CN100531970C

CN100531970C - 一种低温流动温压成形方法

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Publication number: CN100531970C
Application number: CNB2007100318527A
Authority: CN
Inventors: 肖志瑜; 王军; 方亮; 邵明; 李元元
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2007-11-30
Filing date: 2007-11-30
Publication date: 2009-08-26
Anticipated expiration: 2027-11-30
Also published as: CN101176917A

Abstract

本发明提供一种低温流动温压成形方法，该方法采用铁基或钨基的合金混合粉，在60～100℃的条件下制造复杂形状粉末冶金零件；其优化工艺步骤及条件如下：在合金混合粉末中加入按质量百分比计1.5～4%的热塑性粘结剂充分混炼均匀；然后将合金混合粉末加热至稍高于所用粘结剂的软化点温度，并置于分瓣模腔内；采用轴向压制速度220～260mm/min、轴向压力600～700MPa状态下进行压制成形。本发明所用粉末来源广泛，无需注射成形专门的脱脂工序；实现了低成本短流程生产高性能高密度复杂形状零件的近净成形，工艺简单，实用性好，制备的零件可广泛用于制造机械、汽车、体育用品等行业，具有良好的工业化生产前景。

Description

一种低温流动温压成形方法

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术，具体是指一种短流程低成本制造粉末冶金复杂形状零件的一种低温流动温压成形方法。

背景技术

金属粉末温压成形和注射成形技术是目前粉末冶金技术研究和开发的两大热点。粉末温压成形是美国的Hoeganaes公司于1994年在国际粉末冶金和颗粒材料会议(PM²TEC94)上公布，目前，在粉末制备、工艺优选、温压及烧结行为、致密化机理、数值模拟和装备等方面均进行了广泛的研究，并已实现了工业化大规模生产。

近十年来，粉末冶金新技术、新工艺层出不穷，它们的出现解决了粉末冶金材料的高性能化、复合化和精密化问题，对粉末冶金制品的发展起了突破性的作用，大大扩大了粉末冶金技术的应用范围和领域，促进了粉末冶金零部件的快速发展。但对于成形侧向凸台、凹槽等较复杂形状的零件，采用传统温压成形压机制造此类粉末冶金零件被认为是非常困难，甚至是不可能的。

金属粉末注射成形技术是传统粉末冶金与塑料注射成形相结合的产物，适用于大批量制造具有复杂几何形状、高性能、高精度的零件，在产业化方面也取得了突破性的进展。但该工艺在粉末中需要加入较多的粘结剂(25～50vol)，粉末需用≤20μm超细近球形粉，从混料到脱脂、烧结，工序较复杂，工艺要求严格，特别是需要较长的脱脂时间，造成制造成本往往较高。

流动温压成形正是在金属粉末冷压、温压的基础上，结合了粉末注射成形工艺的优点，在传统压机上稍加改动即可精密成形复杂形状零部件的一种新型近净成形技术。该技术由德国Fraunhofer先进材料与制造研究所(IFAM)曾于2001年有结果报道。它采用适量的特殊粘结剂(润滑剂)处理的混合粉末在80～130℃温度下压制，由于具有粘流行为，可在传统压机上精密成形带有与压制方向垂直的凹槽、孔和螺纹孔等的复杂零件，而不需要其后的二次机加工。流动温压成形特殊配制的混合粉末由于还具有很高的粘度和临界剪切力，在加热过程中不会产生变形，因而可像冷压零件一样直接在烧结炉中去除粘结剂，而不需要像注射成形一样需要较长时间的单独脱脂后才进行高致密化烧结。这对短流程制造复杂粉末冶金零件，降低成本具有重要的现实意义。然而，德国IFAM研究所只是报道了80～130℃的流动温压成形技术，并且只限于烧结钢、钛、WC-Co、不锈钢316L材料，而对低于80℃的低温流动温压成形技术及钨基合金材料流动温压成形技术未见报道。

发明内容

本发明的目的在于，克服传统压制和温压成形零件复杂形状方面的不足，又能克服金属注射成形工艺的成本高，提供制造粉末冶金复杂零件近净成形的一种短流程低成本的低温流动温压成形方法，

本发明的目的可以通过如下措施来实现：

一种低温流动温压成形方法，其特征在于：采用铁基或钨基的合金混合粉，在60～100℃的条件下制造复杂形状粉末冶金零件；其优化工艺步骤及条件如下：

(1)在合金混合粉末中加入按质量百分比计1.5～4％的热塑性粘结剂充分混炼均匀；

(2)混有热塑性粘结剂的合金混合粉末加热温度为：大于或者等于所用粘结剂的软化点温度，小于或者等于该软化点温度+5℃；

(3)模具采用分瓣模，并将模具加热到64～101℃；

(4)将加热后的合金混合粉末填充于模具型腔，使其在轴向压制速度220～260mm/min、轴向压力600～700MPa状态下进行压制成形；

(5)在保护气氛下烧结1～2小时。

所用铁基合金混合粉为雾化铁粉与羰基铁粉，其配比按质量比计1：0.2～0.4；钨基合金混合粉为钨、镍、铁混合粉，其配比按质量比计59～95：3.5～36：1.5～51.5。

