CN108856713B

CN108856713B - Sus201不锈钢注射成型喂料及其制备方法

Info

Publication number: CN108856713B
Application number: CN201810533912.3A
Authority: CN
Inventors: 张伟明; 黄煜; 庞前列
Original assignee: Dongguan Huajing Powder Metallurgy Co Ltd
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2020-06-05
Anticipated expiration: 2038-05-29
Also published as: CN108856713A

Abstract

本发明提供SUS201不锈钢注射成型喂料及其制备方法。所述喂料包括成型剂和SUS201不锈钢粉末，所述SUS201不锈钢粉末与所述成型剂的质量比为92:8至90:10；所述成型剂包括如下质量百分比的组分：9％至11％注塑级的聚对苯二甲酸丁二醇酯；5％至7％的聚乙二醇，所述聚乙二醇的纯度为AR级、分子量为2000至6000；3％至5％的聚丙烯蜡；4％至6％注塑级的尼龙；74％至76％的共聚甲醛。所述制备方法包括将所述SUS201不锈钢粉末放入捏合机的混炼腔中预热；按照质量比加入所述成型剂进行混炼；挤出喂料。本发明可提高30％以上的流动性，可保证产品的一致性以及节省生产加工时间。

Description

SUS201不锈钢注射成型喂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及粉末冶金技术领域，特别涉及SUS201不锈钢注射成型喂料及其制备方法。

背景技术

随着社会科技的不断进步与全球工业化的蓬勃发展，粉末冶金注射成型工艺由于其具有诸多的优点，其行业发展迅猛，其技术已被广泛应用于军事、交通、机械、电子、航天、航空等领域。

MIM(Metal injection Molding，金属注射成型)喂料是金属注射成型产品制备的核心工艺，是将金属粉末与成型剂按照一定比例在一定温度条件下，均匀混炼后，再切割制粒冷却成颗粒喂料的过程。

不锈钢材料是粉末冶金行业使用最多、应用最广泛的原材料之一，由于其具有耐腐蚀、强度高等优点，特别是SUS201不锈钢(或称201不锈钢)，大量应用于各种行业。

传统金属机加工制作金属零件需要用到车床、磨床、铣床、电火花等设备，加工切削出产品结构，不但生产加工工艺复杂，加工周期长，而且产品批次稳定性差。相比传统金属机加工制造方法(切割、打磨、钻铣、放电等)，粉末冶金具有先天性优势，其通过注射机和模具直接把产品毛胚注射出来，再进行脱脂烧结工艺，从而制取金属产品零件，利用了五金模具的重复性强、精度高等特点，可以比传统机器加工板材制取零件，节省大量材料、时间、人力成本。

但现有的SUS201不锈钢喂料的流动性较差，影响了产品的一致性和生产加工时间。

发明内容

本发明的目的是为了提高SUS201不锈钢喂料的流动性，提出SUS201不锈钢注射成型喂料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

SUS201不锈钢注射成型喂料，包括成型剂和SUS201不锈钢粉末，所述SUS201不锈钢粉末与所述成型剂的质量比为92:8至90:10；

所述成型剂包括如下质量百分比的组分：

9％至11％注塑级的聚对苯二甲酸丁二醇酯；

5％至7％的聚乙二醇，所述聚乙二醇的纯度为AR级、分子量为2000至6000；

3％至5％的聚丙烯蜡；

4％至6％注塑级的尼龙；

74％至76％的共聚甲醛。

在一些优选的实施方式中，所述SUS201不锈钢粉末的颗粒规格为8微米至10微米。

在另一方面，本发明提供SUS201不锈钢注射成型喂料的制备方法，包括：

将所述SUS201不锈钢粉末放入捏合机的混炼腔中预热；

按照质量比加入所述成型剂进行混炼；

挤出喂料。

在一些优选的实施方式中，所述预热的温度为180℃-190℃。

在一些优选的实施方式中，所述按照质量比加入所述成型剂进行混炼包括：待所述SUS201不锈钢粉末的温度≥180℃后按照质量比加入所述成型剂，降低所述混炼腔的温度至175℃-185℃，直到材料融化后，恒温20分钟-30分钟后降温。

在另一方面，本发明还提供使用SUS201不锈钢注射成型喂料制备产品的制备方法，包括：

使用所述SUS201不锈钢注射成型喂料进行注射成型得到成型制品；

对所述成型制品进行脱脂得到脱脂制品；

对所述脱脂制品进行烧结得到零件制品。

在一些优选的实施方式中，所述注射成型的注射压力为1800bar至2000bar。

在一些优选的实施方式中，在所述注射成型的过程中，模具的温度为80℃-120℃，注射机的料管的熔融最高温度不超过195℃。

在一些优选的实施方式中，所述对所述成型制品进行脱脂得到脱脂制品包括：对所述成型制品进行硝酸催化脱脂，脱脂温度为110℃-120℃，所述硝酸的注入速度为2g/min至3g/min，脱脂时间3小时至5小时，得到总重量损失率大于所述成型剂的总重量的70％以上或断层无明显硬层夹心的脱脂制品；

