CN105108154B - 一种利用粉末注射成形技术制备异形复杂零件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及粉末注射成形技术领域，具体公开了一种利用粉末注射成形技术制备异形复杂零件的方法。所述方法包含混炼造粒、注射成型、脱脂及烧结步骤，其中，在注射成型步骤中制备异形复杂零件生坯及异形复杂零件对应的随形支撑零件生坯；在脱脂及烧结步骤中将异形复杂零件放在异形复杂零件对应的随形支撑零件上进行脱脂及烧结。本发明所述的方法能够很好的解决异形复杂零件在脱脂、烧结过程中变形塌陷、甚至断裂现象，有效的解决了异形复杂零件传统方法不能烧结难题,扩展了粉末注射成形领域的复杂性。
Description
技术领域
本发明涉及粉末注射成形技术领域，具体涉及一种利用粉末注射成形技术制备异形复杂零件的方法。
背景技术
粉末注射成形技术结合了粉末冶金与塑料注射成形两大技术的优点，突破了传统金属粉末模压成形工艺在产品形状上的限制，同时利用了塑料注射成形技术能大批量、高效率成形具有复杂形状的零件的特点，成为现代制造高质量精密零件的一项近净成形技术，具有常规粉末冶金、机加工和精密铸造等加工方法无法比拟的优势，其能像生产塑料制品一样，一次成形生产形状复杂的金属、陶瓷零部件，目前在国防、通信、机械、汽车、医疗等行业得到广泛应用。
该工艺采用金属、陶瓷或预合金粉末、以及粘结剂按照一定比例混合，通过混炼、造粒制成喂料，然后经过脱脂、烧结制成产品。由于在脱脂、烧结过程中会脱出部分及全部粘结剂，导致脱脂胚强度较差，进而导致零件变形塌陷、甚至断裂。目前利用该工艺制造悬臂零件，一般采用在最终烧结尺寸部位垫相应厚度的支撑板，或者通过在零件上添加肋板等进行加强。而针对异形复杂零件通过以上方法则不能实现。因此，防止异形复杂零件在脱脂、烧结过程中防变形塌陷、甚至断裂，是使用粉末注射成形技术制备异形复杂零件需要克服的技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，为了克服利用粉末注射成形技术制备异形复杂零件在脱脂、烧结过程中零件变形塌陷、甚至断裂的缺陷，提供一种利用粉末注射成形技术制备异形复杂零件的方法。
本发明所要解决的上述技术问题通过一下技术方案予以实现：
一种利用粉末注射成形技术制备异形复杂零件的方法，包含混炼造粒、注射成型、脱脂及烧结步骤，其中，在注射成型步骤中制备异形复杂零件生坯及异形复杂零件对应的随形支撑零件生坯；在脱脂及烧结步骤中将异形复杂零件放在异形复杂零件对应的随形支撑零件上进行脱脂及烧结。
本发明通过随形支撑零件的引入，可以保证随形支撑零件和异形复杂零件有相同的收缩比，可以在脱脂、烧结过程同步收缩，而不产生翘曲变形，可以有效解决异形复杂零件的在脱脂、烧结过程中容易变形塌陷、甚至断裂的难题。
所述的方法，具体包含如下步骤：
S1. 混炼造粒：将金属、陶瓷或预合金粉末以及粘结剂混合后混炼均匀，再通过造粒机造成喂料；
S2. 注射成型：将喂料加热，然后通过注射机将喂料注射到异形复杂零件模具及异形复杂零件对应的随形支撑零件模具中，待喂料凝固后取出异形复杂零件生坯及异形复杂零件对应的随形支撑零件生坯；
S3. 脱脂、烧结：将异形复杂零件生坯及异形复杂零件对应的随形支撑零件生坯同时进行脱脂、烧结，脱脂烧结后即得最终制品。
优选地，步骤S3.所述的脱脂、烧结，所述的脱脂为溶剂脱脂+热脱脂或催化脱脂两种方式，脱脂后的产品最后再进行烧结；在热脱脂或催化脱脂及后续的烧结过程中将异形复杂零件放在异形复杂零件对应的随形支撑零件上。
更优选地，粘结剂选用蜡基粘结剂制成的零件生坯，首先进行溶剂脱脂，然后进行热脱脂，最后再进行烧结；在热脱脂及烧结过程中将异形复杂零件放在异形复杂零件对应的随形支撑零件上。
更优选地，粘结剂选用塑基粘结剂制成的零件生坯，首先进行催化脱脂，然后再进行烧结；在催化脱脂及烧结过程中将异形复杂零件放在异形复杂零件对应的随形支撑零件上。
最优选地，所述的蜡基粘结剂选自：石蜡、聚乙烯和硬脂酸等的组合。
最优选地，所述的塑基粘结剂选自：聚甲醛、聚乙烯、石蜡和硬脂酸等的组合。
