié)金屬粉末多孔過(guò)濾元件在工業(yè)應(yīng)用中一般采用2臺(tái)過(guò)濾器并聯(lián)(一開(kāi)一閉)的工藝,其中一臺(tái)過(guò)濾器正常運(yùn)行,另一臺(tái)過(guò)濾器進(jìn)行液體離線反沖洗,該工藝過(guò)濾系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單易行。

2.2 粉煤加壓流化輸送中的應(yīng)用

在煤化工、石油化工等工業(yè)生產(chǎn)中,廣泛采用流化床技術(shù),該技術(shù)需要結(jié)合使用位置和工況條件配置合適的氣體分布器,以保證氣體能均勻進(jìn)入床層完成各種反應(yīng)。以煤氣化為例,氣化工藝作為現(xiàn)代潔凈煤轉(zhuǎn)化技術(shù)的核心,可分為固定床、氣流床和流化床氣化技術(shù)。其中氣流床氣化技術(shù)發(fā)展迅速,主要有以德士古水煤漿為代表的濕法氣化和以SHELL、航天(HT)、GSP為代表的粉煤干法加壓氣化技術(shù)。粉煤干法加壓氣化技術(shù)對(duì)煤種的適用性廣、耗氧量低等在近些年得到廣泛推廣及應(yīng)用,主要流程包括磨煤?jiǎn)卧?、粉煤加壓輸送單元、粉煤氣化單元、合成氣凈化單元、渣及?灰水處理單元[16]。

粉煤加壓流化輸送單元需接受來(lái)自磨煤?jiǎn)卧姆勖翰⒔?jīng)粉煤儲(chǔ)罐、粉煤放料罐、粉煤給料罐將粉煤輸送至氣化爐燒嘴,保證氣化爐穩(wěn)定的供煤量。粉煤干法加壓氣化中原料粉煤粒徑小,細(xì)顆粒之間由于黏附、摩擦等作用極易在輸送過(guò)程中產(chǎn)生架橋及堵塞現(xiàn)象,很容易造成工藝生產(chǎn)系統(tǒng)的停車,因此需保證粉體在加壓流化輸送過(guò)程中的暢通。通過(guò)自主設(shè)計(jì)異型成型模具和燒結(jié)胎具并引入近凈成型方法和燒結(jié)技術(shù),西北有色金屬研究院、西部寶德科技股份有限公司、北京鋼鐵總院安泰科技股份有限公司等單位根據(jù)使用位置及用途的不同,開(kāi)發(fā)出通氣錐、吹掃器、笛管、流化盤等粉體流化輸送用大型異形多孔元件。廣泛采用的粉煤加壓流化輸送元件為不銹鋼燒結(jié)粉末多孔元件,利用潔凈低壓、高壓N2/CO2通過(guò)燒結(jié)金屬粉末為核心內(nèi)件的粉體流化輸送裝備使粉體松動(dòng)實(shí)現(xiàn)流化和輸送。潔凈氣體在進(jìn)入粉體流化輸送用通氣錐及吹掃器附近壁面時(shí)形成均勻氣膜[17],阻止了粉體和壁面的直接接觸,不僅減小了粉體對(duì)設(shè)備的沖刷,同時(shí)也降低了粉體發(fā)生架橋及堵塞的機(jī)率。

通氣錐、管道充氣器、笛管由外殼及內(nèi)件組成,內(nèi)件由特定精度燒結(jié)金屬粉末加工制備而成,其工況操作適應(yīng)性廣,可實(shí)現(xiàn)在低壓、高壓或有壓力交變場(chǎng)合的穩(wěn)定運(yùn)行。充分利用燒結(jié)金屬粉末多孔材料優(yōu)良力學(xué)性能及均勻孔隙結(jié)構(gòu),將開(kāi)發(fā)出的通氣錐、管道充氣器、笛管等粉體流化輸送元件應(yīng)用于粉煤儲(chǔ)罐、粉煤放料罐、粉煤給料罐可實(shí)現(xiàn)對(duì)粉煤的加壓、流化及輸送,有效避免了粉體在實(shí)際工作過(guò)程中的架橋及堵塞現(xiàn)象,保障了工藝生產(chǎn)過(guò)程穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行[18-20],可廣泛應(yīng)用于粉煤、飛灰等各類粉體的流化及輸送場(chǎng)合。