所述对所述脱脂制品进行烧结得到零件制品包括：对所述脱脂制品进行真空烧结，烧结炉内真空度为10Pa至500Pa，真空烧结最高温度为1360℃-1390℃，最高温度保温时间为2小时至3小时，出炉后取得零件制品。

本发明还提供一种产品，所述产品是由上述的SUS201不锈钢注射成型喂料通过金属注射成型工艺制作而成的产品，优选地，所述产品为3C电子设备的结构件。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

本发明提供SUS201不锈钢专用的注射成型喂料，SUS201不锈钢粉末与成型剂的质量比为92:8至90:10，成型剂包括质量百分比为9％至11％注塑级的聚对苯二甲酸丁二醇酯、5％至7％的聚乙二醇、3％至5％的聚丙烯蜡、4％至6％注塑级的尼龙、74％至76％的共聚甲醛，其中聚乙二醇的纯度为AR级、分子量为2000至6000，将该喂料用在金属注射成型工艺，可提高喂料的流动性，可以加工制作出各种结构件，特别是3C电子设备的结构件。经实验验证，与现有的喂料相比，本发明可提高30％以上的流动性，可保证产品的一致性以及节省生产加工时间。

附图说明

图1为本发明的SUS201不锈钢注射成型喂料的制备方法的流程图；

图2为本发明使用SUS201不锈钢注射成型喂料制备产品的制备方法的流程图。

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。

SUS201不锈钢注射成型喂料包括成型剂和SUS201不锈钢粉末，SUS201不锈钢粉末与成型剂的质量比为92:8至90:10。

SUS201不锈钢粉末为由SUS201不锈钢或者201不锈钢加工得到的金属粉末，SUS201不锈钢为现有的不锈钢，其化学成分包括如下质量百分比的组分：C≤0.15％、Si≤1.00％、Mn为5.50％-7.50％、P≤0.060％、S≤0.030％、Ni为3.50％-5.50％、Cr为16.00％-18.00％、N≤0.25％，其余可为Fe。SUS201不锈钢粉末的颗粒规格优选为8微米至10微米，该范围的颗粒规格可保证制品在后续脱脂和烧结过程中的体积收缩保持最小，可保证产品的稳定性。

成型剂包括如下质量百分比的组分：

9％至11％注塑级的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT，polybutyleneterephthalate)，可提高喂料的化学稳定性，具有优良的机械性能，且还具有机械强度高、耐疲劳、尺寸稳定性好的优点；

5％至7％的聚乙二醇(PEG，Polyethylene glycol)，其中，聚乙二醇的纯度为AR(Analytical Reagent，分析纯)级、分子量为2000至6000，AR级的聚乙二醇具有优良的润滑性分散性；

3％至5％的聚丙烯蜡(PP-WAX)；

4％至6％注塑级的尼龙(Nylon)；

74％至76％的聚甲醛，优选共聚甲醛(Polyformaldehyde)，共聚甲醛具有很好的热稳定性、化学稳定性并且易于加工，可以选用的型号包括M90、M450、M570等。

本发明的SUS201不锈钢注射成型喂料可以采用如下制备方法，参考图1，该制备方法包括步骤S100至S300。

步骤S100、将SUS201不锈钢粉末放入捏合机的混炼腔中预热。具体的，启动捏合机慢速旋转4r/min至6r/min，加热混炼腔预热SUS201不锈钢粉末到180℃-190℃以彻底烘干粉末里面的水分。

步骤S200、按照质量比加入成型剂进行混炼。该步骤具体包括：用温度仪检测SUS201不锈钢粉末的温度，比如红外线温度仪，待SUS201不锈钢粉末的温度≥180℃后按照质量比加入成型剂，也即SUS201不锈钢粉末与成型剂的质量比为92:8至90:10，降低混炼腔的温度至175℃-185℃，直到材料融化后，恒温20分钟-30分钟后降温，进入步骤S300。

步骤S300、挤出喂料。具体为挤出熔化喂料切割制成一颗颗喂料。

当然，本发明的SUS201不锈钢注射成型喂料还可以采用其它制备方法，比如现有技术中的制备方法。

以下对本发明作详细的说明：

将10千克的SUS201不锈钢粉末放入捏合机的混炼腔中预热到180℃-190℃，其中，SUS201不锈钢粉末的规格为9微米，启动捏合机慢速旋转4r/min至6r/min，待SUS201不锈钢粉末的温度≥180℃后，加入成型剂。

