CN102688988A

CN102688988A - 一种复杂微构件的微熔模精铸成形方法

Info

Publication number: CN102688988A
Application number: CN2012102009618A
Authority: CN
Inventors: 任明星; 李邦盛
Original assignee: Harbin Institute of Technology
Current assignee: Harbin Institute of Technology
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2012-09-26

Abstract

一种复杂微构件的微熔模精铸成形方法，涉及一种微熔模精铸成形方法。本发明提供一种复杂微构件的微熔模精铸成形方法，目的是获得形状完整，表面质量高的金属复杂微构件。方法：一、利用微注塑工艺制备塑料微模型；二、将石膏浆料浇入装有塑料微模型的钢套中，形成石膏铸型；三、将石膏铸型取出，烧结，冷却至室温；四、将烧结后的石膏铸型镶嵌到石墨模套内，并将石墨模套安装到离心机上；五、把熔化的合金注入带有石膏铸型的石墨模套内，离心铸造；六、待石膏铸型冷却到室温，取出石膏铸型，去掉表面的石膏，清洗，干燥，即获得金属微构件。本发明方法无需后续加工，可一次近终成形，微构件成形完整，表面质量优异。用于金属微构件成形领域。

Description

一种复杂微构件的微熔模精铸成形方法

技术领域

本发明涉及一种微熔模精铸成形方法。

背景技术

随着MEMS产品应用范围的不断扩展，具有更优异使用性能的金属微构件备受重视。目前，微细电火花技术、超精密加工技术以及LIGA技术可以制备金属微构件，但存在着生产效率低，工艺复杂，设备昂贵，可加工材料种类少等不足。微熔模精密铸造成形方法是在传统熔模铸造工艺的基础上发展而来，可高效、近终成形具有复杂微结构的多种金属材料微构件。

传统熔模铸造工艺多采用蜡膜制作构件模型，铸型材料使用石英或刚玉等耐火材料(磷酸基或硅酸基粘结剂)，熔融金属重力浇注或真空浇注成形。但由于微构件尺寸在微米尺度，蜡模的强度过低，同时普通型壳材料的表面粗糙度较高，影响微构件的成形完整性与表面质量，此外由于表面效应的影响，重力浇注也很难使微构件成形。

发明内容

本发明提供一种复杂微构件的微熔模精铸成形方法，目的是获得形状完整，表面质量高的金属复杂微构件。

本发明复杂微构件的微熔模精铸成形方法，按以下步骤进行：一、利用微注塑工艺制备塑料微模型；二、将粒度小于200目的α或β半水硬石膏和去离子水按1∶36～42的质量比混合，得混合物，然后向混合物中加入石膏缓凝剂，搅拌10～20s，然后在真空条件下搅拌15～40s，得到石膏浆料，将石膏浆料在真空状态下浇入装有塑料微模型的钢套中，包埋塑料微模型，形成石膏铸型；三、待石膏铸型干燥后，将石膏铸型从钢套中取出，放入电阻炉中烧结，烧结过程中升温速度为3K/min，先加热到200℃保温1h，然后接着加热到600℃，并保温1h，烧结结束后石膏铸型随炉冷却至室温；四、将步骤三烧结后的石膏铸型镶嵌到石墨模套内，并将石墨模套安装到离心机上；五、将合金放入陶瓷坩埚，加热至合金的熔点以上30～50℃，并保温30～60min，使合金熔化，对石膏铸型进行预热，预热温度为合金熔点之下100℃至合金熔点之上100℃，然后启动离心机，使离心转速达到500～2500rpm，然后立即把熔化的合金注入带有石膏铸型的石墨模套内，保持30s，然后关停离心机；六、待石膏铸型冷却到室温，打开石墨模套，取出石膏铸型，去掉表面的石膏，然后用丙酮清洗，干燥，即获得金属微构件；其中步骤二中石膏缓凝剂为混合物质量的0.05％；步骤五中所述合金为锌合金、铝合金、铜合金、金合金、银合金、锡合金或镁合金。

