CN108672695A - 一种金属粉末注射成型喂料及其制备方法 - Google Patents

一种金属粉末注射成型喂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种金属粉末注射成型喂料及其制备方法，该喂料包括成型剂和不锈钢喂料粉末；所述成型剂包括如下质量百分比的组分：65～72％POM、2～4％微晶蜡、3～6％聚乙烯醇、8～12％POE、1～3％光热稳定剂、10～12％高密度乙烯、4～6％聚丙烯；所述成型剂与不锈钢喂料粉末的质量百分比为7‑9：91‑93。使用该喂料通过MIM工艺注射成型出的产品不仅具有显著改善的抗弯折、抗摔、抗磨损力学性能，同时也满足高品质的外观表面效果。

Description

一种金属粉末注射成型喂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属粉末注射成型喂料及其制备方法。
背景技术
根据IDC数据，2017年全球智能手机出货量为14.7亿部，智能手机在中国乃至世界已经达到人手一部甚至人手多部的状态。
智能手机在出现早期，采用ABS、PC等塑料材料背板，塑料可塑性强、易加工、易上色、无信号屏蔽等优势。但同时塑料也存在手感差、散热效果和观感廉价等缺点。且塑料本身强度较低，为对内部电子元器件起足够的支撑和保护作用，塑料机身手机较其他材质的手机会略厚一些，在主打轻薄化的潮流下略显过时。
相比塑料，铝镁合金及不锈钢强度要高上好几倍，散热性能及外观感观效果也优于塑料，现在市场大品牌的智能手机背板及中框材料已经完全由塑料转换为金属。
铝合金是被誉为上帝赐给3C行业的礼物，金属质感强烈，易加工出高档美观之感，且铝合金密度小设备轻薄，耐高温、不留手印、抗静电、环保无毒。在近几年被大量的应用于手机中框后盖。但在2017各大智能手机品牌，中框后盖材料铝合金慢慢的被不锈钢替代，如苹果、小米等系列品牌。
曾经沸沸扬扬的“iphone6弯曲门”后，铝合金结构件的缺点公之于众：材料强度低，轻者磕碰留痕，重者折弯变形；同时在当下流行的全面屏时代，对手机中框及后盖提出了更高的要求。
不锈钢中框强度高、硬度高、耐划伤、耐磕碰，耐用性好，显而易见不锈钢中框成为了一个发展趋势。
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末作为原料，经过成形和烧结，制取金属材料、复合材料以及各种类型制品的工业技术。其成本低廉，可生产各种复杂形状的制品等诸多优势，越来越多的被用于制造行业零部件加工。但在大面积普及的同时也出现了一系列的技术难题。
现市场的不锈钢中框及背板一般都采用CNC或者压铸工艺，若此类产品采用MIM(金属粉末注射成型)工艺，将极大的减少制造成本。
众所周知，MIM产品虽然成本低廉且能加工结构复杂产品，但因其加工后产品致密度低于原材料致密度，且内部掺杂杂质，导致其在力学性能方面不能达到原材料标准，且作为外观件镜面抛光后，表面出现发蒙发白、沙眼等缺陷。已有的MIM原料，加工后密度7.7-7.85g/cm3，抗拉强度350-400MPa，屈服强度220-250MPa，孔隙率＞2％，硬度120-170HV之间，镜面抛光后表面效果差，不能用来加工中框、背板。而手机中框、背板作为作为手机的支撑结构件及外观结构件。既要满足抗折抗摔抗磨损的力学性能，又要保证其华丽的外观效果。所以，MIM工艺一直未能应用到手机中框、背板产品。
MIM原料作为MIM工艺的核心控制之一，其性能优劣直接影响所加工产品的综合性能。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种金属粉末注射成型喂料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种金属粉末注射成型喂料，包括成型剂和不锈钢喂料粉末；
所述成型剂包括如下质量百分比的组分：
所述成型剂与不锈钢喂料粉末的质量百分比为7-9：91-93。
进一步地：
所述不锈钢喂料粉末含有如下重量份的组分：
碳C：≤0.30
硅Si：≤2.00
锰Mn：≤2.00
硫S：≤0.030
