CN109108267B - 一种组合物、制备方法及在金属注塑成型材料领域的应用 - Google Patents

一种组合物、制备方法及在金属注塑成型材料领域的应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种组合物、制备方法及在金属注塑成型材料领域的应用。本发明提供一种组合物，原料包括：金属粉体、粘结剂、润滑剂以及抗氧化剂；粘结剂包括：聚甲醛树脂、低密度聚乙烯、聚酰胺以及乙烯‑醋酸乙烯共聚物。本发明还提供一种上述组合物的制备方法，本发明还提供一种上述组合物或上述制备方法得到的产品在金属注塑成型材料领域的应用。经试验测定可得，与对照品相比，本发明制得的产品，可提高喂料的流动性，材料保形性好；尺寸重复精度波动小，在注塑成型阶段可反复使用，成型产品无黑纹；解决了现有技术中，金属喂料原料存在着喂料流动性差、注塑成型时反复使用次数少以及注塑成型后容易有黑纹的技术缺陷。

Description

一种组合物、制备方法及在金属注塑成型材料领域的应用
技术领域
本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种组合物、制备方法及在金属注塑成型材料领域的应用。
背景技术
金属注塑成型，又称金属注射成形(Metal Injection Molding，MIM)，是一种从塑料注射成形行业中引伸出来的新型粉末冶金近净成形技术。金属注射成形的基本工艺步骤是：首先，选取符合MIM要求的金属粉末和粘结剂，然后，在一定温度下采用适当的方法将粉末和粘结剂混合成均匀的喂料，经制粒后在注射成形，获得的成形坯经过脱脂处理后烧结致密化成为最终成品。
现有技术中的金属喂料原料，存在着喂料流动性差、注塑成型时反复使用次数少以及注塑成型后容易有黑纹的技术缺陷，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种组合物、制备方法及在金属注塑成型材料领域的应用，用于解决现有技术中，金属喂料原料存在着喂料流动性差、注塑成型时反复使用次数少以及注塑成型后容易有黑纹的技术缺陷。
本发明提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：金属粉体、粘结剂、润滑剂以及抗氧化剂；
所述粘结剂包括：聚甲醛树脂、低密度聚乙烯、聚酰胺以及乙烯-醋酸乙烯共聚物。
优选地，以质量份计，金属粉体15000～20000份、粘结剂1600～1800份、润滑剂100～120份以及抗氧化剂5～8份。
优选地，以质量份计，所述组合物的原料包括：金属粉体13000～18000份、粘结剂1650～1700份、润滑剂105～115份以及抗氧化剂4～6份。
优选地，所述粘结剂包括：聚甲醛树脂95％～97％、低密度聚乙烯 1.6％～2.4％、聚酰胺1.2％～2.2％以及乙烯-醋酸乙烯共聚物0.2％～0.4％。
优选地，所述金属粉体中，10％的金属粉体直径小于3μm，50％的金属粉体直径小于9μm，90％的金属粉体直径小于24μm。
优选地，所述抗氧化剂选自：T501、2246以及1010中的任意一种或多种；
所述润滑剂为：硬脂酸和/或石蜡。
本发明还提供了一种包括以上任意一项所述组合物的制备方法，所述制备方法为：
步骤一、金属经水雾化法和/或气雾化法制金属粉末，研磨过筛得金属粉体；
步骤二、粘结剂、润滑剂以及抗氧化剂包覆在所述金属粉体的表面，得第一产物；
步骤三、所述第一产物依次经搅拌密炼以及造粒，得产品。
优选地，步骤二中，所述包覆的方法为物体方法或化学方法；
所述物理方法为：涂布法、真空雾化法、离子筛分法以及分子束外延生法中的任意一种；
所述化学方法为：化学气相沉积法、氧化法、扩散法以及溶胶法中的任意一种。