实施例一：

加入成型剂1千克(SUS201不锈钢粉末与成型剂的质量比约为91:9)：聚对苯二甲酸丁二醇酯100克(10％)、聚乙二醇60克(6％)、聚丙烯蜡40克(4％)、尼龙50克(5％)、共聚甲醛750克(75％)。

实施例二：

加入成型剂1千克(SUS201不锈钢粉末与成型剂的质量比约为91:9)：聚对苯二甲酸丁二醇酯90克(9％)、聚乙二醇50克(5％)、聚丙烯蜡50克(5％)、尼龙50克(5％)、共聚甲醛760克(76％)。

实施例三：

加入成型剂870克(SUS201不锈钢粉末与成型剂的质量比约为92:8)：聚对苯二甲酸丁二醇酯78.3克(9％)、聚乙二醇43.5克(5％)、聚丙烯蜡34.8克(4％)、尼龙52.2克(6％)、共聚甲醛661.2克(76％)。

实施例四：

加入成型剂870克(SUS201不锈钢粉末与成型剂的质量比约为92:8)：聚对苯二甲酸丁二醇酯87克(10％)、聚乙二醇52.2克(6％)、聚丙烯蜡34.8克(4％)、尼龙43.5克(5％)、共聚甲醛652.5克(75％)。

上述四个实施例加入成型剂后，降低混炼腔的温度至175℃-185℃，直到材料融化后，恒温20分钟-30分钟后降温，挤出熔化喂料切割制成一颗颗喂料。

将制好的喂料，进行流动性检测，检测方法参考GB/T 3682-2000《热塑性塑料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定》，材料检测设定温度为195℃，砝码重量21.6KG。上述四个实施例的喂料的流动性均为800g/10min左右。

现有技术中SUS201不锈钢的主要喂料是某进口的SUS201不锈钢喂料和某国产的SUS201不锈钢喂料，将这两种喂料作为对比例一和对比例二。

对比例一：

采用某进口的SUS201不锈钢喂料，在与实施例一至四的实验条件、SUS201不锈钢粉末与成型剂的质量比均相同的情况下，采用相同的检测方法进行流动性检测，某进口的SUS201不锈钢喂料的流动性均为550g/10min左右。

对比例二：

采用某国产的SUS201不锈钢喂料，在与实施例一至四的实验条件、SUS201不锈钢粉末与成型剂的质量比均相同的情况下，采用相同的检测方法进行流动性检测，某国产的SUS201不锈钢喂料的流动性均为600g/10min左右。

可见，与现有的喂料相比，本发明可提高30％以上的流动性，可保证产品的一致性以及节省生产加工时间。改变了传统不锈钢加工困难、加工周期长、加工成本高的缺点，极大降低复杂型不锈钢零件的生产加工成本，比如手机中框零件，响应国家号召，节能减排，提高国内制造业技术创新生产水平。

在另一方面，本发明还提供使用上述SUS201不锈钢注射成型喂料制备产品的制备方法，参考图2，该制备方法包括步骤S400至S600。

步骤S400、使用SUS201不锈钢注射成型喂料进行注射成型得到成型制品。选择模具，比如标准样条模具，其中样条尺寸为100mm*10mm*3mm，将模具安装于注射成型机上，加热到合适的温度，模具的温度为80℃-120℃，注射机的料管的熔融最高温度不超过195℃，设置合理的射出成型参数，可得到密度为5.4±0.03g/cm³左右的成型制品。

步骤S500、对成型制品进行脱脂得到脱脂制品。成型制品称重后，对成型制品进行硝酸催化脱脂，脱脂温度为110℃-120℃，硝酸的注入速度为2g/min至3g/min，脱脂时间3小时至5小时，得到总重量损失率大于成型剂的总重量的70％以上或断层无明显硬层夹心的脱脂制品，可有效去除喂料中的共聚甲醛。

步骤S600、对脱脂制品进行烧结得到零件制品。对脱脂制品进行真空烧结，烧结炉内真空度为10Pa至500Pa，真空烧结最高温度为1360℃-1390℃，最高温度保温时间为2小时至3小时，出炉后取得零件制品，其密度≥7.85g/cm³，该密度可满足对密度要求高的零件的要求。

得到零件制品后，根据不同的制品要求，可进行抛光、研磨、加工等以达到设定的技术要求，从而满足使用需求。

本发明还对注射成型过程中的产品充填情况进行了研究，将某进口的SUS201不锈钢喂料(A：某进口料)、某国产的SUS201不锈钢喂料(B:某国产料)与本发明的喂料(C：自制料)进行比较。