磷P：≤0.045
铬Cr：16.00～18.00
镍Ni：10.00～14.00
钼Mo：2.00～3.00
其余：Fe。
所述不锈钢喂料粉末还含有适当高含量的SiC、Cr3C2、Mo2C，按重量份SiC≤0.05，Cr3C2≤0.1，Mo2C≤0.05，更优选地，按重量份SiC＝0.05，Cr3C2＝0.1，Mo2C＝0.05。
所述不锈钢喂料粉末为316L不锈钢喂料粉末。
所述不锈钢喂料粉末的粒度为25±5μm，振实密度：4.7±0.5g/cm3。
一种所述的金属粉末注射成型喂料的制备方法，包括：按照配比将所述成型剂与所述不锈钢喂料粉末进行混炼，然而挤出造粒。
进一步地：
包括以下步骤：
S1、将待混合的所述不锈钢喂料粉末在混炼机中预热到155-165℃，混炼机转速25-35r/min；
S2、将所述成型剂加入混炼机中进行加热混合至熔融泥团状，混炼机转速25-35r/min，混炼温度155-165℃；
S4、挤出造粒，制得所述金属粉末注射成型喂料。
在步骤S2和S4之间还包括以下步骤：
S3、当融化后，将混炼温度设为150℃，进行降温均匀混合，混炼机转速45-50r/min，混炼时间为30-50min。
在步骤S2中，加入成型剂的顺序为依次先加入高密度聚乙烯、聚丙烯、POE、微晶蜡、聚乙烯醇，混合10min后再加入光热稳定剂、POM。
一种使用MIM工艺制作产品的方法，使用所述的金属粉末注射成型喂料进行注射成型、脱脂、烧结MIM工艺处理得到所述产品。
一种使用MIM工艺制作产品的方法，包括以下步骤：
使用所述的方法制备所述金属粉末注射成型喂料；
使用所述金属粉末注射成型喂料进行注射成型、脱脂、烧结MIM工艺处理得到所述产品。
本发明的有益效果有：
本发明提供的金属粉末注射成型喂料采用成型剂与不锈钢喂料粉末的特定配方，其中成型剂包括如下质量百分比65～72％的POM，2～4％的微晶蜡，3～6％的聚乙烯醇，8～12％的POE，1～3％的光热稳定剂，10～12％的高密度聚乙烯以及4～6％的聚丙烯，成型剂和不锈钢喂料粉末的质量比为7-9：91-93，该体系所用的成型剂配方，使喂料流动性更高，对于复杂大件的注射填充更为均匀饱满，喂料稳定性能方面好，喂料加工时成分不易挥发，能保证加工产品的尺寸稳定性，上述比例的微晶蜡加入优化了喂料的流动性及润湿性，上述比例的聚乙烯醇、POE作为增塑剂，优化了喂料的塑性及注射成形性，上述比例的光热稳定剂可以有效抑制聚甲醛及其他成型剂的分解，上述比例的高密度聚乙烯作为喂料的骨架，保证了坯体在脱脂及烧结时的保形性。使用这种金属粉末注射成型喂料，通过MIM工艺注射成型出的产品不仅具有显著改善的抗弯折、抗摔、抗磨损力学性能，同时也满足消费电子产品高品质的外观表面效果，可以加工制作出适于各种3C电子设备所需的结构件产品，尤其适用于加工手机中框、背板等各种异型、体积较大的结构件。本发明实施例的MIM原料，成型品致密性好，加工成型后密度达8.0g/cm3以上，抗拉强度达520MPa以上，屈服强度达310MPa以上，孔隙率在0.5％-1.5％之间，硬度达180-250HV，非常适于作为MIM中框、背板加工原料。
附图说明
图1为本发明实例一的成型产品的表面电镜图；
图2为本发明实例二的成型产品的表面电镜图；
图3为对比例的成型产品的表面电镜图。
具体实施方式
以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
在一种实施例中，一种金属粉末注射成型喂料，包括成型剂和不锈钢喂料粉末；
所述成型剂包括如下质量百分比的组分：
所述成型剂与不锈钢喂料粉末的质量百分比为7-9：91-93。
在优选的实施例中，金属粉末采用球形粉末，可以提高金属粉末与成型剂的混合均匀度及喂料性能稳定性。球形粉末在烧结收缩时尺寸收缩更加稳定，烧结后产品的致密度更高。
在优选的实施例中，所述不锈钢喂料粉末含有如下重量份的组分：
碳C：≤0.30
硅Si：≤2.00
锰Mn：≤2.00
硫S：≤0.030
磷P：≤0.045
铬Cr：16.00～18.00
镍Ni：10.00～14.00
钼Mo：2.00～3.00
其余：Fe。
