CN105618765A - 一种mim注塑坯与金属制品的共同烧结成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MIM注塑坯与金属制品的共同烧结成型工艺，包括制备MIM注塑坯、选择金属制品、组装、催化脱脂、烧结和出炉，其中催化脱脂包括初冲洗、催化、次冲洗和后冲洗工序，烧结包括负压脱脂、真空烧结、分压烧结和强冷。采用上述的成型工艺不仅技术先进，流程简单易控制、可直接使用现有的脱脂烧结设备，给生产带来了很大的便利，省工省料，大幅的提高的生产效率，而且制得的成品外观无任何异样和缺陷，其美观大方、质量稳定，组织结构致密均匀、结合力强、冲击韧性高、不易产生裂纹，具有力学承载能力强和持久稳定性好的优点，具有较好的经济效益和良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明金属注射成形技术领域，具体涉及一种MIM注塑坯与金属制品的共同烧结成型工艺。
背景技术
MIM工艺即为金属注射成形工艺,是一种将金属粉末与其粘结剂的增塑混合料注射于模型中的成形方法，其工艺步骤是选取符合要求的金属粉末和粘结剂，然后在一定温度下用适当的方法将粉末和粘结剂混合成均匀的喂料，经制粒后再通过模具注射注塑成半成品，再经过催化脱脂、高温烧结成为致密化的MIM注塑坯。采用上述方法制得的MIM注塑坯具有内部组织均匀、致密度高、产品表面光洁度好、尺寸精度高、产品质量稳定的优点。但是，制得的MIM注塑坯仅仅只是单一的零部件，还需要与其他的零件连接组装后才能制成完整的成品，然而，在进行MIM与金属制品的连接组装时，不可避免的会采用锡焊、激光焊、电阻焊等各种焊接连接方式使其固定连接，上述的焊接连接方式不仅会使焊接的部位存留焊疤，而且在金属高温融化时会产生焊渣飞溅，容易飞溅到焊点的周围，严重影产品的美观和外观质量，同时，采用该焊接方式还存在焊接的强度低，焊接的工艺成本高，焊接稳定性差的特点，制得的产品投入市场后销售率较低。因此，研制开发一种技术先进、工艺简单、容易操作、工作效率高、省工省料、成品质量稳定、美观大方、适用范围广的MIM注塑坯与金属制品的共同烧结成型工艺是客观需要的。
发明内容
为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种技术先进、工艺简单、容易操作、工作效率高、省工省料、成品质量稳定、美观大方、适用范围广的MIM注塑坯与金属制品的共同烧结成型工艺。
本发明的目的是这样实现的，一种MIM注塑坯与金属制品的共同烧结成型工艺，包括以下步骤：
①制备MIM注塑坯:采用通用工艺参数将粉末与粘结剂混炼和造粒,或者直接采用商业的粉末喂料,用粉末注射成型机进行注射成形,从模具中取出即可得到MIM注塑坯；
②选择金属制品:选择的金属制品的熔点温度要大于MIM注塑坯烧结的最高温度；
③组装:将步骤①中制得的MIM注塑坯与步骤②中的金属制品进行组装,组装时需要保证MIM注塑坯和金属制品之间能够进直接组装,无需使用其他布置辅具；
④催化脱脂：包括初冲洗、催化、次冲洗和后冲洗工序，其中
a初冲洗：先将步骤③中组装后的MIM注塑坯与金属制品组件放入催化脱脂炉内,关闭炉门，然后对炉内进行加热，加热至110～130℃时往炉腔内通入氮气，通入氮气的流量为30～50L/min，并保持110～130℃的温度对其冲洗50～80min；
b催化：继续以30～50L/min的流量向炉内通入氮气，同时通过计量泵向炉内通入硝酸，通入硝酸的流量不大于2.5mL/min，并保持110～130℃的温度对其催化反应30～40min；
c次冲洗：催化后停止向炉内注入硝酸，保持氮气流量在35～50L/min、温度在110～130℃条件下对其冲洗50～60min；
d后冲洗：次冲洗后停止向炉内加热，保持氮气流量在35～50L/min的条件下对其冲洗20～30min，待炉内温度冷却至室温后打开炉门，取出MIM注塑坯与金属制品组件；
⑤烧结：包括负压脱脂、真空烧结、分压烧结和强冷，其中：