优选地，在热脱脂步骤进行前，将陶瓷粉末喷在随形支撑零件生坯上，然后把异形复杂零件生坯放置在随形支撑零件生坯上面。
在随形支撑零件生坯的与异形复杂零件生坯的接触面喷一层陶瓷粉末，可以有效避免随形支撑零件生坯和异形复杂零件生坯在脱脂和烧结过程中粘合。
更优选地，所述的陶瓷粉末的厚度为0.1-100μm。
更优选地，所述的陶瓷粉末为Y2O3,BN,Al2O3或ZrO2。
优选地，所述的异形复杂零件是指：具有三维结构、没有固定曲率半径的复杂零件。
优选地，所述的随形支撑零件是指：与异形复杂零件接触面具有一致曲率的支撑零件。
有益效果：本发明方法在粉末注射成形技术中首次引入随形支撑零件，能够很好的解决异形复杂零件在脱脂、烧结过程中变形塌陷、甚至断裂现象，解决了异形复杂零件不能烧结的难题；此外，使用该方法能够获得外观更复杂、质量更优、精度更高的粉末注射成形异形复杂制品，大大扩展粉末注射成形产品的复杂性。
附图说明
图1为本发明方法工艺路线图。
图2为本发明方法在脱脂、烧结步骤过程中的示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
本发明实施例中产品密度的测试方法参见：Metal Powder IndustriesFederation(MPIF)Standard 42。
本发明实施例中拉伸强度的测试方法参见：Metal Powder Industries
Federation(MPIF)Standard 50。
本发明实施例中延伸率的测试方法参见：Metal Powder Industries Federation(MPIF)Standard 59。
实施例1 Cp-Ti异形复杂零件的制备
S1. 混炼造粒：将体积分数为55%Cp-Ti粉末、与体积分数45%粘结剂（粘结剂质量比为石蜡：聚乙烯：硬脂酸=36:60:4）于混炼机内160℃共混2h；再通过造粒机造成粒状喂料；
S2. 注射成型：将混炼得到的喂料经注射机分别注入异形复杂零件及随形支撑零件模具中，注射温度160℃，注射压力110MPa，注射模具温度80℃，得到异形复杂零件生坯及随形支撑零件生坯；
S3. 脱脂烧结：将异形复杂零件生坯及随形支撑零件生坯采用溶剂脱脂法和热脱脂法结合脱脂，先在60℃下采用正己烷溶液脱脂24h，然后在随形支撑零件生坯上将其与异形复杂零件生坯的接触面喷一层1μm的Y2O3，再将异形复杂零件生坯放置到随形支撑零件生坯上进行热脱脂、烧结，热脱脂与烧结采用真空脱脂烧结一体炉；真空炉中的烧结条件为：调节真空度为10-3Pa，首先将温度以2℃/min的速度逐渐上升到350℃，保持0.5h, 然后再将温度以2℃/min的速度逐渐上升到520℃，保持1h,最后将温度以5℃/min的速度上升到1250℃，保持3h后降温，得到最终制品，密度约95%,拉伸强度550MPa，延伸率为10%。
实施例2 Cp-Ti异形复杂零件的制备
S1. 混炼造粒：将体积分数为55%Cp-Ti粉末、与体积分数45%粘结剂（粘结剂质量比为石蜡：聚乙烯：硬脂酸=36:60:4）于混炼机内160℃共混2h；再通过造粒机造成粒状喂料；
S2. 注射成型：将混炼得到的喂料经注射机分别注入异形复杂零件及随形支撑零件模具中，注射温度160℃，注射压力110MPa，注射模具温度80℃，得到异形复杂零件生坯及随形支撑零件生坯；
S3. 脱脂烧结：将异形复杂零件生坯及随形支撑零件生坯采用溶剂脱脂法和热脱脂法结合脱脂，先在50℃下采用正己烷溶液脱脂24h，然后在随形支撑零件生坯上将其与异形复杂零件生坯的接触面喷一层0.1μm的BN陶瓷粉末，再将异形复杂零件生坯放置到随形支撑零件生坯上进行热脱脂、烧结，热脱脂与烧结采用真空脱脂烧结一体炉；真空炉中的烧结条件为：调节真空度为10-3Pa，首先将温度以2℃/min的速度逐渐上升到350℃，保持0.5h,然后再将温度以2℃/min的速度逐渐上升到520℃，保持1h,最后将温度以5℃/min的速度上升到1250℃，保持3h后降温，得到最终制品，密度约95%,拉伸强度545MPa，延伸率为8%。