优选地，步骤一中，所述水雾化法的方法为：先将粗金在熔炉中融化，然后注入中间包中，在金液注入前开启高压水泵，在来自雾化器高压水的作用下，金液被不断地破碎成细小的液滴，落入冷却液中，后凝固成合金粉末。
优选地，步骤一中，所述气雾化法的方法为：先将粗金在熔炉中融化，然后注入中间包中，在金液注入前开启高压气体(惰性气体)，在来自雾化器高压气的作用下，金液被不断地破碎成细小的液滴，落入冷却液中，后凝固成合金粉末。
优选地，步骤三中，所述搅拌密炼的温度为180～210℃，所述搅拌密炼的时间为70～90min，所述搅拌密炼的转速为40～60r/min；
步骤二中，所述造粒得到的产品粒径为2～4mm。
本发明还提供了一种包括以上任意一项所述的组合物或以上任意一项所述制备方法得到的产品在金属注塑成型材料领域的应用。
综上所述，本发明提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：金属粉体、粘结剂、润滑剂以及抗氧化剂；所述粘结剂包括：聚甲醛树脂、低密度聚乙烯、聚酰胺以及乙烯-醋酸乙烯共聚物。本发明还提供了一种上述组合物的制备方法，本发明还提供了一种上述组合物或上述制备方法得到的产品在金属注塑成型材料领域的应用。经试验测定可得，与对照品相比，本发明提供的技术方案制得的产品，可有效提高喂料的流动性，材料保形性好；同时，尺寸重复精度波动小于0.3％，在注塑成型阶段可反复使用15次以上，成型产品无黑纹。本发明提供的一种组合物、制备方法及在金属注塑成型材料领域的应用，解决了现有技术中，金属喂料原料存在着喂料流动性差、注塑成型时反复使用次数少以及注塑成型后容易有黑纹的技术缺陷。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种组合物、制备方法及在金属注塑成型材料领域的应用，用于解决现有技术中，金属喂料原料存在着喂料流动性差、注塑成型时反复使用次数少以及注塑成型后容易有黑纹的技术缺陷。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更详细说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种组合物、制备方法及在金属注塑成型材料领域的应用，进行具体地描述。
实施例1
金属粗料经水雾化法制金属粉末，研磨过筛，得金属粉体1；所得金属粉体1中，D10小于3μm，D50小于9μm，D90小于24μm。其中，水雾化法的方法为：先将粗金在熔炉中融化，然后注入中间包中，在金液注入前开启高压水泵，在来自雾化器高压水的作用下，金液被不断地破碎成细小的液滴，落入冷却液中，后凝固成合金粉末。
180g粘结剂1、10g润滑剂1以及5g抗氧化剂1包覆在1500g金属粉体1 的表面，得第一产物1；其中，以质量份计，粘结剂1由97％聚甲醛树脂、1.6％低密度聚乙烯、1.2％聚酰胺以及0.2％乙烯-醋酸乙烯共聚物组成，润滑剂1为硬脂酸，抗氧化剂1为抗氧剂1010。
本实施例中，包覆的方法为：溶胶化学扩散法；具体为：利用加热熔化粘结剂、润滑剂及抗氧化剂放入金属粉末，由粘结剂、润滑剂及抗氧化剂熔化扩散沾附在金属粉末表面，金属粉末表面包覆一层保护膜，经密炼机搅拌均匀生成大粉团结结构体，再经挤出造粒成2～4mm颗粒状，得到金属喂料。
第一产物1依次经搅拌密炼以及造粒，得产品1。其中，搅拌密炼的温度为210℃，搅拌密炼的时间为70min，搅拌密炼的转速为40r/min；产品1的粒径为2～4mm。
实施例2
金属粗料经水雾化法制金属粉末，研磨过筛，得金属粉体2；所得金属粉体2中，D10小于3μm，D50小于9μm，D90小于24μm。其中，水雾化法的方法为：先将粗金在熔炉中融化，然后注入中间包中，在金液注入前开启高压水泵，在来自雾化器高压水的作用下，金液被不断地破碎成细小的液滴，落入冷却液中，后凝固成合金粉末。