本发明在现有的金属微构件微细加工体系之外，提出了金属微构件制备技术，并能够成形现有工艺无法实现的复杂三维结构(如内孔结构)，一次近终成形，无需后续加工，微构件成形完整，表面质量优异，是目前最适合成形具有三维复杂结构的金属微构件的微细成形方法。

本发明在制备石膏浆料时加入了石膏缓凝剂，可有效延长石膏铸型的初凝时间，提高到20min左右，能够延长超声注入的时间，更加有效的细化铸型组织，组织尺寸降低至5～15μm，并且可以降低铸型的表面粗糙度，从而保证铸件尺寸精度，提高铸件的耐腐蚀性和耐磨性以及加工性能等。

附图说明

图1为具体实施方式七中步骤一制备的塑料微模型实物图；图2为具体实施方式七中获得的金属微圆丝构件图。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：本实施方式复杂微构件的微熔模精铸成形方法，按以下步骤进行：一、利用微注塑工艺制备塑料微模型；二、将粒度小于200目的α或β半水硬石膏和去离子水按1∶36～42的质量比混合，得混合物，然后向混合物中加入石膏缓凝剂，搅拌10～20s，然后在真空条件下搅拌15～40s，得到石膏浆料，将石膏浆料在真空状态下浇入装有塑料微模型的钢套中，包埋塑料微模型，形成石膏铸型；三、待石膏铸型干燥后，将石膏铸型从钢套中取出，放入电阻炉中烧结，烧结过程中升温速度为3K/min，先加热到200℃保温1h，然后接着加热到600℃，并保温1h，烧结结束后石膏铸型随炉冷却至室温；四、将步骤三烧结后的石膏铸型镶嵌到石墨模套内，并将石墨模套安装到离心机上；五、将合金放入陶瓷坩埚，加热至合金的熔点以上30～50℃，并保温30～60min，使合金熔化，对石膏铸型进行预热，预热温度为合金熔点之下100℃至合金熔点之上100℃，然后启动离心机，使离心转速达到500～2500rpm，然后立即把熔化的合金注入带有石膏铸型的石墨模套内，保持30s，然后关停离心机；六、待石膏铸型冷却到室温，打开石墨模套，取出石膏铸型，去掉表面的石膏，然后用丙酮清洗，干燥，即获得金属微构件；其中步骤二中石膏缓凝剂为混合物质量的0.05％；步骤五中所述合金为锌合金、铝合金、铜合金、金合金、银合金、锡合金或镁合金。

步骤二中石膏缓凝剂为购买得到。

本实施方式在现有的金属微构件微细加工体系之外，提出了金属微构件制备技术，并能够成形现有工艺无法实现的复杂三维结构(如内孔结构)，一次近终成形，无需后续加工，微构件成形完整，表面质量优异，是目前最适合成形具有三维复杂结构的金属微构件的微细成形方法。

