CN108555278A - 一种用于钛合金粉末注射成型的粘结剂以及注射成型钛合金零件的方法 - Google Patents

一种用于钛合金粉末注射成型的粘结剂以及注射成型钛合金零件的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于钛合金粉末注射成型的粘结剂以及注射成型钛合金零件的方法，属于钛合金零件加工技术领域。所述的粘结剂由聚丙烯、低密度聚乙烯、石蜡、硬脂酸和萘组成。所述方法如下：将钛合金球形粉末放入混炼机中进行保温预热，放入聚丙烯和低密度聚乙烯；将温度降低50℃后保温，加入组分B，调整转速后进行混炼，再降低温度至呈现出牙膏状时进行挤出制粒，再依次进行注射成型、脱脂、真空烧结、随炉冷却，即得到钛合金零件。本发明的优点是：现有装载量基本在55%～65％之间，本发明采用的装载量为68％，降低了粘结剂的比重，可以说在喂料过程中，采用较高的装载量同样可以保证混合料具有很好的流变性能，易于充型，获得生坯为模具形状，且无缺陷。

Description

一种用于钛合金粉末注射成型的粘结剂以及注射成型钛合金 零件的方法
技术领域
本发明属于钛合金零件加工技术领域，具体涉及一种用于钛合金粉末注射成型的粘结剂以及注射成型钛合金零件的方法。
背景技术
钛及钛合金是性能优异的新材料，有“现代金属”的美誉，同时也正因为钛合金具有密度小、比强度高、无磁等一系列优点，在制造业一直是公认的难加工材料。钛合金的粉末注射成型作为一种先进的粉末冶金工艺，可以实现复杂结构零件的近净成型而备受业界关注。该成型方法结合了粉末冶金工艺与注塑成型工艺的优点，突破了传统模压成型工艺在产品形状方面的束缚，可以实现快速制造高致密度、高精度的复杂结构金属零件，是难加工材料，尤其是钛及钛合金在制造技术行业的革新。粉末注射成型工艺路线是喂料→制粒→注射成型→脱脂→烧结→成品，其中喂料过程中的粘结剂配比对成型效果起决定性作用。目前，在钛合金粉末注射成型工艺方面高质量粘结剂配方的报道比较少。现有注射成型钛合金零件存在脱脂过程中易变形，注射及脱脂过程中存在气泡飞边等缺陷。混料不均出现大孔隙等缺陷。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有注射成型钛合金零件存在脱脂过程中易变形，注射及脱脂过程中存在气泡飞边的问题，提供一种用于钛合金粉末注射成型的粘结剂以及注射成型钛合金零件的方法。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种用于钛合金粉末注射成型的粘结剂，所述的粘结剂是由单独包装的组分A和组分B组成，组分A由聚丙烯和低密度聚乙烯组成，组分B由石蜡、硬脂酸、萘和TiH2组成。
一种利用上述的粘结剂注射成型钛合金零件的方法，所述方法具体步骤如下：
步骤一：将钛合金球形粉末放入混炼机中进行混炼的同时保温预热，在保温过程下将组分A分三批等量等时间间隔加入混炼机中；
步骤二：然后将温度降低45~55℃后保温，将组分B分三批等量等时间间隔加入混炼机中，调整转速后进行混炼，再降低温度至呈现出牙膏状时进行挤出制粒，再依次进行注射成型、脱脂、真空烧结、随炉冷却，即得到钛合金零件。
本发明相对于现有技术的有益效果是：
（1）现有装载量基本在55%~65％之间，本发明采用的装载量为68％，降低了粘结剂的比重，可以说在喂料过程中，采用较高的装载量同样可以保证混合料具有很好的流变性能，易于充型，获得生坯为模具形状，且无缺陷。
（2）本发明减少注射及脱脂过程中的气泡飞边的产生，不易变形，保证了零件完整性。使用的粘结剂原料易得、且易于脱除。保证注射过程易于充型，生坯强度提高、保形性好且经脱脂后成品率高（成品率高达99.9％）。
（3）本发明的钛合金粉末注射成型的粘结剂中使用的有机萘增加粉末与粘结剂之间的表面活性，提高喂料的均匀性，且萘组元的脱去温度较低（45~60℃），可以有效节省能源，在大批量生产中可以有效降低能耗。本发明的粘结剂采用分批次方式添加，不仅可以观察粉末与粘结剂混炼的状态，而且增加了喂料均匀性。
（4）本发明适用于薄壁件等壳体零件的注射成型，薄厚最小为3mm。本发明粘结剂脱除后没有任何粘结剂残留及缺陷的生成，且具有易于脱除、零污染、成本合理等一系列特点。本发明制备的钛合金零件尺寸精度高，致密度高，精度为±0.2％，致密化为98.3％以上。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
具体实施方式一：本实施方式记载的是一种用于钛合金粉末注射成型的粘结剂，所述的粘结剂是由单独包装的组分A和组分B组成，组分A由聚丙烯和低密度聚乙烯组成，组分B由石蜡、硬脂酸、萘和TiH2组成。
