CN108788123A - 一种金属模具用粉末材料的制备方法 - Google Patents

一种金属模具用粉末材料的制备方法 Download PDF

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张雪明
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    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material

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Abstract

本发明提供一种金属模具用粉末材料的制备方法，将Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Ti、Cr、Y、Ce、Sc混合形成金属粉末；将金属粉末、丙二醇、二乙二醇单丁醚和蒸馏水混合，在温度70‑100℃搅拌反应20‑40min，得到悬浮液；将环氧树脂加入乙二醇溶液中，加热温度至90‑110℃，超声分散25‑35min；随后降温至室温，将悬浮液以雾状液滴型式在30‑40min之内加入，并以速率800‑1000r/min不断搅拌；滴加完毕后，以速率2‑4℃/min升温至150‑170℃，保温反应2‑3h；随后固‑液分离得到粉末聚集体；将得到的粉末聚集体进行真空干燥、球磨和筛分，即可得到所述金属模具用粉末材料。

Description

一种金属模具用粉末材料的制备方法
技术领域
本发明涉及金属模具制备技术领域，具体涉及一种金属模具用粉末材料的制备方法。
背景技术
模具工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。 简而言之，模具是用来制作成型物品的工具，这种工具由各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工。目前，金属模具种类多、性能优越，应用越来越广泛，采用选择性激光烧结法（SLS）用固体粉末作为成形材料，根据原型的CAD模型切片信息，利用计算机控制激光逐层烧结，经过逐层成形叠加后，最终形成了所需的金属模具。
在以聚合物为粘接剂的SLS间接制造金属模具的方法中，聚合物粘接剂/金属复合粉末材料对SLS初始形坯的强度、精度及最终的金属件性能产生决定性作用。影响聚合物粘接剂/金属复合粉末材料性能的主要因素有：聚合物粘接剂的种类、添加方式及添加量等。大量的聚合物粘接剂会对后处理及金属零件的最终性能产生非常不利的影响，如脱脂及高温二次烧结时形坯容易变形、塌陷，收缩增大造成精度下降等；且现有已知方法制备的聚合物覆膜金属粉末颗粒形状不规则，流动性较差，对最终的金属模具性能产生不利影响。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中制备金属模具粉末材料工艺存在的上述不足，提供一种改进的金属模具用粉末材料的制备方法，通过调整金属复合材料、聚合物粘结剂和添加方式等，改善金属模具的性能。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种金属模具用粉末材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：将1-3份Si、2-5份Fe、1-4份Cu、3-7份Mn、0.5-4份Mg、1-5份Ti、1.5-3份Cr、0.8-1.5份Y、2-4份Ce、1.5-3.5份Sc混合形成金属粉末；
S2：将50-60份金属粉末、15-25份丙二醇、8-12份二乙二醇单丁醚和20-30份蒸馏水混合，在温度70-100℃搅拌反应20-40min，得到悬浮液；
S3：将10-20份环氧树脂加入20-30份乙二醇溶液中，加热温度至90-110℃，超声分散25-35min；随后降温至室温，将悬浮液以雾状液滴型式在30-40min之内加入，并以速率800-1000r/min不断搅拌；
S4：滴加完毕后，以速率2-4℃/min升温至150-170℃，保温反应2-3h；随后固-液分离得到粉末聚集体；
S5：将得到的粉末聚集体进行真空干燥、球磨和筛分，即可得到所述金属模具用粉末材料。
进一步的，步骤S1中所述将2份Si、3份Fe、3份Cu、5份Mn、2.5份Mg、3份Ti、2份Cr、1.2份Y、3份Ce、2.5份Sc混合。
进一步的，步骤S2中将所述55份金属粉末、20份丙二醇、10份二乙二醇单丁醚和25份蒸馏水混合，在温度85℃搅拌反应35min。
进一步的，步骤S3中将12份环氧树脂加入25份乙二醇溶液中，加热温度至105℃，超声分散30min；将悬浮液以雾状液滴型式在35min之内加入，并以速率900r/min不断搅拌。
进一步的，步骤S4中所述以速率3℃/min升温至165℃，保温反应2.5h。
进一步的，步骤S5中所述真空干燥的温度为80℃，球磨至直径为10-20mm。
上述任意一条所述制备方法制备得到的金属模具用粉末材料。
有益效果：
