CN104962821B

CN104962821B - 一种针式打印机轭铁座零件的加工方法

Info

Publication number: CN104962821B
Application number: CN201510275606.0A
Authority: CN
Inventors: 秦明礼; 鲁慧峰; 章林; 贾宝瑞; 丁向莹; 曲选辉
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2035-05-26
Also published as: CN104962821A

Abstract

一种针式打印机轭铁座及其加工制备方法，属于针式打印机铁芯制备技术领域。将羰基铁粉与各合金粉末混合均匀后的粉末与合适的粘结剂混合在一定的温度下混炼，制备出混合均匀、具有良好的流变性能的喂料，再采用注射成形技术制备出所需形状轭铁座的坯体。将注射坯体先采用溶剂脱脂的方法脱除部分粘结剂后，采用加热分解的方法将坯体中的粘结剂脱除完全后，在1200～1500℃的温度下烧结1～10小时，得到轭铁座产品。本发明所制备轭铁座软磁材料的密度>98％，磁感应强度B₆₀₀₀为1.6～2.0T，最大磁导率为8～25mH/m，矫顽力小于120A/m，电阻率大于20μΩ·cm，产品尺寸精度小于±0.3％。

Description

一种针式打印机轭铁座零件的加工方法

技术领域

本发明属于针式打印机轭铁座制备技术领域，特别是提供了一种针式打印机轭铁座材料以及轭铁座零件的制备方法。

背景技术

轭铁座是针式打印机上的一个关键部件，它和磁芯通常是一个整体部件，统称为轭铁座。在轭铁座上分布有数个磁芯，一般为12或24个，每个磁芯上装配有漆包线缠绕成的线圈，线圈与电路板相连，磁芯上部装有衔铁、打印针以及复位弹簧，当控制电路信号传到电路板时，控制了线圈电流的通断，通电时，由于电磁感应现象，此时会给磁芯充磁，磁芯则把衔铁吸住，打印针下行，在色带纸上进行敲击，从而在打印纸上留下击打点，通过控制不同磁芯上线圈电流的通断，来控制击打点的位置，同时配合打印头的横向运动与纸张的纵向运动，形成打印文字及图案。轭铁座和磁芯材料的磁性能以及尺寸精度决定了针头打击力量、打印清晰度及图案文字精度，通常要求轭铁座材料要具有高的磁感应强度、高的磁导率和适当的电阻率，另外，为了满足使用和装配需要，轭铁座的形状通常比较复杂，对整个轭铁座的尺寸精度以及磁芯的位置精度要求较高，采用传统的机械加工方法制备轭铁座零件，原材料浪费大，周期长，成本高，效率低。

目前打印机轭铁座使用的软磁合金有铁钴系软磁、铁硅系软磁等。铁钴系软磁合金的优点是饱和磁感应强度高(2.2～2.4T)，作为轭铁座磁芯材料使用时，产生的吸合力大，针头的打击力度大，打印效果好，但是铁钴系软磁含有价格昂贵的钴，原材料价格高，另外，铁钴系软磁脆性大，加工性能差，制造成本高。铁硅系软磁合金的优点是用价格廉价的硅替代钴，大大降低了原材料的成本，另外，添加硅增加了材料的电阻率，可降低工作时的涡流损耗，但铁硅软磁由于饱和磁感应强度相对较低(1.5～1.7T)，作为轭铁座磁芯材料使用时，针头的打击力度小，打印效果较差，另外，铁硅软磁同样存在脆性大，加工性能差，很难直接利用机械加工的方法制备出复杂形状的轭铁座零件。

粉末冶金工艺中的金属注射成形方法制备软磁产品具有近净成形的特点，可以直接制备出最终形状的产品，不需要或只需要微量后续加工，适合批量化生产，是一种节约能源和资源、低成本的制备技术，在软磁零部件的制备中得到广泛的应用。粉末冶金方法制备软磁材料的最大缺点是由于烧结产品中存在一定数量孔隙，材料致密度较低，造成材料磁性能不高。例如，金属注射成形方法制备的金属软磁材料的相对密度通常只能达到90％～95％，由于少量孔隙以及其他缺陷，使得材料难以达到高的饱和磁感、高的磁导率和低的矫顽力。粉末冶金铁钴软磁合金的饱和磁感应强度通常小于2.2T，而粉末冶金铁硅软磁合金的饱和磁感应强度通常小于1.6T。因此，如何低成本的获得高性能和高精度的打印机轭铁座零件一直是该领域的一个难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种打印机轭铁座使用的材料以及轭铁座的制备方法，可以实现轭铁座的高性能、低成本制备。所使用材料为铁含量大于95％的铁基合金，不含价格昂贵的钴，原材料成本低。采用金属粉末注射成形技术直接制备出最终形状的轭铁座，不需要后续机械加工，降低了原材料的消耗和加工成本。通过添加合适的元素、适当的添加方式以及适当的后续烧结和热处理手段，提高材料的密度、磁性能和电阻率，获得高密度和高性能的轭铁座。

