CN103350229B - 一种金属零部件的凝胶超声震荡成形方法 - Google Patents
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Abstract
一种金属零部件的凝胶超声震荡成形方法,属于粉末冶金生产工艺中金属零部件制备领域。本发明将金属粉末悬浮于一定浓度的溶有引发剂的甲基丙烯酸羟乙酯与甲苯的预混液中，获得高浓度悬浮浆料，将浆料倒入模具内进行超声震荡。通过调节浆料中催化剂的加入量来控制固化时间，以让固化反应在一定时间后的震荡过程中完成。通过加入适量高分子增塑剂，控制浆料粘度，解决了由于震荡而引起的密度不均匀和成分偏析的问题。本发明技术能弥补普通凝胶注模成形制品气孔率高、强度低的缺点，大幅提高普通凝胶注模的固含量，能够制备出高密度、高强度的金属制品，尤其适合制备难以加工的硬质合金、高熔点合金等金属零部件。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属粉末成形技术，属于粉末冶金生产工艺中金属零部件制备领域，特别是提供了一种低成本高可靠性的零件近净成形制备技术。
技术背景
凝胶注模成形技术最初是人们为了解决复杂形状零部件的近净尺寸成形问题而提出的，该成形方法具有设备简单、易成形复杂形状零件、使用性很强及易于排胶等突出优点，从而受到国内外学术界和工业界的极大重视。
凝胶注模成形属于浆料成形，存在气孔率较高、坯体强度偏低等缺陷，目前主要用离心的方法加以改善。现检索出专利号为CN201010541941.8提供了一种离心浇注纤维增强复合材料顶管的方法，其是用离心浇注的方法成形顶管，但是对模具及设备的要求较高，因此有必要开发适于产业化的低成本工艺。
发明内容
本发明目的在于提供一种金属粉末的近净成形技术，将凝胶注模技术在原有基础之上进行了改进，通过超声震荡的方法进行浆料成形。超声震荡过程可以将浆料中的气泡排出，降低零件坯体的孔隙度，而且可以提高表面精度。另外，震荡可以使金属粉末重新紧密排列，达到紧密堆积的效果，从而提高了固含量，减小了收缩变形。利用超声震荡成形技术高质量、低成本地制备高强度、高致密度、低孔隙率的金属零部件。
该技术首先是将金属粉末混入预混液中，制成一定固含量的悬浮浆料，依次加入分散剂和增塑剂，在粘度和流动性之间取得最优值，使浆料既易于流动又有合适的粘度，防止偏析和密度不均匀。将浆料注入超声震荡模具进行震荡处理，通过调节震荡频率及催化剂和引发剂加入量控制固化时间。固化成形后取出坯体进行干燥，即得到具有一定强度的零部件坯体。
具体技术工艺如下：
1、将甲苯与甲基丙烯酸羟乙酯按照体积比3:1～1:4配制成预混液，加入预混液质量的0.01%～1%的引发剂过氧化苯甲酰；
2、将1μm～50μm的金属粉末与预混液按照体积比1～10配制成浆料，按照预混液体积的0.01%～1%加入油酸，按照预混液体积的0.01%～0.5%加入聚乙二醇-400，配制成稳定的浆料。
3、按照预混液体积的0.01%～1%加入催化剂二甲基苯胺，搅拌后注入模具内，以20～60KHz的功率，连续震荡5～30分钟。
4、震荡结束后固化成形结束，坯体具有一定强度和硬度，取出坯体，放入70～100℃的电热鼓风干燥箱中干燥1～5小时，得到金属坯体。
本发明提出了凝胶超声震荡成形技术，与传统凝胶注模相比，其优点在于：
1、与传统凝胶注模相比，该技术可以消除浆料中的气泡，减少坯体缺陷；
2、该技术通过超声波震荡可以使粉末排列更加紧密，提高堆积密度，从而提高固含量。
具体实施方式
实施实例1：凝胶超声震荡成形钛制品。
1、将90ml甲基丙烯酸羟乙酯和270ml甲苯混合，加入0.03g过氧化苯甲酰；
2、将平均粒度为5μm的氢化钛粉末加入到预混液中，再加入3.6ml油酸和3.6ml聚乙二醇-400，搅拌均匀，获得稳定的浆料；
3、加入3.6ml二甲基苯胺，快速搅拌均匀后注入超声震荡模具内，以20KHz频率连续震荡5分钟；
4、震荡结束后从模具中取出坯体，在70℃的电热鼓风干燥箱中干燥1小时，最终得到的坯体无孔隙缺陷，固含量为54vol.%。
实施实例2：凝胶超声震荡成形不锈钢制品。
1、将158ml甲基丙烯酸羟乙酯和40ml甲苯混合，加入1.7g过氧化苯甲酰；
2、将平均粒度为20μm的不锈钢粉末加入到预混液中，再加入1.98ml油酸和0.99ml聚乙二醇-400，搅拌均匀，获得稳定的浆料；
3、加入1.98ml二甲基苯胺，快速搅拌均匀后注入超声震荡模具内，以25KHz频率连续震荡30分钟；
4、震荡结束后从模具中取出坯体，在100℃的电热鼓风干燥箱中干燥5小时，最终得到的坯体无孔隙缺陷，固含量为55vol.%。
实施实例3：凝胶超声震荡成形YG8硬质合金制品。
1、将120ml甲基丙烯酸羟乙酯和120ml甲苯混合，加入0.17g过氧化苯甲酰；
2、将平均粒度为3.4μm的YG8硬质合金粉末加入到预混液中，再加入0.168ml油酸和0.108ml聚乙二醇-400，搅拌均匀，获得稳定的浆料；
3、加入0.168ml二甲基苯胺，快速搅拌均匀后注入超声震荡模具内，以40KHz频率连续震荡15分钟；
4、震荡结束后从模具中取出坯体，在80℃的电热鼓风干燥箱中干燥3小时，最终得到的坯体无孔隙缺陷，固含量为57vol.%。
实例4：凝胶超声震荡成形铜制品
1、将140ml甲基丙烯酸羟乙酯和70ml甲苯混合，加入0.07g过氧化苯甲酰；
2、将平均粒度为10μm的铜粉加入到预混液中，再加入0.062ml油酸和0.03ml聚乙二醇-400，搅拌均匀，获得稳定的浆料；
3、加入0.062ml二甲基苯胺，快速搅拌均匀后注入超声震荡模具内，以60KHz频率连续震荡25分钟；
4、震荡结束后从模具中取出坯体，在90℃的电热鼓风干燥箱中干燥4小时，最终得到的坯体无孔隙缺陷，固含量为59vol.%。
Claims (1)
1.一种金属零部件的凝胶超声震荡成形方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)将90ml甲基丙烯酸羟乙酯和270ml甲苯混合，加入0.03g过氧化苯甲酰；
2)将平均粒度为5μm的氢化钛粉末加入到预混液中，再加入3.6ml油酸和3.6ml聚乙二醇-400，搅拌均匀，获得稳定的浆料；
3)加入3.6ml二甲基苯胺，快速搅拌均匀后注入超声震荡模具内，以20KHz频率连续震荡5分钟；
4)震荡结束后从模具中取出坯体，在70℃的电热鼓风干燥箱中干燥1小时，最终得到的坯体无孔隙缺陷，固含量为54vol.％，成形钛制品。
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