本实施方式在制备石膏浆料时加入了石膏缓凝剂，可有效延长石膏铸型的初凝时间，提高到20min左右，能够延长超声注入的时间，更加有效的细化铸型组织，组织尺寸降低至5～15μm，并且可以降低铸型的表面粗糙度，从而保证铸件尺寸精度，提高铸件的耐腐蚀性和耐磨性以及加工性能等。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中将粒度小于200目的α或β半水硬石膏和去离子水按1∶40的质量比混合。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤五中将合金放入陶瓷坩埚，加热至合金的熔点以上40℃。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤五中保温40～50min。其它与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤五中使离心转速达到1000～2000rpm。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：步骤五中使离心转速达到1500rpm。其它与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式七：以长20mm，直径分别为100μm、200μm、300μm和400μm的微圆丝为例，说明本实施方式复杂微构件的微熔模精铸成形方法，步骤如下：一、利用微注塑工艺制备塑料微模型；二、将粒度小于200目的α半水硬石膏和去离子水按1∶40的质量比混合，得混合物，然后向混合物中加入石膏缓凝剂，搅拌15s，然后在真空条件下搅拌30s，得到石膏浆料，将石膏浆料在真空状态下浇入装有塑料微模型的钢套中，包埋塑料微模型，形成石膏铸型；三、待石膏铸型干燥后，将石膏铸型从钢套中取出，放入电阻炉中烧结，烧结过程中升温速度为3K/min，先加热到200℃保温1h，然后接着加热到600℃，并保温1h，烧结结束后石膏铸型随炉冷却至室温；四、将步骤三烧结后的石膏铸型镶嵌到石墨模套内，并将石墨模套安装到离心机上；五、将Zn-4％Al合金放入陶瓷坩埚，加热至440℃，并保温30min，使Zn-4％Al合金熔化，对石膏铸型进行预热，预热温度为270℃，然后启动离心机，使离心转速达到1500rpm，然后立即把熔化的Zn-4％Al合金注入带有石膏铸型的石墨模套内，保持30s，然后关停离心机；六、待铸型冷却到室温，打开石墨模套，取出石膏铸型，去掉表面的石膏，然后用丙酮清洗，干燥，即获得金属微圆丝构件；其中步骤二中石膏缓凝剂为混合物质量的0.05％。

本实施方式步骤一制备的塑料微模型实物如图1所示。本实施方式获得的金属微圆丝构件如图2所示。

本实施方式方法无需后续加工，可一次近终成形，微构件成形完整，表面质量优异，是目前最适合成形具有三维复杂结构的金属微构件的微细成形方法。

Claims

1.一种复杂微构件的微熔模精铸成形方法，其特征在于复杂微构件的微熔模精铸成形方法，按以下步骤进行：一、利用微注塑工艺制备塑料微模型；二、将粒度小于200目的α或β半水硬石膏和去离子水按1∶36～42的质量比混合，得混合物，然后向混合物中加入石膏缓凝剂，搅拌10～20s，然后在真空条件下搅拌15～40s，得到石膏浆料，将石膏浆料在真空状态下浇入装有塑料微模型的钢套中，包埋塑料微模型，形成石膏铸型；三、待石膏铸型干燥后，将石膏铸型从钢套中取出，放入电阻炉中烧结，烧结过程中升温速度为3K/min，先加热到200℃保温1h，然后接着加热到600℃，并保温1h，烧结结束后石膏铸型随炉冷却至室温；四、将步骤三烧结后的石膏铸型镶嵌到石墨模套内，并将石墨模套安装到离心机上；五、将合金放入陶瓷坩埚，加热至合金的熔点以上30～50℃，并保温30～60min，使合金熔化，对石膏铸型进行预热，预热温度为合金熔点之下100℃至合金熔点之上100℃，然后启动离心机，使离心转速达到500～2500rpm，然后立即把熔化的合金注入带有石膏铸型的石墨模套内，保持30s，然后关停离心机；六、待石膏铸型冷却到室温，打开石墨模套，取出石膏铸型，去掉表面的石膏，然后用丙酮清洗，干燥，即获得金属微构件；其中步骤二中石膏缓凝剂为混合物质量的0.05％；步骤五中所述合金为锌合金、铝合金、铜合金、金合金、银合金、锡合金或镁合金。

2.根据权利要求1所述的一种复杂微构件的微熔模精铸成形方法，其特征在于步骤二中将粒度小于200目的α或β半水硬石膏和去离子水按1∶40的质量比混合。

3.根据权利要求1或2所述的一种复杂微构件的微熔模精铸成形方法，其特征在于步骤五中将合金放入陶瓷坩埚，加热至合金的熔点以上40℃。

4.根据权利要求3所述的一种复杂微构件的微熔模精铸成形方法，其特征在于步骤五中保温40～50min。

5.根据权利要求4所述的一种复杂微构件的微熔模精铸成形方法，其特征在于步骤五中使离心转速达到1000～2000rpm。

6.根据权利要求4所述的一种复杂微构件的微熔模精铸成形方法，其特征在于步骤五中使离心转速达到1500rpm。