具体实施方式二：具体实施方式一所述的一种用于钛合金粉末注射成型的粘结剂，所述的各组分的质量百分比为：20%~30％聚丙烯、10％~20％低密度聚乙烯、40％~55％石蜡、2％~12％硬脂酸、2％~8％萘、0%~0.1%TiH2。
具体实施方式三：一种利用具体实施方式一或二所述的粘结剂注射成型钛合金零件的方法，所述方法具体步骤如下：
步骤一：将钛合金球形粉末放入混炼机中进行混炼的同时保温预热，在保温过程中将组分A分三批等量等时间间隔加入混炼机中；
步骤二：然后将温度降低45~55℃后保温，将组分B分三批等量等时间间隔加入混炼机中，调整转速后进行混炼，再降低温度至呈现出牙膏状时进行挤出制粒，再依次进行注射成型、脱脂、真空烧结、随炉冷却，即得到钛合金零件。混炼和制粒使用利拿实业的双气氛保护+抽真空结合的混炼造粒一体机MHL-2，注塑机采用泓利机器的JPH80MIM，脱脂和真空烧结使用的是恒普真空全金属热场真空脱脂烧结炉VTM42/45/125。
具体实施方式四：具体实施方式三所述的一种注射成型钛合金零件的方法，步骤一中，混炼机中钛合金球形粉末的装载量为60％~70％，所述混炼机的转速为10~30r/min，所述保温预热的温度为170~190℃，时间为20~30min。
具体实施方式五：具体实施方式三所述的一种注射成型钛合金零件的方法，步骤一中，第一次加入组分A后，之后每隔5~15min加一次。
具体实施方式六：具体实施方式三所述的一种注射成型钛合金零件的方法，步骤二中，第一次加入组分B后，之后每隔5~15min加一次；转速调整为50~60r/min，混炼1~2 h。
具体实施方式七：具体实施方式三所述的一种注射成型钛合金零件的方法，步骤二中，所述的注射成型具体为：注射温度分四段，射嘴的温度为148~153℃，二段温度为142~147℃，三段温度为138~143℃，四段温度为132~137℃，模具温度为35~45℃，注射速度为注射机最大注射速度的50％~70%，注射压力为注射机最大注射压力的60％~80%，注射时间为2~8s，冷却时间为5~15s。
具体实施方式八：具体实施方式三所述的一种注射成型钛合金零件的方法，步骤二中，所述的脱脂为浸入式脱脂，脱脂溶液选用正庚烷，脱脂溶液温度为55~65℃，脱脂时间为2~5h，脱脂完成后，在50~60℃的干燥箱中进行干燥处理；再进行热脱脂，具体是：将坯体置于10-2~10-3Pa的真空脱脂炉中，在300~360℃的环境中保温0.5~2h，400~450℃的环境中保温0.5~2h，最后在550~650℃环境中保温0.5~2h；升温速度均为1~5℃/min，温升速度过高会导致缺陷形成，这样处理的成型坯没有明显缺陷产生。
具体实施方式九：具体实施方式三所述的一种注射成型钛合金零件的方法，步骤二中，所述的真空烧结是将脱脂坯放置于真空烧结炉10-2~10-3Pa的环境中，在1200~1400℃中进行真空烧结2~4h。
实施例1：
本实施例中的粘结剂是由单独包装的组分A和组分B组成，组分A由聚丙烯和低密度聚乙烯组成，组分B由石蜡、硬脂酸、萘和TiH2组成；各组分按质量百分比计为：20％低密度聚乙烯，22％聚丙烯，53％石蜡，2.98％硬脂酸，2％萘，0.02%TiH2。
所述注射成型钛合金零件的方法是按下述步骤进行的：
步骤一、将Ti6Al4V钛合金球形粉末放入混炼机中进行保温预热，保温预热的温度为180℃，转速为20r/min，保温时间为20min，在保温条件下将组分A分三批等量等时间间隔加入混炼机中，第一次加入组分A后，之后每隔10min加一次；
步骤二、然后将温度降低50℃后保温，将组分B分三批等量等时间间隔加入混炼机中，第一次加入组分A后，之后每隔10min加一次，调整转速为40r/min后进行混炼1.5小时，再降低温度至呈现出牙膏状时进行挤出制粒，再依次进行注射成型、脱脂、真空烧结和烧结，即得到钛合金零件；
其中，注射参数如表1：
步骤二采用浸入式脱脂，脱脂溶液选用正庚烷，脱脂溶液温度59℃，脱脂时间4.2h，再在55℃条件下进行干燥处理；然后置于10-3Pa的真空脱脂炉中，在350℃的环境中保温1h，420℃的环境中保温1h，最后在600℃环境中保温1h，升温速度均为2℃/min；这样处理的成型坯没有明显缺陷产生。
真空烧结是将脱脂坯放置于真空烧结炉10-3Pa的环境中，在1250℃中进行真空烧结3h。
本实施方式方法获得的生坯为模具形状，且无缺陷。
本实施方式的钛合金零件的精度为±0.2％，抗拉伸强度为1240MPa，屈服强度985MPa，延伸率9.5％，断面收缩率12.0％，致密度98.3％。