本发明使用的轭铁座材料为铁基合金，同时添加磷(P)、硅(Si)、铬(Cr)、碳(C)、锰(Mn)合金元素，具体成分重量百分比为：P含量为0～2％，Si含量为0～3％，Cr含量为0～3％，C含量0～0.8％，Mn含量0～2％，其余为铁。其中，至少含有3种合金元素，所采用的铁粉原料为羰基铁粉，合金元素磷、硅、铬、锰分别以磷铁、硅铁、铬铁、锰铁的合金粉末加入。

本发明采用粉末冶金注射成形技术制备轭铁座产品。具体步骤如下：

a,将羰基铁粉与各合金粉末按照一定的配比配料，并混合均匀；

b,将混合后的粉末与粘结剂在150～170℃温度下混炼1～3小时，粉末与粘结剂体积比为50:50～62:38，制备出混合均匀、具有良好的流变性能的喂料；所用粘结剂由60％石蜡，15％高密度聚乙烯、20％聚丙烯和5％硬脂酸组成；

c,将喂料在注射成形机上采用注射成形技术制备出所需形状轭铁座的坯体，注射温度为150～175℃，注射压力为60～120MPa；

d,将注射坯体先采用溶剂脱脂的方法脱除部分粘结剂后，再采用加热分解的方法将坯体中的粘结剂脱除完全，热脱脂制度为缓慢加热至800℃；

e,将脱脂坯体在1200～1500℃的温度下烧结1～10小时，得到轭铁座产品。

本发明的优点是：1，采用粉末注射成形技术这一近净成形技术直接制备出具有复杂形状的轭铁座产品，无需后续机加工，可进一步节约资源和能源，降低成本。2，所制备轭铁座软磁材料的密度>99％，磁感应强度B₆₀₀₀为1.6～2.0T，最大磁导率为8～25mH/m，矫顽力小于120A/m，电阻率大于20μΩ·cm，产品尺寸精度小于±0.3％。3，与铁钴软磁作为轭铁座材料相比较，采用磷、硅、铬、锰等合金元素代替价格昂贵的钴制备轭铁座材料，可大大降低原料的成本。4，与铁硅软磁作为轭铁座材料相比较，所制备材料具有更高的饱和磁感应强度、高的磁导率和低的矫顽力，可大大提高打印机的敲击力度和灵敏度。

附图说明

图1为烧结样品的显微组织

图2为烧结样品的磁滞回线

具体实施方式

实施例1：

将各种原料按照98％铁、0.6％磷、0.4％硅、0.2％铬、0.2％碳、0.6％锰的成分配料，将各种原料粉末球磨3小时，将混合粉末与成分为60％石蜡、15％高密度聚乙烯、20％聚丙烯和5％硬脂酸组成的粘结剂，按粉末的体积比为58％在160℃的温度下混炼2小时，制备出粘结剂与粉末混合均匀的喂料，喂料在注射成形机上成形，成形参数为：注射温度155℃，注射压力90MPa，注射速度80％，保压时间4s，得到轭铁座成形坯。首先将成形坯在三氯乙烯中浸泡溶剂脱脂4小时，将溶剂脱脂坯烘干后，再将溶脱坯在室温～800℃的温度范围内氢气气氛中热脱脂和预烧结，脱脂和预烧结共用时12h，将脱脂坯在1380℃的温度下烧结2小时，制备出轭铁座产品。

实施例2：

将各种原料按照97％铁、1.0％磷、0.8％硅、1.2％锰铬的成分配料，将各种原料粉末球磨3小时，将混合粉末与成分为60％石蜡、15％高密度聚乙烯、20％聚丙烯和5％硬脂酸组成的粘结剂，按粉末的体积比为58％在160℃的温度下混炼2小时，制备出粘结剂与粉末混合均匀的喂料，喂料在注射成形机上成形，成形参数为：注射温度155℃，注射压力90MPa，注射速度80％，保压时间4s，得到轭铁座成形坯。首先将成形坯在三氯乙烯中浸泡溶剂脱脂4小时，将溶剂脱脂坯烘干后，再将溶脱坯在室温～800℃的温度范围内氢气气氛中热脱脂和预烧结，脱脂和预烧结共用时12h，将脱脂坯在1380℃的温度下烧结2小时，制备出轭铁座产品。