本发明所述一种金属模具用粉末材料的制备方法，在金属粉末原料中加入Cr、Y作为强化元素，Cr提升材料的再结晶温度，细化晶粒；Y合形成强化相，且强化相稳定存在，使得材料的使用温度范围提升；通过以环氧树脂为聚合物粘结剂，以雾状液体为加入形式，改善了金属模具的性能。本发明粉末材料制备得到的金属模具抗拉强度可以提高到450Mpa以上，使用温度可提高至150-200℃。
具体实施方式
以下结合下述实施方式进一步说明本发明，下述实施方式仅用于说明本发明，而非限制本发明。
实施例1
S1：将1份Si、2份Fe、1份Cu、3份Mn、0.5份Mg、1份Ti、1.5份Cr、0.8份Y、2份Ce、1.5份Sc混合形成金属粉末；
S2：将50份金属粉末、15份丙二醇、8份二乙二醇单丁醚和20份蒸馏水混合，在温度70℃搅拌反应20min，得到悬浮液；
S3：将10份环氧树脂加入20份乙二醇溶液中，加热温度至95℃，超声分散25min；随后降温至室温，将悬浮液以雾状液滴型式在30min之内加入，并以速率800r/min不断搅拌；
S4：滴加完毕后，以速率2℃/min升温至150℃，保温反应2h；随后固-液分离得到粉末聚集体；
S5：将得到的粉末聚集体进行80℃真空干燥、球磨至直径为10-20mm和筛分，即可得到所述金属模具用粉末材料。
利用本实施例所得粉末材料制备得到的金属模具抗拉强度可以提高到450Mpa以上，使用温度可提高至150℃。
实施例2
S1：将3份Si、5份Fe、4份Cu、7份Mn、4份Mg、5份Ti、3份Cr、1.5份Y、4份Ce、3.5份Sc混合形成金属粉末；
S2：将60份金属粉末、25份丙二醇、12份二乙二醇单丁醚和30份蒸馏水混合，在温度100℃搅拌反应40min，得到悬浮液；
S3：将20份环氧树脂加入30份乙二醇溶液中，加热温度至105℃，超声分散35min；随后降温至室温，将悬浮液以雾状液滴型式在40min之内加入，并以速率1000r/min不断搅拌；
S4：滴加完毕后，以速率4℃/min升温至170℃，保温反应3h；随后固-液分离得到粉末聚集体；
S5：将得到的粉末聚集体进行80℃真空干燥、球磨至直径为10-20mm和筛分，即可得到所述金属模具用粉末材料。
利用本实施例所得粉末材料制备得到的金属模具抗拉强度可以提高到450Mpa以上，使用温度可提高至170℃。
实施例3
S1：将2份Si、3份Fe、2份Cu、5份Mn、1份Mg、2份Ti、2份Cr、1.0份Y、2份Ce、2份Sc混合形成金属粉末；
S2：将55份金属粉末、17份丙二醇、10份二乙二醇单丁醚和23份蒸馏水混合，在温度80℃搅拌反应25min，得到悬浮液；
S3：将12份环氧树脂加入25份乙二醇溶液中，加热温度至95℃，超声分散28min；随后降温至室温，将悬浮液以雾状液滴型式在32min之内加入，并以速率900r/min不断搅拌；
S4：滴加完毕后，以速率2℃/min升温至155℃，保温反应2.5h；随后固-液分离得到粉末聚集体；
S5：将得到的粉末聚集体进行80℃真空干燥、球磨至直径为10-20mm和筛分，即可得到所述金属模具用粉末材料。
利用本实施例所得粉末材料制备得到的金属模具抗拉强度可以提高到450Mpa以上，使用温度可提高至160℃。
实施例4
S1：将3份Si、5份Fe、3份Cu、6份Mn、3份Mg、4份Ti、2.5份Cr、1.2份Y、4份Ce、3份Sc混合形成金属粉末；
S2：将60份金属粉末、23份丙二醇、9份二乙二醇单丁醚和27份蒸馏水混合，在温度90℃搅拌反应35min，得到悬浮液；
S3：将17份环氧树脂加入28份乙二醇溶液中，加热温度至90-105℃，超声分散32min；随后降温至室温，将悬浮液以雾状液滴型式在35min之内加入，并以速率950r/min不断搅拌；
S4：滴加完毕后，以速率3℃/min升温至165℃，保温反应3h；随后固-液分离得到粉末聚集体；
S5：将得到的粉末聚集体进行80℃真空干燥、球磨至直径为10-20mm和筛分，即可得到所述金属模具用粉末材料。
利用本实施例所得粉末材料制备得到的金属模具抗拉强度可以提高到450Mpa以上，使用温度可提高至175℃。
实施例5
S1：将2份Si、3份Fe、3份Cu、5份Mn、2.5份Mg、3份Ti、2份Cr、1.2份Y、3份Ce、2.5份Sc混合形成金属粉末；
S2：将55份金属粉末、20份丙二醇、10份二乙二醇单丁醚和25份蒸馏水混合，在温度85℃搅拌反应35min，得到悬浮液；
S3：将12份环氧树脂加入25份乙二醇溶液中，加热温度至105℃，超声分散30min；随后降温至室温，将悬浮液以雾状液滴型式在35min之内加入，并以速率900r/min不断搅拌；
S4：滴加完毕后，以速率3℃/min升温至165℃，保温反应2.5h；随后固-液分离得到粉末聚集体；
S5：将得到的粉末聚集体进行80℃真空干燥、球磨至直径为10-20mm和筛分，即可得到所述金属模具用粉末材料。
利用本实施例所得粉末材料制备得到的金属模具抗拉强度可以提高到450Mpa以上，使用温度可提高至200℃。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权利要求书中记载的保护范围内。

