CN1019760B

CN1019760B - 由球形金属粉末制造多孔元件的方法

Info

Publication number: CN1019760B
Application number: CN87104133A
Authority: CN
Inventors: 金家敏; 王啸凤; 孙袁; 张德明; 赵志伟
Original assignee: SHANGHAI MATERIALS INST COMMISSION ON MACHINE BUILDING
Current assignee: SHANGHAI MATERIALS INST COMMISSION ON MACHINE BUILDING; Shanghai Institute of Materials
Priority date: 1987-06-11
Filing date: 1987-06-11
Publication date: 1992-12-30
Also published as: CN87104133A

Abstract

本发明是一种由球形金属粉末制造多孔元件的方法，它包括在球形粉末中添加粘结剂、模压成型、加温脱除粘结剂、还原气氛或真空中烧结，所用粘结剂由热固性酚醛树脂、甲基丙烯酸脂类树脂或醋酸纤维素等组成，溶剂是丙酮、乙醇和水。粘结剂用量是粉末重量的1～5%，脱除粘结剂温度300～700℃/(30～60)分钟，成型压力1.47×10⁸～5.88×10⁸Pa，烧结温度750～1350℃/(20～120)分钟。本发明具有生产效率高、节能、减少模具消耗，产品性能可满足高性能指标要求等优点。

Description

本发明涉及由金属粉末制造成品的方法，具体地说是关于由球形金属粉末制造多孔元件或多孔组合件的方法。

已有的由球形金属粉末制造多孔元件的方法，是把粉末松装在成形模具中，连模具一起放进烧结炉中进行烧结，烧结在还原性气氛或真空中进行。参见美国专利U.S.4.435.483.对铁基或镍基球形粉末是在粉末中加入粘结剂，模压成形后采用耐高温填料支撑进行烧结。因为球形金属粉末与具有不规则形状的金属粉末不同，它没有成形能力，具有不规则形状的粉末颗粒之间在一定的压力下能够互相镶嵌起来，模压成形的生坯强度可以满足后道工序的工艺要求。因此，已有的由球形金属粉末制造成品的方法，不得不在粉末中加入粘结剂，成形后在填料中或者将粉末松装在模具中烧结，以防止生坯在烧结过程中因粘结剂脱除发生松落崩塌现象。但是，球形金属粉末形状规则，由球形金属粉末制造的多孔元件，孔径易于控制，可以根据要求控制在狭窄的范围内，且有透过性能好，过滤精度高等突出优点，这是用不规则形状粉末制造多孔元件所无法达到的，所以由球形金属粉末制造成品的方法是工程技术上一个重要的课题。已有的由球形金属粉末制造多孔元件方法的缺点是，对松装烧结法来说模具消耗量大，烧结炉有效空间不能充分利用，浪费能源，生产效率低;对填料烧结法来说工艺复杂、浪费能源，产品质量难以保证。

本发明的任务是为解决由球形金属粉末制造多孔元件需要松装烧结或填料烧结的问题。

本发明由球形金属粉末制造多孔元件的方法，它包括在球形粉末中添加复合粘结剂、模压成型、加温脱除粘结剂、在还原性气氛或真空中烧结，本发明的特征在于，所用的粘结剂由热固性酚醛树脂40～70%（重量比）、甲基丙烯酸脂类树脂60～30%或醋酸纤维素60～30%组成，溶剂是丙酮、乙醇和水，粘结剂用量是粉末重量的1～5%，脱除粘结剂温度为300～700℃/（30～60）分钟，成型压力1.47×10⁸～5.88×10⁸Pa，烧结温度750～1350℃/（20～120）分钟。

用本发明制造多孔元件，在球形粉末中加入本发明的复合粘结剂后，如同用不规则形状粉末制造成品的方法一样，模压成型，无论在高温或低温都具有足够的强度，可以满足工艺要求，烧结时不再需要松装在模具中或者在填料中进行，烧结的过程中也无有害杂质残留，对产品质量及性能无不利影响，其优点是减少模具消耗，节约能源，生产效率高，产品质量满足高性能指标要求，特别是解决了不同密度组合件制造的技术难题。用本发明已制造出干式乙炔回火防止器的止火管、防爆帽、各种规格和性能的过滤片、储氢瓶用各种规格过滤管和消声器元件等总计30万件以上，产值300万元，社会效益4000万元以上。

以下详述本发明的具体工艺和实施例。

本发明的工艺步骤是：把球形金属粉末根据多孔元件技术性能要求进行筛选分离，粒度控制在一定范围内，根据球形金属粉末材质和化学成份的不同，加入一定量的粘结剂，搅拌均匀，烘干，模压成型，成型压力视产品设计密度要求、粉末颗粒度大小等因素而定，一般是1.47×10⁸～5.88×10⁸Pa。对多孔过滤元件选用低压力，中、高密度组合件或结构零件选用高压力，脱模生坯放在加热炉中加热350～600℃，使粘结剂蒸发脱除，脱除粘结剂后的生坯叠置于烧结炉中，在还原性气氛中或在真空中烧结，烧结温度根据粉末材质及制品几何形状尺寸而定，不锈钢球形粉末通常取1100～1350℃，铜基粉末取750～900℃。