实施例3 316不锈钢异形复杂零件注射成形
S1. 混炼造粒：将体积分数为62% 316不锈钢粉末、与体积分数38%粘结剂（粘结剂质量比为聚甲醛：聚乙烯：石蜡：硬脂酸=75:10:10:5）于混炼机内190℃共混2h；再通过造粒机造成粒状喂料；
S2. 注射成型：将混炼得到的喂料经注射机分别注入异形复杂零件及随形支撑零件模具中，注射温度190℃，注射压力160MPa，注射模具温度120℃，得到异形复杂零件生坯及随形支撑零件生坯；
S3. 脱脂烧结：在随形支撑零件生坯上将其与异形复杂零件生坯的接触面喷一层2μm的Al2O3粉末，再将异形复杂零件生坯放置到随形支撑零件生坯上进行催化脱脂、烧结，烧结温度以5℃/min的速度上升到520℃，保持1h,最后将温度以5℃/min的速度上升到1350℃，保持3h后降温，得到最终制品，密度约98%,拉伸强度大于450MPa，延伸率大于50%。
实施例4 316不锈钢异形复杂零件注射成形
S1. 混炼造粒：将体积分数为62% 316不锈钢粉末、与体积分数38%粘结剂（粘结剂质量比为聚甲醛：聚乙烯：石蜡：硬脂酸=75:10:10:5）于混炼机内190℃共混2h；再通过造粒机造成粒状喂料；
S2. 注射成型：将混炼得到的喂料经注射机分别注入异形复杂零件及随形支撑零件模具中，注射温度190℃，注射压力160MPa，注射模具温度120℃，得到异形复杂零件生坯及随形支撑零件生坯；
S3. 脱脂烧结：在随形支撑零件生坯上将其与异形复杂零件生坯的接触面喷一层0.5μm的ZrO2粉末，再将异形复杂零件生坯放置到随形支撑零件生坯上进行催化脱脂、烧结，烧结温度以5℃/min的速度上升到520℃，保持1h,最后将温度以5℃/min的速度上升到1350℃，保持3h后降温，得到最终制品，密度约97%,拉伸强度大于450MPa，延伸率大于45%。
Claims (6)
1.一种利用粉末注射成形技术制备异形复杂零件的方法，其特征在于，包含如下步骤：
S1. 混炼造粒：将金属、陶瓷或预合金粉末以及粘结剂混合后混炼均匀，再通过造粒机造成喂料；
S2. 注射成型：将喂料加热，然后通过注射机将喂料注射到异形复杂零件模具及异形复杂零件对应的随形支撑零件模具中，待喂料凝固后取出异形复杂零件生坯及异形复杂零件对应的随形支撑零件生坯；
S3. 脱脂、烧结：将异形复杂零件生坯及异形复杂零件对应的随形支撑零件生坯同时进行脱脂、烧结，脱脂烧结后即得最终制品；
步骤S3. 所述的脱脂、烧结，所述的脱脂为溶剂脱脂+热脱脂或催化脱脂两种方式，脱脂后的产品最后再进行烧结；在热脱脂或催化脱脂及后续的烧结过程中将异形复杂零件放在异形复杂零件对应的随形支撑零件上；
在热脱脂或催化脱脂步骤进行前，将陶瓷粉末喷在随形支撑零件生坯上，然后把异形复杂零件生坯放置在随形支撑零件生坯上面；所述的陶瓷粉末的厚度为0.1-100μm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，粘结剂选用蜡基粘结剂制成的零件生坯，首先进行溶剂脱脂，然后进行热脱脂，最后再进行烧结；在热脱脂及烧结过程中将异形复杂零件生坯放在异形复杂零件对应的随形支撑零件生坯上。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，粘结剂选用塑基粘结剂制成的零件生坯，首先进行催化脱脂，然后再进行烧结；在催化脱脂及烧结过程中将异形复杂零件生坯放在异形复杂零件对应的随形支撑零件生坯上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的陶瓷粉末为Y2O3，BN，Al2O3或ZrO2。
5.权利要求1~4任一项所述的方法，其特征在于，所述的异形复杂零件是指具有三维结构、没有固定曲率半径的复杂零件。
6.权利要求1~4任一项所述的方法，其特征在于，所述的随形支撑零件是指与异形复杂零件接触面具有一致曲率的支撑零件。
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