a负压脱脂：将步骤④中催化脱脂后的MIM注塑坯与金属制品组件放入烧结炉中，关闭炉门，然后向炉腔内通入氮气，氮气的流量为30～40L/min，通入氮气的同时启动加热设备，按3～5℃/min的加热速度升温至600～650℃，然后保持600～650℃的炉温脱脂2～3h；
b真空烧结：负压脱脂结束后，停止向炉内通入氮气，继续按3～5℃/min的加热速度对炉内进行加热，加热至1000～1100℃时，在真空度小于20KPa的条件下烧结0.5～1h；
c分压烧结：真空烧结后向炉内通入氩气，先通入氩气的流量为10～20L/min，然后按2.5～3.5℃/min的加热速度继续对炉内进行加热，加热至1350～1400℃时，在20～30Kpa的条件下烧结3～3.5h；
d强冷：分压烧结后继续向炉内通入流量为10～20L/min氩气，然后按12～13℃/min的速度对炉内进行降温冷却，冷却至500～600℃时再按10℃/min的速速降至室温即可；
⑥出炉：打开烧结炉，即可取出MIM注塑坯与金属制品相互融为一体的产品。
采用上述的成型工艺，完全避免了零件组装连接时强度低、焊接质量差、留有焊疤的缺陷，其原理是将MIM注塑坯与金属原件采用脱脂烧结的方法，在高温条件下两者接触部位的金属原子相互扩散，使其连接的部位互溶连为一体，采用上述的成型工艺不仅技术先进，流程简单易控制、可直接使用现有的脱脂烧结设备，给生产带来了很大的便利，省工省料，大幅的提高的生产效率，而且制得的成品外观无任何异样和缺陷，其美观大方、质量稳定，组织结构致密均匀、结合力强、冲击韧性高、不易产生裂纹，具有力学承载能力强和持久稳定性好的优点，为批量生产小型、精密、异性复杂零部件的组装和连接节约了大量的时间和成本，具有较好的经济效益和良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均实施例属于本发明的保护范围。
实施例1：
MIM注塑坯与金属制品的共同烧结成型工艺，包括以下步骤：
①制备MIM注塑坯:采用通用工艺参数将粉末与粘结剂混炼和造粒,或者直接采用商业的粉末喂料,用粉末注射成型机进行注射成形,从模具中取出即可得到MIM注塑坯；
②选择金属制品:选择的金属制品的熔点温度要大于MIM注塑坯烧结的最高温度；
③组装:将步骤①中制得的MIM注塑坯与步骤②中的金属制品进行组装,组装时需要保证MIM注塑坯和金属制品之间能够进直接组装,无需使用其他布置辅具；
④催化脱脂：包括初冲洗、催化、次冲洗和后冲洗工序，其中
a初冲洗：先将步骤③中组装后的MIM注塑坯与金属制品组件放入催化脱脂炉内,关闭炉门，然后对炉内进行加热，加热至110℃时往炉腔内通入氮气，通入氮气的流量为30L/min，并保持110℃的温度对其冲洗50min；
b催化：继续以30L/min的流量向炉内通入氮气，同时通过计量泵向炉内通入95%的硝酸，通入95%的硝酸的流量为0.8mL/min，并保持110℃的温度对其催化反应30min；
c次冲洗：催化后停止向炉内注入硝酸，保持氮气流量在35L/min、温度在110℃条件下对其冲洗50min；
d后冲洗：次冲洗后停止向炉内加热，保持氮气流量在35L/min的条件下对其冲洗20min，待炉内温度冷却至室温后打开炉门，取出MIM注塑坯与金属制品组件；
⑤烧结：包括负压脱脂、真空烧结、分压烧结和强冷，其中：
a负压脱脂：将步骤④中催化脱脂后的MIM注塑坯与金属制品组件放入烧结炉中，关闭炉门，然后向炉腔内通入氮气，氮气的流量为30L/min，通入氮气的同时启动加热设备，按3℃/min的加热速度升温至600℃，然后保持600℃的炉温脱脂2h；
b真空烧结：负压脱脂结束后，停止向炉内通入氮气，继续按3℃/min的加热速度对炉内进行加热，加热至1000℃时，在真空度小于20KPa的条件下烧结0.5h；
c分压烧结：真空烧结后向炉内通入氩气，先通入氩气的流量为10L/min，然后按2.5℃/min的加热速度继续对炉内进行加热，加热至1350℃时，在20Kpa的条件下烧结3h；
d强冷：分压烧结后继续向炉内通入流量为10L/min氩气，然后按12℃/min的速度对炉内进行降温冷却，冷却至500℃时再按10℃/min的速速降至室温即可；
