CN100531968C - 复杂形状金属零部件的无毒性凝胶注模成型方法 - Google Patents
复杂形状金属零部件的无毒性凝胶注模成型方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100531968C CN100531968C CNB2005100867258A CN200510086725A CN100531968C CN 100531968 C CN100531968 C CN 100531968C CN B2005100867258 A CNB2005100867258 A CN B2005100867258A CN 200510086725 A CN200510086725 A CN 200510086725A CN 100531968 C CN100531968 C CN 100531968C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- complicated shape
- metal
- toxic
- methylcellulose
- gel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Abstract
本发明提供了一种复杂形状金属零部件的无毒性凝胶注模成型方法，属于粉末冶金生产工艺中金属基复杂形状零部件坯体的成型技术领域。采用价廉、无毒性的水溶性高分子聚合物烷基纤维素醚如甲基纤维素及其羟烷基改性衍生物羟乙基甲基纤维素HEMC、羟丙基甲基纤维素HPMC水溶液的热凝胶性质来实现凝胶注模成型。本发明的优点在于：可获得形状复杂、密度均匀、有机物含量少、不需专门脱脂工序的大尺寸坯体，并且该法对多种金属粉末的成型均有效。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金生产工艺中金属基复杂形状零部件坯体的成型技术领域，特别是提供了一种复杂形状金属零部件的无毒性凝胶注模成型方法。
背景技术
传统粉末冶金成型工艺主要有压制成型、冷等静压成型、注射成型等多种，但各有优缺点，如压制成型生产效率高，但坯体密度不易均匀且只能生产简单形状的制品；冷等静压成型所得坯体密度高且均匀，但生产效率低、成本高；注射成型能够获得复杂形状的制品、坯体密度均匀、生产效率高，但生产较大规格制品有难度、生产周期长并且能耗高、污染大。
凝胶注模成型(gelcasting)由美国橡树岭国家实验室M.A.Janney教授等人于20世纪90年代初发明，是近年倍受关注的一种复杂形状陶瓷或金属部件近净尺寸成型方法。其原理是将有机单体与溶剂配制成一定浓度的预混液，金属或陶瓷粉末悬浮于其中制成低粘度、高固相含量的浓悬浮体，加入引发剂及催化剂之后，将这种浓悬浮体浆料注入非多孔模具中，在一定的温度条件下，有机聚合物单体交联聚合成三维网络状聚合物凝胶，并使粉末颗粒原位粘结而固化形成坯体。凝胶注模成型工艺的优点是易成型复杂形状，成型坯体组份均匀、密度均匀、缺陷少。主要缺点是目前获得广泛应用的有机单体均有一定毒性，如丙烯酰胺具有神经毒性且具有致癌危险；并且成型坯体中含有3～4wt％的有机物，烧结前需要专门的脱脂工序，难以生产大尺寸制品且增加生产周期和成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复杂形状金属零部件的无毒性凝胶注模成型方法，克服传统粉末冶金成型工艺及现有凝胶注模成型方法的上述问题。
本发明采用价廉、无毒性的水溶性高分子聚合物烷基纤维素醚如甲基纤维素及其羟烷基改性衍生物如羟乙基甲基纤维素(HEMC)、羟丙基甲基纤维素(HPMC)水溶液的热凝胶性质来实现凝胶注模成型。
纤维素醚是以天然纤维素为原料经化学改性制得的一类半合成型高分子聚合物。甲基纤维素(MC)及其衍生物分子式为[C6H7O4(OH)3-X(OR)X]m，式中R为取代基，X为取代度，m为聚合度。本发明所用纤维素醚参数见表1。
表1 实验用纤维素醚特性
水溶性非离子型烷基纤维素醚及其羟烷基改性衍生物的水溶液加热时，在特定的温度下发生相分离，形成三维网状结构的凝胶析出；冷却时，当达到凝胶形成的特定温度以下，凝胶消失恢复原始溶液状态。这种溶液-凝胶转变是一种可逆过程，其特性是由于聚合物分子链含有大量憎水性取代基的特殊性和分子间相互作用的结果。在较低温度下，聚合物大分子被水化分散而成为溶液状态；当温度升高时分子水化作用减弱而链间水被逐渐逐出，当去水化作用足够充分时出现大分子聚集体，最终导致形成结构胶体。
本发明的复杂形状金属零部件的无毒性凝胶注模成型方法包括以下各步骤：
1、将MC、HPMC、HEMC单独或以重量比1:(1～5):(1～3)混合，制成1～6重量％均一稳定的水溶液；
2、将上述溶液与金属粉料、分散剂混合；金属粉料包括铁(Fe)、镍(Ni)等；使用的分散剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸胺中的任何一种，分散剂用量占金属粉料重量的0.2～2.0％；
3、将第二步骤所得混合料球磨8～48小时；
4、上述浆料室温真空除泡10～30分钟；
5、将浆料注入模具中，模具材料为非孔材料玻璃、金属、橡胶、塑料等；之后加热模具至40～80℃，30～120分钟后脱模，10～30℃真空干燥2～3天即可得到金属坯体。