160g粘结剂2、12g润滑剂2以及8g抗氧化剂2包覆在2000g金属粉体2 的表面，得第一产物2；其中，以质量份计，粘结剂2由96.2％聚甲醛树脂、 1.6％低密度聚乙烯、1.9％聚酰胺以及0.3％乙烯-醋酸乙烯共聚物组成，润滑剂 2为硬脂酸，抗氧化剂2为抗氧剂2246。
本实施例中，包覆的方法为：溶胶化学扩散法；具体为：利用加热熔化粘结剂、润滑剂及抗氧化剂放入金属粉末，由粘结剂、润滑剂及抗氧化剂熔化扩散沾附在金属粉末表面，金属粉末表面包覆一层保护膜，经密炼机搅拌均匀生成大粉团结结构体，再经挤出造粒成2～4mm颗粒状，得到金属喂料。
第一产物2依次经搅拌密炼以及造粒，得产品2。其中，搅拌密炼的温度为200℃，搅拌密炼的时间为90min，搅拌密炼的转速为60min；产品2的粒径为2～4mm。
实施例3
金属粗料经气雾化法制金属粉末，研磨过筛，得金属粉体3；所得金属粉体3中，D10小于3μm，D50小于9μm，D90小于24μm。其中，气雾化法的方法为：先将粗金在熔炉中融化，然后注入中间包中，在金液注入前开启高压气体(惰性气体)，在来自雾化器高压气的作用下，金液被不断地破碎成细小的液滴，落入冷却液中，后凝固成合金粉末。
165g粘结剂3、11.5g润滑剂3以及4g抗氧化剂3包覆在1600g金属粉体 3的表面，得第一产物3；其中，以质量份计，粘结剂3由95.1％聚甲醛树脂、 2.4％低密度聚乙烯、2.3％聚酰胺以及0.3％乙烯-醋酸乙烯共聚物组成，润滑剂 3为石蜡，抗氧化剂3为抗氧剂T501。
本实施例中，包覆的方法为：溶胶化学扩散法；具体为：溶胶化学扩散法；具体为：利用加热熔化粘结剂、润滑剂及抗氧化剂放入金属粉末，由粘结剂、润滑剂及抗氧化剂熔化扩散沾附在金属粉末表面，金属粉末表面包覆一层保护膜，经密炼机搅拌均匀生成大粉团结结构体，再经挤出造粒成2～4mm颗粒状，得到金属喂料。
第一产物3依次经搅拌密炼以及造粒，得产品3。其中，搅拌密炼的温度为180℃，搅拌密炼的时间为80min，搅拌密炼的转速为55r/min；产品3的粒径为2～4mm。
实施例4
金属粗料经水雾化法制金属粉末，研磨过筛，得金属粉体4；所得金属粉体4中，D10小于3μm，D50小于9μm，D90小于24μm。其中，水雾化法的方法为：先将粗金在熔炉中融化，然后注入中间包中，在金液注入前开启高压水泵，在来自雾化器高压水的作用下，金液被不断地破碎成细小的液滴，落入冷却液中，后凝固成合金粉末。
170g粘结剂4、10.5g润滑剂4以及5g抗氧化剂4包覆在1800g金属粉体 4的表面，得第一产物4；其中，以质量份计，粘结剂4由96.2％聚甲醛树脂、 2.0％低密度聚乙烯、1.5％聚酰胺以及0.3％乙烯-醋酸乙烯共聚物组成，润滑剂 4为石蜡，抗氧化剂4为抗氧剂1010。
本实施例中，包覆的方法为：溶胶化学扩散法；具体为：溶胶化学扩散法；具体为：利用加热熔化粘结剂、润滑剂及抗氧化剂放入金属粉末，由粘结剂、润滑剂及抗氧化剂熔化扩散沾附在金属粉末表面，金属粉末表面包覆一层保护膜，经密炼机搅拌均匀生成大粉团结结构体，再经挤出造粒成2～4mm颗粒状，得到金属喂料。
第一产物4依次经搅拌密炼以及造粒，得产品4。其中，搅拌密炼的温度为210℃，搅拌密炼的时间为70min，搅拌密炼的转速为60r/min；产品4的粒径为2～4mm。
实施例5
金属粗料经气雾化法制金属粉末，研磨过筛，得金属粉体5；所得金属粉体5中，D10小于5μm，D50小于13μm，D90小于28μm。其中，气雾化法的方法为：先将粗金在熔炉中融化，然后注入中间包中，在金液注入前开启高压气体(惰性气体)，在来自雾化器高压气的作用下，金液被不断地破碎成细小的液滴，落入冷却液中，后凝固成合金粉末。