上述三种喂料每种材料各取用5千克，用来成型标准样条(注：样条尺寸100mm*10mm*3mm)。选用80T卧式注射机将该样条模具安装于机器上。注射机的料管的温度设置为：一区为195℃、二区为185℃、三区为175℃、四区为165℃。螺杆计量装料位置80mm，注射压力分别为1800bar、2000bar和2200bar，分别用上述三种喂料进行注射测试，以下为各种喂料注射后得到的样条的产品充填情况的对比表。

表一

从上表一可以看出，在实际注射成型生产过程中，流动性越好越有利于产品的成型，在1800bar这个比较小的注射压力下，本发明的喂料对应的样条产品即可完全充填满，这非常有利于生产过程中成本控制，也可保证产品稳定性。

表二

从上表二可以看出，随着注射压力的提升到2000bar，流动性较低的喂料(B:某国产料)，在加大注射压力的情况下，注射成型过程中产品流动性不足的问题也可以得到改善。在对比实验中，本发明的喂料由于流动性高，在整个试样的成型过程中都是要优于流动性低的喂料。

表三

从上表三可以看出，当注射压力提高到2200bar的时候，流动性低的喂料(B:某国产料)也是可以被射入模具型腔的，但是这会导致很多负面影响：注射压力高，会严重影响到机器注射机构、合模机构的寿命，还会影响机器控制精度，另外，喂料注入压力高，对于模具的影响也是非常大的，使得模具镶件易变形、模具寿命短。所以从设计角度来看，不论是模具设计，还是注射成型喂料的设计，都要尽量把注射压力控制在一个合理范围内。

根据上述实验结果可知，步骤S400中的注射压力优选为1800bar至2000bar，比如1900bar，更优选的是1800bar。这样有利于控制成本，保证产品稳定性，而且有利于提高模具寿命。

本发明还提供一种产品，该产品是由上述的SUS201不锈钢注射成型喂料通过金属注射成型工艺制作而成的产品，优选地，该产品为3C电子设备的结构件，比如手机结构件，示例的，可以是手机中框零件。该产品具有上述的有益效果。

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

1.一种SUS201不锈钢注射成型喂料制备产品的制备方法，其特征在于，

所述SUS201不锈钢注射成型喂料包括成型剂和SUS201不锈钢粉末，所述SUS201不锈钢粉末与所述成型剂的质量比为92:8至90:10；所述SUS201不锈钢粉末的含碳量≤0.15％；

所述成型剂包括如下质量百分比的组分：9％至11％注塑级的聚对苯二甲酸丁二醇酯；5％至7％的聚乙二醇，所述聚乙二醇的纯度为AR级、分子量为2000至6000；3％至5％的聚丙烯蜡；4％至6％注塑级的尼龙；74％至76％的共聚甲醛；

所述制备产品的制备方法包括：

使用所述SUS201不锈钢注射成型喂料进行注射成型得到成型制品；其中，模具的温度为80℃-120℃，注射机的料管的熔融最高温度不超过195℃；

对所述成型制品进行脱脂得到脱脂制品，其中，脱脂温度为110℃-120℃；

对所述脱脂制品进行烧结得到零件制品，其中，真空烧结最高温度为1360℃-1390℃。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述注射成型的注射压力为1800bar至2000bar。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：

所述对所述成型制品进行脱脂得到脱脂制品包括：对所述成型制品进行硝酸催化脱脂，所述硝酸的注入速度为2g/min至3g/min，脱脂时间3小时至5小时，得到总重量损失率大于所述成型剂的总重量的70％以上或断层无明显硬层夹心的脱脂制品；

所述对所述脱脂制品进行烧结得到零件制品包括：对所述脱脂制品进行真空烧结，烧结炉内真空度为10Pa至500Pa，最高温度保温时间为2小时至3小时，出炉后取得零件制品。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述SUS201不锈钢粉末的颗粒规格为8微米至10微米。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述SUS201不锈钢注射成型喂料的制备方法包括：

将所述SUS201不锈钢粉末放入捏合机的混炼腔中预热；

按照质量比加入所述成型剂进行混炼；

挤出喂料。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述预热的温度为180℃-190℃。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述按照质量比加入所述成型剂进行混炼包括：待所述SUS201不锈钢粉末的温度≥180℃后按照质量比加入所述成型剂，降低所述混炼腔的温度至175℃-185℃，直到材料融化后，恒温20分钟-30分钟后降温。

8.一种产品，其特征在于：是由根据权利要求1至7任一项所述制备方法制作而成的产品。

9.根据权利要求8所述产品，其特征在于：所述产品为3C电子设备的结构件。