在更优选的实施例中，所述不锈钢喂料粉末还含有适当高含量的SiC、Cr3C2、Mo2C，按重量份SiC≤0.05，Cr3C2≤0.1，Mo2C≤0.05。更优选地，按重量份SiC＝0.05，Cr3C2＝0.1，Mo2C＝0.05。原材料中适当高含量的SiC、Cr3C2、Mo2C可以有效提高产品的硬度及屈服强度，以及镜面抛光效果。
在一些实施例中，所述不锈钢喂料粉末可以为316L不锈钢喂料粉末。
在优选的实施例中，所述不锈钢喂料粉末的粒度为25±5μm，振实密度：4.7±0.5g/cm3。
在另一种实施例中，一种所述的金属粉末注射成型喂料的制备方法，包括：按照配比将所述成型剂与所述不锈钢喂料粉末进行混炼，然而挤出造粒。
在优选的实施例中，所述制备方法包括以下步骤：
S1、将待混合的所述不锈钢喂料粉末在混炼机中预热到155-165℃，混炼机转速25-35r/min；
S2、将所述成型剂加入混炼机中进行加热混合至熔融泥团状，混炼机转速25-35r/min，混炼温度155-165℃；
S4、挤出造粒，制得所述金属粉末注射成型喂料。
在更优选的实施例中，在步骤S2和S4之间还包括以下步骤：
S3、当融化后，将混炼温度设为150℃，进行降温均匀混合，混炼机转速45-50r/min，混炼时间为30-50min。
在更优选的实施例中，在步骤S2中，加入成型剂的顺序为依次先加入高密度聚乙烯、聚丙烯、POE、微晶蜡、聚乙烯醇，混合10min后再加入光热稳定剂、POM。
在另一种实施例中，一种使用MIM工艺制作产品的方法，使用所述的金属粉末注射成型喂料进行注射成型、脱脂、烧结MIM工艺处理得到所述产品。
在另一种实施例中，一种使用MIM工艺制作产品的方法，包括以下步骤：
使用所述的方法制备所述金属粉末注射成型喂料；
使用所述金属粉末注射成型喂料进行注射成型、脱脂、烧结MIM工艺处理得到所述产品。
在优选实施例中，该金属粉末注射成型喂料的制备方法包括以下步骤：
S1、将配制好待混合的金属粉末加入混炼造粒一体机中，预热至160±5℃。混炼机转速25-35r/min(保证金属粉末均匀预热，温度差不超过5℃)
注：160℃为成型剂融化温度，温度过高会导致成型剂分解。本发明需要保证成型剂完全均匀融化且不分解，则需要保持整体范围温度均匀且保持在成型剂熔化范围内。
S2、到达预热温度后，将配制好的粘结剂依次加入混炼造粒一体机中进行混炼，至融化(泥团状)，保持融化状态整体温度160±5℃，混炼机转速25-35r/min。加入成型剂顺序为：先加入高密度聚乙烯、聚丙烯、POE、微晶蜡、聚乙烯醇，混合10min后再加入光热稳定剂、POM(POM最优选为9520型共聚甲醛)。
S3、融化后，将混炼机温度设为150℃，进行降温均匀混合，混炼机转速45-50r/min，混炼时间为30-50min。
S4、挤出制粒：将经步骤S3处理后的物料送入挤出机，塑化、排气、挤出，并进行造粒，制得粉末注射成型喂料。
具体实例及对比例：
实例一
喂料包括以下组分：
制备喂料的过程：
1、将配制好待混合的金属粉末加入混炼造粒一体机中，预热至160±5℃。混炼机转速25-35r/min(保证金属粉末均匀预热，温度差不超过5℃)
2、到达预热温度后，将配制好的粘结剂依次加入混炼造粒一体机中进行混炼，至融化(泥团状)，保持融化状态整体温度160±5℃，混炼机转速25-35r/min。加入成型剂顺序为：先加入高密度聚乙烯、聚丙烯、POE、微晶蜡、聚乙烯醇，混合10min后再加入光热稳定剂、POM(POM最优选为9520牌号共聚甲醛)。
3、融化后，将混炼机温度设为150℃，进行降温均匀混合，混炼机转速45-50r/min，混炼时间为30-50min。
4、挤出制粒：将经步骤S3处理后的物料送入挤出机，塑化、排气、挤出，并进行造粒，制得粉末注射成型喂料。
对喂料进行成型、脱脂、烧结MIM工艺处理，制得样品测试性能如下：
孔隙率：0.8％
硬度：240HV
抗拉强度：550MPa
屈服强度：350MPa
密度：8.0g/cm3
抛光50倍显微效果如图1所示。
实例二
喂料包括以下组分：
制备喂料的过程：