Claims (7)

1.一种金属模具用粉末材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将1-3份Si、2-5份Fe、1-4份Cu、3-7份Mn、0.5-4份Mg、1-5份Ti、1.5-3份Cr、0.8-1.5份Y、2-4份Ce、1.5-3.5份Sc混合形成金属粉末；
S2：将50-60份金属粉末、15-25份丙二醇、8-12份二乙二醇单丁醚和20-30份蒸馏水混合，在温度70-100℃搅拌反应20-40min，得到悬浮液；
S3：将10-20份环氧树脂加入20-30份乙二醇溶液中，加热温度至90-110℃，超声分散25-35min；随后降温至室温，将悬浮液以雾状液滴型式在30-40min之内加入，并以速率800-1000r/min不断搅拌；
S4：滴加完毕后，以速率2-4℃/min升温至150-170℃，保温反应2-3h；随后固-液分离得到粉末聚集体；
S5：将得到的粉末聚集体进行真空干燥、球磨和筛分，即可得到所述金属模具用粉末材料。
2.根据权利要求1所述的一种金属模具用粉末材料的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述将2份Si、3份Fe、3份Cu、5份Mn、2.5份Mg、3份Ti、2份Cr、1.2份Y、3份Ce、2.5份Sc混合。
3.根据权利要求1所述的一种金属模具用粉末材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中将所述55份金属粉末、20份丙二醇、10份二乙二醇单丁醚和25份蒸馏水混合，在温度85℃搅拌反应35min。
4.根据权利要求1所述的一种金属模具用粉末材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中将12份环氧树脂加入25份乙二醇溶液中，加热温度至105℃，超声分散30min；将悬浮液以雾状液滴型式在35min之内加入，并以速率900r/min不断搅拌。
5.根据权利要求1所述的一种金属模具用粉末材料的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述以速率3℃/min升温至165℃，保温反应2.5h。
6.根据权利要求1所述的一种金属模具用粉末材料的制备方法，其特征在于，步骤S5中所述真空干燥的温度为80℃，球磨至直径为10-20mm。
7.根据权利要求1-6任意一条所述制备方法制备得到的金属模具用粉末材料。
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