2.3 汽車零部件中的應(yīng)用

粉末冶金法作為一種少切屑或無(wú)切屑的工藝,可大大減少機(jī)加工量、節(jié)約金屬材料、提高生產(chǎn)效率[3]。由其制得的汽車零部件具有種類繁多、節(jié)能、節(jié)材、環(huán)保且適于大批量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn),因而在制造業(yè)中獲得高速增長(zhǎng),已廣泛應(yīng)用于汽車諸多關(guān)鍵部位,如汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用鋼零件、汽車變速器系統(tǒng)用鋼件、齒輪保持架等均由燒結(jié)金屬粉末在高溫下壓制、燒結(jié)、機(jī)加工而成[21-22]。為了使粉末冶金汽車零部件的強(qiáng)度進(jìn)一步提升,美國(guó)GM公司、英國(guó)GKN、法國(guó)Federal Mogul等公司將粉末冶金和鍛造技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái),建立生產(chǎn)線并大規(guī)模生產(chǎn)出了粉末鍛造齒輪、汽車自動(dòng)變速器用軸承內(nèi)外圈[23],使零件的力學(xué)性能更優(yōu)。

根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)合和使用要求,不同粉末冶金材料被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)汽車零部件。粉末冶金高強(qiáng)度鋁合金作為一種重要的汽車輕量化材料,由于其密度低、吸能性強(qiáng)、屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度好,因此在粉末冶金鋁基凸輪軸承蓋等[23]領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用。不銹鋼粉末燒結(jié)金屬元件具有耐腐蝕、無(wú)切削加工特點(diǎn)且通過(guò)顆粒粒徑等控制可得到高精度鑄件,在汽車擋風(fēng)玻璃后視鏡底座得到廣泛應(yīng)用[24]。王廣達(dá)等[25]將混合好的金屬和非金屬粉末壓制成型,在氨氣氛中進(jìn)行加壓燒結(jié)制得粉末冶金摩擦材料閘瓦和閘片,廣泛應(yīng)用于高速列車制動(dòng)。另外,充分利用粉末冶金不銹鋼高溫下優(yōu)良力學(xué)性能、耐腐蝕性、抗疲勞性能,用于生產(chǎn)ABS傳感器齒圈、排氣管法蘭等汽車零部件[26]。中國(guó)自主開(kāi)發(fā)通過(guò)粉末燒結(jié)工藝制得的Ti-215Nb合金作為新型β鈦合金,因其力學(xué)性能調(diào)節(jié)范圍大的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于各種高性能內(nèi)燃機(jī)的制造[27],粉末冶金法成本低、效率高、污染低,也已成為制備內(nèi)燃機(jī)用鈦合金的重要方法之一。

2.4 環(huán)保凈化中的應(yīng)用

隨著環(huán)保要求指標(biāo)的嚴(yán)格度增加,噪聲、含塵排放氣、廢水被公認(rèn)為工業(yè)三大污染源,尤其對(duì)外排煙氣、廢水處理等出口指標(biāo)提出更高要求,燒結(jié)金屬粉末多孔材料作為一種高精度多孔元件在氣體除塵、廢水凈化等工藝過(guò)程中逐漸凸顯出優(yōu)勢(shì)[28-29]。將含塵煙氣等氣體經(jīng)燒結(jié)金屬粉末多孔元件作用,出口粉塵可低于10 mg/Nm3。

中海油惠州石化有限公司煤制氫部將Fe3Al多孔金屬燒結(jié)粉末濾芯用于E-Gas氣化裝置的焦過(guò)濾器中,結(jié)果表明裝置過(guò)濾壓差穩(wěn)定在約14 kPa,過(guò)濾性能優(yōu)、運(yùn)行穩(wěn)定、反吹性能好[30]。在高溫、高壓、腐蝕等環(huán)境下,Fe-Al金屬間化合物由于具有耐高溫、抗熱震性好、耐硫腐蝕性能等優(yōu)勢(shì),通過(guò)等靜壓成型制備的Fe3Al燒結(jié)金屬濾管可廣泛應(yīng)用于石化和化工工業(yè)高溫反應(yīng)含塵氣體、玻璃工業(yè)高溫尾氣、催化裂化高溫?zé)煔獬龎m、冶金工業(yè)高爐與轉(zhuǎn)爐高溫煤氣、鍋爐及焚燒爐高溫廢氣等高溫除塵凈化[30-31]。李松等[32]考察了鈦金屬膜在冀東油田高尚堡聯(lián)合站兩級(jí)污水過(guò)濾處理工藝中的應(yīng)用,結(jié)果表明經(jīng)鈦金屬膜過(guò)濾分離后,處理后回注水的平均懸浮物質(zhì)量濃度為1.39 mg/L,平均粒徑中值為0.79 μm。鈦金屬膜適合用于油田回注污水的深度處理,可保證回注水中懸浮物質(zhì)量濃度與粒徑中值指標(biāo)的穩(wěn)定。在水處理領(lǐng)域,微孔燒結(jié)金屬鈦管、不銹鋼濾管等在水凈化方面效果顯著。燒結(jié)金屬多孔鈦材料作為一種新型的過(guò)濾材料,耐腐蝕、力學(xué)性能好、過(guò)濾精度高,由微孔鈦組成的二級(jí)過(guò)濾系統(tǒng)在水處理及凈化方面也效果顯著。在造紙行業(yè),紙漿漂洗和污水處理等[33]領(lǐng)域也會(huì)用到316 L不銹鋼、鎳及鎳合金和鈦等燒結(jié)金屬粉末多孔材料,以實(shí)現(xiàn)凈化或回收的目的。