1、将配制好待混合的金属粉末加入混炼造粒一体机中，预热至160±5℃。混炼机转速25-35r/min(保证金属粉末均匀预热，温度差不超过5℃)
2、到达预热温度后，将配制好的粘结剂依次加入混炼造粒一体机中进行混炼，至融化(泥团状)，保持融化状态整体温度160±5℃，混炼机转速25-35r/min。加入成型剂顺序为：先加入高密度聚乙烯、聚丙烯、POE、微晶蜡、聚乙烯醇，混合10min后再加入光热稳定剂、POM(POM最优选为9520牌号共聚甲醛)。
3、融化后，将混炼机温度设为150℃，进行降温均匀混合，混炼机转速45-50r/min，混炼时间为30-50min。
4、挤出制粒：将经步骤S3处理后的物料送入挤出机，塑化、排气、挤出，并进行造粒，制得粉末注射成型喂料。
对喂料进行成型、脱脂、烧结MIM工艺处理，制得样品测试性能如下：
孔隙率：0.8％
硬度：210HV
抗拉强度：520MPa
屈服强度：330MPa
密度：8.0g/cm3
抛光50倍显微效果如图2所示。
对比例
采用传统的不锈钢粉末冶金喂料进行成型、脱脂、烧结MIM工艺处理，制得样品测试性能如下：
孔隙率：2.5％
硬度：130HV
抗拉强度：320MPa
屈服强度：210MPa
密度：7.7g/cm3
抛光50倍显微效果如图3所示。
以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种金属粉末注射成型喂料，其特征在于，包括成型剂和不锈钢喂料粉末；
所述成型剂包括如下质量百分比的组分：
所述成型剂与不锈钢喂料粉末的质量百分比为7-9：91-93。
2.如权利要求1所述的金属粉末注射成型喂料，其特征在于，所述不锈钢喂料粉末含有如下重量份的组分：
碳C：≤0.30
硅Si：≤2.00
锰Mn：≤2.00
硫S：≤0.030
磷P：≤0.045
铬Cr：16.00～18.00
镍Ni：10.00～14.00
钼Mo：2.00～3.00
其余：Fe；
优选地，还含有适当高含量的SiC、Cr3C2、Mo2C，按重量份SiC≤0.05，Cr3C2≤0.1，Mo2C≤0.05，更优选地，按重量份SiC＝0.05，Cr3C2＝0.1，Mo2C＝0.05。
3.如权利要求1所述的金属粉末注射成型喂料，其特征在于，所述不锈钢喂料粉末为316L不锈钢喂料粉末。
4.如权利要求1至3任一项所述的金属粉末注射成型喂料，其特征在于，所述不锈钢喂料粉末的粒度为25±5μm，振实密度：4.7±0.5g/cm3。
5.一种如权利要求1至4任一项所述的金属粉末注射成型喂料的制备方法，其特征在于，包括：按照配比将所述成型剂与所述不锈钢喂料粉末进行混炼，然而挤出造粒。
6.如权利要求5所述的金属粉末注射成型喂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将待混合的所述不锈钢喂料粉末在混炼机中预热到155-165℃，混炼机转速25-35r/min；
S2、将所述成型剂加入混炼机中进行加热混合至熔融泥团状，混炼机转速25-35r/min，混炼温度155-165℃；
S4、挤出造粒，制得所述金属粉末注射成型喂料。
7.如权利要求6所述的金属粉末注射成型喂料的制备方法，其特征在于，在步骤S2和S4之间还包括以下步骤：
S3、当融化后，将混炼温度设为150℃，进行降温均匀混合，混炼机转速45-50r/min，混炼时间为30-50min。
8.如权利要求6或7所述的金属粉末注射成型喂料制备方法，其特征在于，在步骤S2中，加入成型剂的顺序为依次先加入高密度聚乙烯、聚丙烯、POE、微晶蜡、聚乙烯醇，混合10min后再加入光热稳定剂、POM。
9.一种使用MIM工艺制作产品的方法，其特征在于，使用如权利要求1至4任一项所述的金属粉末注射成型喂料进行注射成型、脱脂、烧结MIM工艺处理得到所述产品。
10.一种使用MIM工艺制作产品的方法，其特征在于，包括以下步骤：
使用权利要求5至8任一项所述的方法制备所述金属粉末注射成型喂料；
使用所述金属粉末注射成型喂料进行注射成型、脱脂、烧结MIM工艺处理得到所述产品。
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