Claims (9)

1.一种用于钛合金粉末注射成型的粘结剂，其特征在于：所述的粘结剂是由单独包装的组分A和组分B组成，组分A由聚丙烯和低密度聚乙烯组成，组分B由石蜡、硬脂酸、萘和TiH2组成。
2.根据权利要求1所述的一种用于钛合金粉末注射成型的粘结剂，其特征在于：所述的各组分的质量百分比为：20%~30％聚丙烯、10％~20％低密度聚乙烯、40％~55％石蜡、2％~12％硬脂酸、2％~8％萘、0%~0.1%TiH2。
3.一种利用权利要求1或2所述的粘结剂注射成型钛合金零件的方法，其特征在于：所述方法具体步骤如下：
步骤一：将钛合金球形粉末放入混炼机中进行混炼的同时保温预热，在保温过程下将组分A分三批等量等时间间隔加入混炼机中；
步骤二：然后将温度降低45~55℃后保温，将组分B分三批等量等时间间隔加入混炼机中，调整转速后进行混炼，再降低温度至呈现出牙膏状时进行挤出制粒，再依次进行注射成型、脱脂、真空烧结、随炉冷却，即得到钛合金零件。
4.根据权利要求3所述的一种注射成型钛合金零件的方法，其特征在于：步骤一中，混炼机中钛合金球形粉末的装载量为60％~70％，所述混炼机的转速为10~30r/min，所述保温预热的温度为170~190℃，时间为20~30min。
5.根据权利要求3所述的一种注射成型钛合金零件的方法，其特征在于：步骤一中，第一次加入组分A后，之后每隔5~15min加一次。
6.根据权利要求3所述的一种注射成型钛合金零件的方法，其特征在于：步骤二中，
第一次加入组分B后，之后每隔5~15min加一次；转速调整为50~60r/min，混炼1~2 h。
7.根据权利要求3所述的一种注射成型钛合金零件的方法，其特征在于：步骤二中，所述的注射成型具体为：注射温度分四段，射嘴的温度为148~153℃，二段温度为142~147℃，三段温度为138~143℃，四段温度为132~137℃，模具温度为35~45℃，注射速度为注射机最大注射速度的50％~70%，注射压力为注射机最大注射压力的60％~80%，注射时间为2~8s，冷却时间为5~15s。
8.根据权利要求3所述的一种注射成型钛合金零件的方法，其特征在于：步骤二中，所述的脱脂为浸入式脱脂，脱脂溶液选用正庚烷，脱脂溶液温度为55~65℃，脱脂时间为2~5h，脱脂完成后，在50~60℃的干燥箱中进行干燥处理；再进行热脱脂，具体是：将坯体置于10-2~10-3Pa的真空脱脂炉中，在300~360℃的环境中保温0.5~2h，400~450℃的环境中保温0.5~2h，最后在550~650℃环境中保温0.5~2h；升温速度均为1~5℃/min。
9.根据权利要求3所述的一种注射成型钛合金零件的方法，其特征在于：步骤二中，
所述的真空烧结是将脱脂坯放置于真空烧结炉10-2~10-3Pa的环境中，在1200~1400℃中进行真空烧结2~4h。
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