168g粘结剂5、11g润滑剂5以及5g抗氧化剂5包覆在1900g金属粉体5 的表面，得第一产物5；其中，以质量份计，粘结剂5由96％聚甲醛树脂、2.4％低密度聚乙烯、1.2％聚酰胺以及0.4％乙烯-醋酸乙烯共聚物组成，润滑剂5为硬脂酸，g抗氧化剂5为抗氧剂T501。
本实施例中，包覆的方法为：溶胶化学扩散法；具体为：溶胶化学扩散法；具体为：利用加热熔化粘结剂、润滑剂及抗氧化剂放入金属粉末，由粘结剂、润滑剂及抗氧化剂熔化扩散沾附在金属粉末表面，金属粉末表面包覆一层保护膜，经密炼机搅拌均匀生成大粉团结结构体，再经挤出造粒成2～4mm颗粒状，得到金属喂料。
第一产物5依次经搅拌密炼以及造粒，得产品5。其中，搅拌密炼的温度为210℃，搅拌密炼的时间为70min，搅拌密炼的转速为40r/min；产品5的粒径为2～4mm。
实施例6
金属粗料经气雾化法制金属粉末，研磨过筛，得金属粉体6；所得金属粉体6中，D10小于5μm，D50小于13μm，D90小于28μm。其中，气雾化法的方法为：先将粗金在熔炉中融化，然后注入中间包中，在金液注入前开启高压气体(惰性气体)，在来自雾化器高压气的作用下，金液被不断地破碎成细小的液滴，落入冷却液中，后凝固成合金粉末。
175g粘结剂6、105g润滑剂6以及7g抗氧化剂6包覆在1700g金属粉体6 的表面，得第一产物6；其中，以质量份计，粘结剂6由95％聚甲醛树脂、1.6％低密度聚乙烯、2.0％聚酰胺以及0.4％乙烯-醋酸乙烯共聚物组成，润滑剂6为硬脂酸，抗氧化剂6为抗氧剂2246。
本实施例中，包覆的方法为：溶胶化学扩散法；具体为：溶胶化学扩散法；具体为：利用加热熔化粘结剂、润滑剂及抗氧化剂放入金属粉末，由粘结剂、润滑剂及抗氧化剂熔化扩散沾附在金属粉末表面，金属粉末表面包覆一层保护膜，经密炼机搅拌均匀生成大粉团结结构体，再经挤出造粒成2～4mm颗粒状，得到金属喂料。
第一产物6依次经搅拌密炼以及造粒，得产品6。其中，搅拌密炼的温度为190℃，搅拌密炼的时间为80min，搅拌密炼的转速为50r/min；产品6的粒径为2～4mm。
对比例1
根据实施例1的方法进行制备，对比例1中，除粘结剂使用POM外，其余均与实施例1相同，制得对比物1。
对比例2
根据实施例2的方法进行制备，对比例3中，除粘结剂使用PP和PMMA 的混合物(质量比1:1)外，其余均与实施例2相同，制得对比物2。
实施例7
本实施例为验证实施例1～6制得的产品1～产品6及对比例1～2制得的对比物1～2流动性的具体实施例。
制得喂料熔融指数经流变仪测试，产品1～产品6的流动性可达到 1200～1500g/10min，而对比物1和对比物2的流动性仅为600～800g/min。
实施例8
本实施例为验证实施例1～6制得的产品1～产品6及对比例1～2制得的对比物1～2保形性的具体实施例。
制得产品1～产品6，经注射成型脱脂后，测得变形尺寸低于0.003mm，而对比物1和对比物2的变形尺寸在0.2mm作用，说明，本发明提供的技术方案制得的产品，具有良好的保形性。
实施例9
本实施例为验证实施例1～6制得的产品1～产品6及对比例1～2制得的对比物1～2可重复利用的具体实施例。
产品1～产品6重复使用15次后，测试熔融指数还可达到1000g/10min，而对比物1和对比物2重复利用5次后，熔融指数下降为300～500g/10min，充分说明本发明提供的技术方案制得的产品，可进行多次的重复利用。
实施例10
本实施例为验证实施例1～6制得的产品1～产品6及对比例1～2制得的对比物1～2尺寸重复精密波动的具体实施例。