⑥出炉：打开烧结炉，即可取出MIM注塑坯与金属制品相互融为一体的产品。
实施例2：
MIM注塑坯与金属制品的共同烧结成型工艺，包括以下步骤：
①制备MIM注塑坯:采用通用工艺参数将粉末与粘结剂混炼和造粒,或者直接采用商业的粉末喂料,用粉末注射成型机进行注射成形,从模具中取出即可得到MIM注塑坯；
②选择金属制品:选择的金属制品的熔点温度要大于MIM注塑坯烧结的最高温度；
③组装:将步骤①中制得的MIM注塑坯与步骤②中的金属制品进行组装,组装时需要保证MIM注塑坯和金属制品之间能够进直接组装,无需使用其他布置辅具；
④催化脱脂：包括初冲洗、催化、次冲洗和后冲洗工序，其中
a初冲洗：先将步骤③中组装后的MIM注塑坯与金属制品组件放入催化脱脂炉内,关闭炉门，然后对炉内进行加热，加热至120℃时往炉腔内通入氮气，通入氮气的流量为40L/min，并保持120℃的温度对其冲洗60min；
b催化：继续以40L/min的流量向炉内通入氮气，同时通过计量泵向炉内通入97%的硝酸，通入97%的硝酸的流量为1.8mL/min，并保持120℃的温度对其催化反应35min；
c次冲洗：催化后停止向炉内注入硝酸，保持氮气流量在40L/min、温度在120℃条件下对其冲洗55min；
d后冲洗：次冲洗后停止向炉内加热，保持氮气流量在45L/min的条件下对其冲洗25min，待炉内温度冷却至室温后打开炉门，取出MIM注塑坯与金属制品组件；
⑤烧结：包括负压脱脂、真空烧结、分压烧结和强冷，其中：
a负压脱脂：将步骤④中催化脱脂后的MIM注塑坯与金属制品组件放入烧结炉中，关闭炉门，然后向炉腔内通入氮气，氮气的流量为35L/min，通入氮气的同时启动加热设备，按4℃/min的加热速度升温至625℃，然后保持625℃的炉温脱脂2.5h；
b真空烧结：负压脱脂结束后，停止向炉内通入氮气，继续按4℃/min的加热速度对炉内进行加热，加热至1050℃时，在真空度小于20KPa的条件下烧结0.8h；
c分压烧结：真空烧结后向炉内通入氩气，先通入氩气的流量为15L/min，然后按3℃/min的加热速度继续对炉内进行加热，加热至1380℃时，在25Kpa的条件下烧结3.2h；
d强冷：分压烧结后继续向炉内通入流量为15L/min氩气，然后按12.5℃/min的速度对炉内进行降温冷却，冷却至550℃时再按10℃/min的速速降至室温即可；
⑥出炉：打开烧结炉，即可取出MIM注塑坯与金属制品相互融为一体的产品。
实施例3：
MIM注塑坯与金属制品的共同烧结成型工艺，包括以下步骤：
①制备MIM注塑坯:采用通用工艺参数将粉末与粘结剂混炼和造粒,或者直接采用商业的粉末喂料,用粉末注射成型机进行注射成形,从模具中取出即可得到MIM注塑坯；
②选择金属制品:选择的金属制品的熔点温度要大于MIM注塑坯烧结的最高温度；
③组装:将步骤①中制得的MIM注塑坯与步骤②中的金属制品进行组装,组装时需要保证MIM注塑坯和金属制品之间能够进直接组装,无需使用其他布置辅具；
④催化脱脂：包括初冲洗、催化、次冲洗和后冲洗工序，其中
a初冲洗：先将步骤③中组装后的MIM注塑坯与金属制品组件放入催化脱脂炉内,关闭炉门，然后对炉内进行加热，加热至130℃时往炉腔内通入氮气，通入氮气的流量为50L/min，并保持130℃的温度对其冲洗80min；
b催化：继续以50L/min的流量向炉内通入氮气，同时通过计量泵向炉内通入98%的硝酸，通入98%的硝酸的流量为2.5mL/min，并保持130℃的温度对其催化反应40min；
c次冲洗：催化后停止向炉内注入硝酸，保持氮气流量在50L/min、温度在130℃条件下对其冲洗60min；
d后冲洗：次冲洗后停止向炉内加热，保持氮气流量在50L/min的条件下对其冲洗30min，待炉内温度冷却至室温后打开炉门，取出MIM注塑坯与金属制品组件；
⑤烧结：包括负压脱脂、真空烧结、分压烧结和强冷，其中：
a负压脱脂：将步骤④中催化脱脂后的MIM注塑坯与金属制品组件放入烧结炉中，关闭炉门，然后向炉腔内通入氮气，氮气的流量为40L/min，通入氮气的同时启动加热设备，按5℃/min的加热速度升温至650℃，然后保持650℃的炉温脱脂3h；