2.5 其他領(lǐng)域的應(yīng)用

燒結(jié)金屬粉末多孔材料耐高溫性能好、剛度強(qiáng)、不易污染且回收再生性強(qiáng),另外由于燒結(jié)金屬粉末多孔材料含有大量均勻的孔隙結(jié)構(gòu),有良好吸收噪音功能。當(dāng)聲波通過(guò)孔徑一定的細(xì)小多孔材料流動(dòng)時(shí),會(huì)與多孔材料內(nèi)壁摩擦產(chǎn)生紊流等現(xiàn)象而消耗一定能量,因此,燒結(jié)金屬多孔材料可利用這些特點(diǎn)制作各種環(huán)保消聲材料,可廣泛應(yīng)用于發(fā)電機(jī)室、建筑、管道、車輛等的吸聲降噪[34]。

燒結(jié)金屬粉末多孔材料在其他領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用,如比表面積大且有支撐強(qiáng)度可作為固體催化劑[35];因金屬粉末優(yōu)異的鐵磁性能及能量吸收效果可作為吸波材料和消音材料[36];因輕質(zhì)-高孔、良好的電磁波吸收性能用于電極材料與屏蔽材料,可作為生物材料,如粉末冶金多孔鈦用于醫(yī)療行業(yè)矯形術(shù)、牙缺損修復(fù)[34-35]。另外燒結(jié)金屬粉末多孔材料也可用于多孔模具[37]、鑄造工藝裝備、軸承材料、發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋上氣門座圈或閥座圈[38]、輕武器工業(yè)生產(chǎn)[39]、航空航天發(fā)動(dòng)機(jī)用耐熱結(jié)構(gòu)件[40]、航空領(lǐng)域熱防護(hù)結(jié)構(gòu)的發(fā)汗冷卻[41]及新能源材料等領(lǐng)域。

3 燒結(jié)金屬粉末多孔材料發(fā)展趨勢(shì)

3.1 高精度、高強(qiáng)度、大通量

隨著工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、環(huán)保要求等越來(lái)越嚴(yán)格,對(duì)過(guò)濾分離、粉體流化輸送中多孔元件的精度提出更高要求。過(guò)濾精度不斷提高以實(shí)現(xiàn)與固體小顆粒的高效分離,特別是高精度不對(duì)稱粉末多孔材料的發(fā)展受到了廣泛重視[42-43]。

過(guò)濾分離、粉煤加壓輸送領(lǐng)域高精度、高強(qiáng)度、大通量燒結(jié)金屬粉末多孔元件的開(kāi)發(fā)應(yīng)用可降低工況最大允許壓降,保障工藝產(chǎn)品出口質(zhì)量、粉體與潔凈氣體的隔離及在工況使用過(guò)程中的安全穩(wěn)定和長(zhǎng)周期運(yùn)行。

3.2 元件、裝備及系統(tǒng)應(yīng)用集成化

隨著工程化方向不斷發(fā)展,需對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面設(shè)計(jì)以提高系統(tǒng)工作效率,因此開(kāi)發(fā)燒結(jié)金屬粉末多孔元件配套裝備、系統(tǒng)集成應(yīng)用也是過(guò)濾分離等領(lǐng)域工業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)[44-45]。以燒結(jié)金屬粉末多孔材料在過(guò)濾技術(shù)中的應(yīng)用為例,應(yīng)根據(jù)過(guò)濾分離的不同工況及應(yīng)用領(lǐng)域,選擇合適的過(guò)濾分離材料、設(shè)計(jì)合理地過(guò)濾分離工藝路線和系統(tǒng);同時(shí)系統(tǒng)的高自動(dòng)化、連續(xù)化、低能耗、高效率、低成本和低污染也是現(xiàn)代過(guò)濾分離技術(shù)的新要求及過(guò)濾分離成套系統(tǒng)追求的目標(biāo)。