粉末经模压成型，生坯在脱除粘结剂前与脱除粘结剂后的强度如下表所示：

压溃强度系数K值×10⁴Pa

脱粘结剂前 122.5 64.7 108.1 /

脱粘结剂后 211.7 191.1 171.5 141.1

从上表数据可以看出，粘结剂脱除后生坯的强度高于粘结剂脱除前的强度，这样就可以实现无模具和无填料烧结。

本发明除了用于由球形金属粉末制造单一密度的多孔元件，同样可应用于制造密度不同的多孔元件的组合件。所谓组合件是指由颗粒度相同或不同的粉末，经不同压力分别制成的不同密度的零件组合在一起，进行烧结所得的制品。这种组合件的制造是已有的制造方法所无法解决的。本发明同样可用于制造中、高密度的结构零件，工艺步骤与前述完全相同，只是成型压力较高，一般是3.92×10⁸～5.88×10⁸Pa，对不锈钢零件其密度可达6.8g/cm³。

本发明的实施例。

例1：由316L不锈钢球形粉末制造多孔元件-止火管，干式乙炔回火防止器关键零件。其化学成份为：C＜0.03%，Cr16～18%，Ni12～14%，Mo2.0～2.5%，Mn＜0.08%，Si＜1.0%，气雾化球形粉末，粘结剂用量2～3%，搅拌均匀，烘干后筛分压制成形，成型压力1.47×10⁸～4.41×10⁸Pa，一般是1.76×10⁸Pa，于炉温350～700℃脱除粘结剂，1100～1350℃真空烧结20分钟，成品密度为5.4～5.8g/cm³。

例2：由6-6-3锡青铜球形粉末制造多孔元件-过滤器。其化学成份为：Pb2.0～4.0%，Sn5.0～7.0%，Zn5.0～7.0%，Cu余量，粘结剂用量0.5～1.0%，搅拌均匀，烘干后筛分，在1.47×10⁸～1.96×10⁸Pa压制成型，350～520℃半小时脱除粘结剂，在750～900℃，25%N₂+75%H₂分解氨气氛中烧结2小时。

例3：多孔材料组合件-防爆器探头。用316L不锈钢球形粉末制造，根据设计要求压制密度不同零件，组合装配后去除粘结剂，真空烧结。工艺条件同例1。

例4：由316L不锈钢粉末制造多孔元件-过滤片（Φ100×1mm）。粉末中加入粘结剂，用量2～3%。搅拌均匀，烘干，筛分，成型压力1.76×10⁸Pa，300～700℃脱除粘结剂，1100～1350℃真空烧结1小时。

例5：由316L不锈钢粉末制造多孔元件-结构件。气雾化球形粉末，加入粘结剂2～3%，成型压力3.92×10⁸Pa，400～650℃1小时脱除粘结剂，1100～1350℃真空烧结20分钟。成品密度为6.4～6.8g/cm³。

例6：由Co-Cr-Mo不锈钢粉末制造多孔元件-人造关节。其化学成份为：Cr27～30%，Mo5～7%，Ni＜2.5%，Si≤1.0%，Mn＜1.0%，Fe≤0.75%，C≤0.35%，余量为Co，水雾化土豆形（似球形）粉末，加入粘结剂用量3～5%，搅拌均匀，烘干，筛分，压制成形，400～650℃脱除粘结剂，1050～1250℃真空烧结，成品密度5.4～5.8g/cm³。

Claims

1、一种由球形金属粉末制造多孔元件的方法，它包括在球形粉末中添加复合粘结剂、模压成型、加温脱除粘结剂、在还原性气氛或真空中烧结，本发明的特征在于，所用的粘结剂由热固性酚醛树脂40～70%(重量比)、甲基丙烯酸脂类树脂60～30%或醋酸纤维素60～30%组成，溶剂是丙酮、乙醇和水，粘结剂用量是粉末重量的1～5%，脱除粘结剂温度为300～700℃/(30～60)分钟，成型压力1.47×10⁸～5.88×10⁸Pa，烧结温度750～1350℃/(20～120)分钟。

2、根据权利要求1所述的多孔元件的制造方法，其特征是所用金属球形粉末为316L不锈钢时，粘结剂用量2～3%，成型压力1.47×10⁸～4.41×10⁸Pa，脱除粘结剂温度为300～700℃，烧结温度1100～1350℃/（20～60）分钟。

3、根据权利要求1所述的多孔元件的制造方法，其特征是，所用金属球形粉末为6-6-3锡青铜时，粘结剂用量0.5～1.0%，成型压力1.47×10⁸～1.96×10⁸Pa，脱除粘结剂温度350～520℃/30分钟，烧结气氛25%N₂+75%H₂，烧结温度750～900℃/120分钟。

4、根据权利要求1所述的多孔元件的制造方法，其特征是，所用金属球形粉末为Co-Cr-Mo不锈钢时，粘结剂用量3～5%，脱除粘结剂温度400～650℃，烧结温度1050～1250℃。