b真空烧结：负压脱脂结束后，停止向炉内通入氮气，继续按5℃/min的加热速度对炉内进行加热，加热至1100℃时，在真空度小于20KPa的条件下烧结1h；
c分压烧结：真空烧结后向炉内通入氩气，先通入氩气的流量为20L/min，然后按3.5℃/min的加热速度继续对炉内进行加热，加热至1400℃时，在30Kpa的条件下烧结3.5h；
d强冷：分压烧结后继续向炉内通入流量为20L/min氩气，然后按13℃/min的速度对炉内进行降温冷却，冷却至600℃时再按10℃/min的速速降至室温即可；
⑥出炉：打开烧结炉，即可取出MIM注塑坯与金属制品相互融为一体的产品。
上述实施例1～3中的成型工艺简单易掌握，经过脱脂后能够在高温条件下让MIM注塑坯与金属制品的连接部位相互融为一体，经过烧结后使其成为固融体，采用上述实施例1～3的方法参数制得的成品，经检测发现，其连接的部位强度高、耐冲击力强，没有产生任何裂纹、鼓包等缺陷空隙，连接紧密均匀，同时制得的成品误差小，精度高、成品率高，成品率能达到98%以上。
Claims (2)
1.一种MIM注塑坯与金属制品的共同烧结成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
①制备MIM注塑坯:采用通用工艺参数将粉末与粘结剂混炼和造粒,或者直接采用商业的粉末喂料,用粉末注射成型机进行注射成形,从模具中取出即可得到MIM注塑坯；
②选择金属制品:选择的金属制品的熔点温度要大于MIM注塑坯烧结的最高温度；
③组装:将步骤①中制得的MIM注塑坯与步骤②中的金属制品进行组装,组装时需要保证MIM注塑坯和金属制品之间能够进直接组装,无需使用其他布置辅具；
④催化脱脂：包括初冲洗、催化、次冲洗和后冲洗工序，其中
a初冲洗：先将步骤③中组装后的MIM注塑坯与金属制品组件放入催化脱脂炉内,关闭炉门，然后对炉内进行加热，加热至110～130℃时往炉腔内通入氮气，通入氮气的流量为30～50L/min，并保持110～130℃的温度对其冲洗50～80min；
b催化：继续以30～50L/min的流量向炉内通入氮气，同时通过计量泵向炉内通入硝酸，通入硝酸的流量不大于2.5mL/min，并保持110～130℃的温度对其催化反应30～40min；
c次冲洗：催化后停止向炉内注入硝酸，保持氮气流量在35～50L/min、温度在110～130℃条件下对其冲洗50～60min；
d后冲洗：次冲洗后停止向炉内加热，保持氮气流量在35～50L/min的条件下对其冲洗20～30min，待炉内温度冷却至室温后打开炉门，取出MIM注塑坯与金属制品组件；
⑤烧结：包括负压脱脂、真空烧结、分压烧结和强冷，其中：
a负压脱脂：将步骤④中催化脱脂后的MIM注塑坯与金属制品组件放入烧结炉中，关闭炉门，然后向炉腔内通入氮气，氮气的流量为30～40L/min，通入氮气的同时启动加热设备，按3～5℃/min的加热速度升温至600～650℃，然后保持600～650℃的炉温脱脂2～3h；
b真空烧结：负压脱脂结束后，停止向炉内通入氮气，继续按3～5℃/min的加热速度对炉内进行加热，加热至1000～1100℃时，在真空度小于20KPa的条件下烧结0.5～1h；
c分压烧结：真空烧结后向炉内通入氩气，先通入氩气的流量为10～20L/min，然后按2.5～3.5℃/min的加热速度继续对炉内进行加热，加热至1350～1400℃时，在20～30Kpa的条件下烧结3～3.5h；
d强冷：分压烧结后继续向炉内通入流量为10～20L/min氩气，然后按12～13℃/min的速度对炉内进行降温冷却，冷却至500～600℃时再按10℃/min的速速降至室温即可；
⑥出炉：打开烧结炉，即可取出MIM注塑坯与金属制品相互融为一体的产品。
2.根据权利要求1所述的一种MIM注塑坯与金属制品的共同烧结成型工艺，其特征在于：在步骤④中，所述硝酸为95～98%的硝酸。
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