实施例3：

将各种原料按照97％铁、0.8％磷、0.8％硅、0.6％铬、0.6％锰、0.2％C碳的成分配料，将各种原料粉末球磨3小时，将混合粉末与成分为60％石蜡、15％高密度聚乙烯、20％聚丙烯和5％硬脂酸组成的粘结剂，按粉末的体积比为58％在160℃的温度下混炼2小时，制备出粘结剂与粉末混合均匀的喂料，喂料在注射成形机上成形，成形参数为：注射温度155℃，注射压力90MPa，注射速度80％，保压时间4s，得到轭铁座成形坯。首先将成形坯在三氯乙烯中浸泡溶剂脱脂4小时，将溶剂脱脂坯烘干后，再将溶脱坯在室温～800℃的温度范围内氢气气氛中热脱脂和预烧结，脱脂和预烧结共用时12h，将脱脂坯在1400℃的温度下烧结2小时，制备出轭铁座产品。

实施例4：

将各种原料按照98％铁、1.0％磷、0.4％硅、0.4％铬、0.2％碳的成分配料，将各种原料粉末球磨3小时，将混合粉末与成分为60％石蜡、15％高密度聚乙烯、20％聚丙烯和5％硬脂酸组成的粘结剂，按粉末的体积比为58％在160℃的温度下混炼2小时，制备出粘结剂与粉末混合均匀的喂料，喂料在注射成形机上成形，成形参数为：注射温度155℃，注射压力90MPa，注射速度80％，保压时间4s，得到轭铁座成形坯。首先将成形坯在三氯乙烯中浸泡溶剂脱脂4小时，将溶剂脱脂坯烘干后，再将溶脱坯在室温～800℃的温度范围内氢气气氛中热脱脂和预烧结，脱脂和预烧结共用时12h，将脱脂坯在1350℃的温度下烧结2小时，制备出轭铁座产品。

实施例5：

将各种原料按照98％铁、0.8％磷、0.8％硅、0.4％锰的成分配料，将各种原料粉末球磨3小时，将混合粉末与成分为60％石蜡、15％高密度聚乙烯、20％聚丙烯和5％硬脂酸组成的粘结剂，按粉末的体积比为58％在160℃的温度下混炼2小时，制备出粘结剂与粉末混合均匀的喂料，喂料在注射成形机上成形，成形参数为：注射温度155℃，注射压力90MPa，注射速度80％，保压时间4s，得到轭铁座成形坯。首先将成形坯在三氯乙烯中浸泡溶剂脱脂4小时，将溶剂脱脂坯烘干后，再将溶脱坯在室温～800℃的温度范围内氢气气氛中热脱脂和预烧结，脱脂和预烧结共用时12h，将脱脂坯在1380℃的温度下烧结2小时，制备出轭铁座产品。

实施例6：

将各种原料按照99％铁、0.8％磷、0.2％硅的成分配料，将各种原料粉末球磨3小时，将混合粉末与成分为60％石蜡、15％高密度聚乙烯、20％聚丙烯和5％硬脂酸组成的粘结剂，按粉末的体积比为58％在160℃的温度下混炼2小时，制备出粘结剂与粉末混合均匀的喂料，喂料在注射成形机上成形，成形参数为：注射温度155℃，注射压力90MPa，注射速度80％，保压时间4s，得到轭铁座成形坯。首先将成形坯在三氯乙烯中浸泡溶剂脱脂4小时，将溶剂脱脂坯烘干后，再将溶脱坯在室温～800℃的温度范围内氢气气氛中热脱脂和预烧结，脱脂和预烧结共用时12h，将脱脂坯在1350℃的温度下烧结2小时，制备出轭铁座产品。

Claims

1.一种针式打印机轭铁座零件的加工方法，其特征在于：

轭铁座材料为铁基合金，具体成分为：P含量为0～2wt％，Si含量为0～3wt％，Cr含量为0～3wt％，C含量0～0.8wt％，Mn含量0～2wt％，其余为铁；铁基合金中至少含有3种合金元素，所采用的铁粉原料为羰基铁粉，合金元素磷、硅、铬、锰分别以磷铁、硅铁、铬铁、锰铁的合金粉末加入；具体操作步骤如下：

e,将脱脂坯体在1200～1500℃的温度下烧结1～10小时，得到轭铁座产品；

所制备轭铁座软磁材料的致密度>99％，磁感应强度B₆₀₀₀为1.6～2.0T，最大磁导率为8～25mH/m，矫顽力小于120A/m，电阻率大于20μΩ·cm，产品尺寸精度小于±0.3％。