3.3 工況適應(yīng)性廣

工業(yè)發(fā)展對(duì)低能耗產(chǎn)品的傾向使得燒結(jié)金屬粉末多孔材料在過(guò)濾技術(shù)、粉體流化輸送等領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸擴(kuò)大,對(duì)過(guò)濾產(chǎn)品、過(guò)濾介質(zhì)、流化輸送等工況的適宜操作條件提出了更高的要求。不同領(lǐng)域的應(yīng)用過(guò)程中工況復(fù)雜多變,加強(qiáng)燒結(jié)金屬粉末多孔元件對(duì)惡劣工況的適應(yīng)性有重要意義,要特別加強(qiáng)對(duì)燒結(jié)金屬粉末多孔元件的質(zhì)量控制及操作條件、應(yīng)用可行性分析[46]。

3.4 產(chǎn)品多元化及長(zhǎng)壽命

根據(jù)不同使用場(chǎng)合及應(yīng)用目的開(kāi)發(fā)不同系列燒結(jié)金屬粉末多孔元件,不斷優(yōu)化性能參數(shù)及使用結(jié)構(gòu)。高精度管狀多孔元件及不同大型異形多孔元件是燒結(jié)金屬粉末工業(yè)應(yīng)用產(chǎn)品重點(diǎn)開(kāi)發(fā)的方向,在該過(guò)程中需降低燒結(jié)金屬粉末多孔元件消耗,同時(shí)提高燒結(jié)金屬粉末多孔元件在實(shí)際使用過(guò)程中的壽命,以保證工況的穩(wěn)定、連續(xù)和長(zhǎng)周期運(yùn)行。另外,應(yīng)加強(qiáng)燒結(jié)金屬粉末多孔元件的反吹性能評(píng)價(jià)、優(yōu)化及多孔元件清洗再生的工業(yè)試驗(yàn)及開(kāi)發(fā),以促進(jìn)金屬粉末多孔元件在設(shè)計(jì)使用周期內(nèi)的再利用和長(zhǎng)壽命穩(wěn)定運(yùn)行。

3.5 生產(chǎn)高精度化、低成本化

燒結(jié)金屬粉末零部件對(duì)加工尺寸、精度等有嚴(yán)格要求,粉末冶金工模具、數(shù)控壓機(jī)等各類成型、加工設(shè)備可有效控制燒結(jié)金屬粉末多孔零部件的尺寸、密度及裂紋等缺陷,有效實(shí)現(xiàn)了多孔元件的高精度化及近凈成型。燒結(jié)金屬粉末零部件制造工藝相對(duì)復(fù)雜,粉末冶金工藝在改進(jìn)生產(chǎn)工藝、保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下降低生產(chǎn)成本也是今后發(fā)展的方向之一。

4 結(jié)束語(yǔ)

燒結(jié)金屬粉末多孔材料作為一種功能-結(jié)構(gòu)一體化材料,其燒結(jié)多孔元件因具有均勻孔隙結(jié)構(gòu)、優(yōu)良力學(xué)性能及透過(guò)性能等優(yōu)勢(shì)在過(guò)濾分離、粉煤加壓流化輸送、除塵環(huán)保、汽車零部件等領(lǐng)域得到廣泛推廣及應(yīng)用,對(duì)各相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用,帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

在常規(guī)燒結(jié)金屬粉末多孔元件應(yīng)用的基礎(chǔ)上,應(yīng)結(jié)合實(shí)際工業(yè)應(yīng)用開(kāi)發(fā)出不同系列高精度、大通量、高強(qiáng)度的改進(jìn)燒結(jié)金屬粉末多孔元件及大型異形元件,以保證良好的工況適用性及運(yùn)行長(zhǎng)壽命。應(yīng)加快對(duì)燒結(jié)金屬粉末多孔元件、裝備及系統(tǒng)集成應(yīng)用以提高工業(yè)生產(chǎn)的工作效率及穩(wěn)定長(zhǎng)周期運(yùn)行,同時(shí)做好燒結(jié)金屬粉末多孔元件的性能評(píng)價(jià)、工業(yè)反吹效果優(yōu)化及清洗再生的工業(yè)試驗(yàn)開(kāi)發(fā),以保證金屬粉末多孔元件在設(shè)計(jì)使用周期內(nèi)的再利用和長(zhǎng)壽命穩(wěn)定運(yùn)行。另外應(yīng)不斷探索燒結(jié)金屬粉末多孔材料在含油介質(zhì)的過(guò)濾技術(shù)、其他粉體流化輸送、汽車零部件、吸聲材料等領(lǐng)域的應(yīng)用及開(kāi)發(fā)。