本发明的优点在于：可获得形状复杂、密度均匀、有机物含量少、不需专门脱脂工序的大尺寸坯体，并且该法对多种金属粉末的成型均有效。
具体实施方式
实施例1：甲基纤维素凝胶注模成型铁基零部件
铁粉原料为市售-500目电解铁粉，纯度为99.3％；纤维素醚为西安惠安化学工业有限公司生产，为白色粉末。
将3克甲基纤维素溶入100毫升水中制成溶液，加入780克铁粉和5克聚丙烯酰胺分散剂，球磨24小时后真空除泡20分钟，制得固相体积分数为50％的金属浆料。将所得浆料注入玻璃模具，在60℃保温120分钟，模具内浆料固化为坯体，脱模后真空干燥2天即可得到铁基零件坯体。
实施实例2：甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素凝胶注模成型镍基零部件
镍粉原料为市售羰基镍粉，纯度99.5％，粒度2～5μm；纤维素醚为西安惠安化学工业有限公司生产，为白色粉末。
将3克甲基纤维素、3克羟乙基甲基纤维素溶于100毫升水中，加入890克镍粉和10克聚丙烯酸分散剂，球磨48小时后真空除泡30分钟，获得固相体积分数50％的浆料，注入金属模具后将模具移入80℃恒温箱中保温120分钟，脱模后真空干燥3天即可得到凝胶注模成型镍基零件坯体。
实施实例3：羟丙基甲基纤维素凝胶注模成型铁基零部件
市售羰基铁粉，纯度99.5％，粒度2～5μm；纤维素醚为西安惠安化学工业有限公司生产，为白色粉末。
将5克羟丙基甲基纤维素溶入100毫升水中制成溶液，加入950克铁粉和5克聚甲基丙烯酸胺分散剂，球磨24小时后真空除泡20分钟，制得固相体积分数为55％的金属浆料。将所得浆料注入橡胶模具，在60℃保温120分钟，模具内浆料固化为坯体，脱模后真空干燥2天即可得到铁基零件坯体。
Claims (2)
1、一种复杂形状金属零部件的无毒性凝胶注模成型方法，采用甲基纤维素及其羟烷基改性衍生物羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素水溶液的热凝胶性质来实现凝胶注模成型；其特征在于：具体工艺步骤为：
a、将甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基甲基纤维素单独或以重量比1:1～5:1～3混合，制成1～6重量％均一稳定的水溶液；
b、将上述溶液与金属粉料、分散剂混合；金属粉料为铁或镍；使用的分散剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸或聚甲基丙烯酸胺中的任何一种，分散剂用量占金属粉料重量的0.2～2.0％；
c、将第b步骤所得混合料球磨8～48小时；
d、上述浆料室温真空除泡10～30分钟；
e、将浆料注入模具中，加热模具至40～80℃，30～120分钟后脱模，10～30℃真空干燥2～3天得到金属坯体。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于：模具材料为非孔材料玻璃、金属、橡胶或塑料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2005100867258A CN100531968C (zh) | 2005-10-26 | 2005-10-26 | 复杂形状金属零部件的无毒性凝胶注模成型方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNB2005100867258A CN100531968C (zh) | 2005-10-26 | 2005-10-26 | 复杂形状金属零部件的无毒性凝胶注模成型方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1748914A CN1748914A (zh) | 2006-03-22 |
| CN100531968C true CN100531968C (zh) | 2009-08-26 |
Family
ID=36604677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNB2005100867258A Expired - Fee Related CN100531968C (zh) | 2005-10-26 | 2005-10-26 | 复杂形状金属零部件的无毒性凝胶注模成型方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100531968C (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102814498B (zh) * | 2012-09-10 | 2014-08-13 | 北京科技大学 | 一种金属粉末凝胶注模成形方法 |
| CN106938332B (zh) * | 2017-04-26 | 2019-03-15 | 北京科技大学 | 一种3d凝胶打印制备钕铁硼磁体的方法 |
| CN112296339A (zh) * | 2019-07-25 | 2021-02-02 | 林道法 | 金属粉末注压成型工艺 |
| CN111978076B (zh) * | 2020-09-02 | 2022-08-16 | 醴陵市茶山万财坩埚瓷业有限公司 | 一种凝胶浆料及凝胶注压成型坯体的方法 |