对比物1和对比物2的尺寸为6.91mm，在烧结后，其尺寸变为5.98mm、 5.95mm、5.97mm、5.94mm、5.96mm，其波动范围为0.05mm；产品1～产品6 的尺寸为6.91mm，在烧结后，其尺寸变为5.97mm、5.98mm、5.98mm、5.97mm、 5.97mm，其波动范围为0.02mm。说明本发明提供的技术方案制得的产品，尺寸精密度高，更加符合精细制备的需求。
实施例11
本实施例为验证实施例1～6制得的产品1～产品6及对比例1～2制得的对比物1～2成型产品外观效果的具体实施例。
产品1～产品6，在制得喂料后注射成型，产品浇口位置黑纹要远少于对比物1和对比物2的成型产品，产品外观更好，满足更高层次的使用需求。
综上所述，本发明提供了一种组合物，所述组合物的原料包括：金属粉体、粘结剂、润滑剂以及抗氧化剂；所述粘结剂包括：聚甲醛树脂、低密度聚乙烯、聚酰胺以及乙烯-醋酸乙烯共聚物。本发明还提供了一种上述组合物的制备方法，本发明还提供了一种上述组合物或上述制备方法得到的产品在金属注塑成型材料领域的应用。经试验测定可得，与对照品相比，本发明提供的技术方案制得的产品，可有效提高喂料的流动性，材料保形性好；同时，尺寸重复精度波动小于0.3％，在注塑成型阶段可反复使用15次以上，成型产品无黑纹。本发明提供的一种组合物、制备方法及在金属注塑成型材料领域的应用，解决了现有技术中，金属喂料原料存在着喂料流动性差、注塑成型时反复使用次数少以及注塑成型后容易有黑纹的技术缺陷。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种组合物，其特征在于，所述组合物的原料包括：金属粉体、粘结剂、润滑剂以及抗氧化剂；
所述粘结剂包括：聚甲醛树脂、低密度聚乙烯、聚酰胺以及乙烯-醋酸乙烯共聚物；
以质量份计，所述组合物的原料包括：金属粉体16000～18000份、粘结剂1650～1700份、润滑剂105～115份以及抗氧化剂5～6份；
以质量百分比计，所述粘结剂包括：聚甲醛树脂95％～97％、低密度聚乙烯1.6％～2.4％、聚酰胺1.2％～2.2％以及乙烯-醋酸乙烯共聚物0.2％～0.4％；
所述金属粉体中，10％的金属粉体直径小于3μm，50％的金属粉体直径小于9μm，90％的金属粉体直径小于24μm；
所述抗氧化剂选自：抗氧剂T501、抗氧剂2246以及抗氧剂1010中的任意一种或多种；
所述润滑剂为：硬脂酸和/或石蜡。
2.一种包括权利要求1所述组合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：
步骤一、金属经水雾化法和/或气雾化法制金属粉末，研磨过筛得金属粉体；
步骤二、粘结剂、润滑剂以及抗氧化剂包覆在所述金属粉体的表面，得第一产物；
步骤三、所述第一产物依次经搅拌密炼以及造粒，得产品。
3.根据权利要求2所述组合物的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述包覆的方法为物理方法或化学方法；
所述物理方法为：涂布法、真空雾化法、离子筛分法以及分子束外延生法中的任意一种；
所述化学方法为：化学气相沉积法、氧化法、扩散法以及溶胶法中的任意一种。
4.根据权利要求2所述组合物的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述搅拌密炼的温度为180～210℃，所述搅拌密炼的时间为70～90min，所述搅拌密炼的转速为40～60r/min；
步骤三中，所述造粒得到的产品粒径为2～4mm。
5.一种包括权利要求1所述的组合物或权利要求2至4任意一项所述组合物的制备方法得到的产品在金属注塑成型材料领域的应用。
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