所述热塑性粘结剂是指聚乙醇类蜡粉或聚乙烯和石油烃树脂混合物。

所述复杂形状粉末冶金零件是指由带有侧向结构的、与轴向相垂直的横向凸台或凹槽或横孔构成的复杂几何形状的零件。

本发明与现有技术相比具有如下突出的优点：

1、本发明为高性能复杂精密零件的低成本短流程先进制造开辟新的发展方向，也将进一步扩大传统温压成形的应用范围和领域。可以在轴向压制条件下低温近净成形带有侧向结构的精密复杂形状(如十字型、T字型零件、侧向凹槽和横孔等)的粉末冶金零件。

2、本发明对材料的适应性好，无需专门的注射成形用球形微细粉末，用一般的铁基和钨基合金粉末系即可。

3、本发明不需要注射成形专门的脱脂工序，可在烧结炉中直接烧结，简化了工艺，节约了成本。

4、本发明实现了低成本短流程生产高性能高密度复杂形状零件的近净成形，工艺简单，实用性好，所制备高性能结构零件可广泛用于制造机械、汽车、体育用品等行业，具有良好的工业化生产前景。

具体实施方式

下面结合实施例进一步详细描述本发明，但本发明实施方式不限于此。

实施例1：铁基合金混合粉末的低温流动温压成形方法

铁基合金混合粉末的低温流动温压成形方法的优化工艺及条件如下：

1、采用<147μm的雾化铁粉和2～8μm的羰基铁粉，它们的质量比为1∶0.4，在V型混料机中混合90min制成初混粉。选择聚乙二醇类蜡粉作粘结剂，先将聚乙二醇类蜡粉溶解于酒精中，按其质量百分比含量为2％的份量加入到初混粉中，混炼搅拌并在低温下烘干粉末；

2、将上述混有粘结剂的铁基合金混合粉末加热到粘结剂的软化点温度64℃；

3、模具采用分瓣模，将模具加热到64℃左右；

4、将加热后的合金混合粉末填充于模具型腔，使其在轴向压制速度240mm/min、轴向压力600MPa状态下压制成形；

5、铁基粉末成形坯件在氢气气氛下于1120℃烧结1h。

实施例2：钨基合金混合粉末的低温流动温压成形方法

合金混合粉末的低温流动温压成形方法的优化工艺及条件如下：

1、2～4μm钨粉、3～5μm镍粉、2～5μm铁粉分别按质量比计为61：34：5；79：16：5；89：7.7：3.3配料，三组配料分别先在V型混料机上预混合，然后在滚筒式球磨机上以球料比2：1球磨5h制成初混粉。加入质量百分比为4％的粘结剂，粘结剂为聚乙烯和石油烃树脂的混合物，石油烃树脂与聚乙烯的质量百分比为1：0.4。粘结剂和初混粉混炼2h后制粒并烘干。

2、将上述混有粘结剂的钨基合金混合粉末加热到粘结剂的软化点温度96℃。

3、模具采用分瓣模，将模具加热到96℃左右。

4、将加热后的钨基混合粉末填充于模具型腔，使其在轴向压制速度240mm/min、轴向压力700MPa状态下压制成形。

5、钨基合金坯件在氢气气氛下于1400℃烧结2h。

Claims

1、一种低温流动温压成形方法，其特征在于：采用铁基或钨基的合金混合粉，在60～100℃的条件下制造复杂形状粉末冶金零件；其优化工艺步骤及条件如下：

(3)模具采用分瓣模，并将模具加热到64～101℃；

(5)在保护气氛下烧结1～2小时。

2、根据权利要求1所述一种低温流动温压成形方法，其特征在于：所用铁基合金混合粉为雾化铁粉与羰基铁粉的混合粉，其配比按质量比计1：0.2～0.4；钨基合金混合粉为钨、镍、铁混合粉，其配比按质量比计59～95：3.5～36：1.5～5。

3、根据权利要求1所述一种低温流动温压成形方法，其特征在于：所述热塑性粘结剂是指聚乙醇类蜡粉，或聚乙烯和石油烃树脂混合物。

4、根据权利要求1所述一种低温流动温压成形方法，其特征在于：所述复杂形状粉末冶金零件是指由带有侧向结构的、与轴向相垂直的横向凸台或凹槽或横孔构成的复杂几何形状的零件。