-
2005
- 2005-10-26 CN CNB2005100867258A patent/CN100531968C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1748914A (zh) | 2006-03-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105108154B (zh) | 一种利用粉末注射成形技术制备异形复杂零件的方法 | |
| CN101518820B (zh) | 一种金属粉末凝胶-挤压成形方法 | |
| CN104907567B (zh) | 一种制备高密度复杂形状硬质合金零件和刀具的方法 | |
| CN1325431C (zh) | 高强度陶瓷复合材料凝胶注模坯体及其成型方法 | |
| CN103801696A (zh) | 一种利用3d打印模具制备粉末冶金复杂形状零件的方法 | |
| CN100531968C (zh) | 复杂形状金属零部件的无毒性凝胶注模成型方法 | |
| CN105777082B (zh) | 一种淀粉预凝胶原位凝固成型制备纳米氧化铝陶瓷的方法 | |
| CN107696235A (zh) | 一种氧化锆陶瓷手机后盖的成型制备方法 | |
| CN104725034A (zh) | 一种注塑铁氧体磁芯成型用的喂料及其制备方法 | |
| CA2364930A1 (en) | Metal/ceramic composite molding material | |
| CN107398559A (zh) | 一种搭配支撑的大型零部件粉末注射成型方法 | |
| CN105543526A (zh) | 一种利用凝胶注模成形制备高致密度钛或钛合金的方法 | |
| CN1317234C (zh) | 通过纤维素醚热凝胶反应实现的陶瓷部件凝胶注模成型方法 | |
| CN100448571C (zh) | 一种CuSn10合金的注射成形方法 | |
| CN100389915C (zh) | 一种高孔隙度镍钛基形状记忆合金的凝胶注模成型方法 | |
| CN101745968A (zh) | 一种特异型锆英石砖的凝胶注模成型工艺 | |
| CN101224600A (zh) | 一种硬磁铁氧体陶瓷部件磁场凝胶注模成形方法 | |
| CN105060867A (zh) | 一种高强度熔融石英陶瓷的凝胶注模成型方法 | |
| Li et al. | Gelcasting of metal powders in nontoxic cellulose ethers system | |
| CN1817511A (zh) | 一种复杂形状多孔钛的凝胶注模成型方法 | |
| CN1944482B (zh) | 一种凝胶注模成型用凝胶聚合物及其制备方法 | |
| CN102814498B (zh) | 一种金属粉末凝胶注模成形方法 | |
| CN103639396A (zh) | 利用陶瓷型制备金属钛及钛合金铸件的方法 | |
| CN103447534A (zh) | 一种基于有机物理凝胶的凝胶注模成形方法 | |
| CN114226717B (zh) | 一种水凝胶基金属浆料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Assignee: Jiangdu Leader Powder Metallurgy Co., Ltd. Assignor: University of Science and Technology Beijing Contract record no.: 2010320000659 Denomination of invention: Non-toxic gel injection moulding method of complicated shape metal parts Granted publication date: 20090826 License type: Exclusive License Open date: 20060322 Record date: 20100520 |
|
| EM01 | Change of recordation of patent licensing contract |
Change date: 20140318 Contract record no.: 2010320000659 The licensee after: YANGZHOU LEADER POWDER METALLURGY CO., LTD. The licensee before: Jiangdu Leader Powder Metallurgy Co., Ltd. |
|
| LICC | Enforcement, change and cancellation of record of contracts on the licence for exploitation of a patent or utility model | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090826 Termination date: 20191026 |