CN113249662B - 一种内嵌网芯式金属粉末冶金工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内嵌网芯式金属粉末冶金工艺，属于粉末冶金工艺领域，一种内嵌网芯式金属粉末冶金工艺，通过在模具内安装嵌入立体纤维网芯，在分次压制时，在加热作用下，一方面使热离杆被破坏，从而使立体纤维网芯从模具转移至胚体内，另一方面促使立体纤维网芯内胶水溢出，显著提高金属粉末相互之间的粘合力，使烧结时，胚体不易崩解，从而有效降低废品率，降低材料的浪费，同时可以有效增强立体纤维网芯与金属之间的粘合力，使二者接触的部分连接强度较高，进而有效避免目标金属件的成品内部产生裂缝，使目标金属件的力学性能相较于现有技术显著增强，有效克服现有技术中粉体冶金得到的金属件强度较低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及粉末冶金工艺领域，更具体地说，涉及一种内嵌网芯式金属粉末冶金工艺。
背景技术
粉末冶金是制取金属粉末或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料，经过成形和烧结，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺技术。粉末冶金法与生产陶瓷有相似的地方，均属于粉末烧结技术，因此，一系列粉末冶金新技术也可用于陶瓷材料的制备。由于粉末冶金技术的优点，它已成为解决新材料问题的钥匙，在新材料的发展中起着举足轻重的作用。
但是粉末冶金后的金属制品，往往存在一个强度较低的问题，金属制品在投入使用时，往往容易发生开裂的问题，并且金属粉末在压制过程成胚体进行烧结时，由于粉体颗粒自身受热的变化，还容易导致胚体崩解，造成废品率较高。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种内嵌网芯式金属粉末冶金工艺，它通过在模具内安装嵌入立体纤维网芯，在分次压制时，在加热作用下，一方面使热离杆被破坏，从而使立体纤维网芯从模具转移至胚体内，另一方面促使立体纤维网芯内胶水溢出，显著提高金属粉末相互之间的粘合力，使烧结时，胚体不易崩解，从而有效降低废品率，降低材料的浪费，同时可以有效增强立体纤维网芯与金属之间的粘合力，使二者接触的部分连接强度较高，进而有效避免目标金属件的成品内部产生裂缝，使目标金属件的力学性能相较于现有技术显著增强，有效克服现有技术中粉体冶金得到的金属件强度较低的问题。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种内嵌网芯式金属粉末冶金工艺，包括以下步骤：
S1、首先将立体纤维网芯安装在带有热离孔的模具内，然后将金属粉末投入至模具内；
S2、对模具内的金属粉末进行分次压制，第一次压制后，模具表面进行均匀的低温加热处理，使立体纤维网芯脱离模具，并与第一次压制后的胚体形成一体，然后再次进行压制，压制过程中对模具表面进行均匀的高温加热处理，形成目标胚体；
S3、将目标胚体进行烧结、钻孔、热处理以及打磨，得到目标金属件，完成冶金。
进一步的，所述低温加热处理时温度不超过90℃，低温加热主要用于分离热离杆和立体纤维网芯，该加热温度较低，不易导致立体纤维网芯内的胶水提前溢出，所述高温加热处理的温度不超过150℃，且高温加热温度低于烧结温度，高温加热用于促使立体纤维网芯内胶水溢出，一方面提高金属粉末相互之间的粘合力，使烧结时，胚体不易崩解，另一方面可以有效增强立体纤维网芯与金属之间的粘合力，使二者接触的部分连接强度较高，进而有效避免目标金属件的成品内部产生裂缝。
进一步的，所述第一次压制的机械力不超过第二次压制时机械力的1/2，第一次压制的机械力过大，易牵动与热离杆还处于连接状态的立体纤维网芯边缘部分，使其边缘部分易向上倾斜，导致对第一次压制的胚体产生剪切力，影响其强度。
进一步的，所述立体纤维网芯包括多个在XYZ三个方向上均匀分布的内嵌丝，多个所述内嵌丝上的交叉点处均固定连接有补强球，其中一个方向上多个所述内嵌丝的端部均包裹有热离杆，且热离杆与模具分模线所在截面垂直，便于立体纤维网芯的安装。
进一步的，所述步骤S1中立体纤维网芯安装的具体步骤为：
S11、首先将立体纤维网芯的热离杆端部插入半模上的热离孔内，然后使用热熔胶挤入热离孔内，从而使热离杆被胶固在热离孔内；
S12、然后将另一个半模对准另一侧的热离杆插入，完成立体纤维网芯的安装。
两个半模组成模具整体，便于脱模。
进一步的，所述热离杆包括硅胶球、固定连接在硅胶球外端的自缩绳以及包裹在自缩绳外端的外封层，所述硅胶球与热离孔内壁过盈配合，所述内嵌丝端部嵌入至外封层内，且自缩绳与内嵌丝之间通过活结的方式系接，在热离孔内的热熔胶以及外封层受热熔化后，解除对内嵌丝和自缩绳之间的束缚，此时在自缩绳恢复弹力的拉扯作用下，活结便于内嵌丝与自缩绳的分离，进而使模具与立体限位网芯之间分离，有效保证在进行第二次压制时，不易因较大的压制力导致内嵌丝对胚体产生剪切力，从而有效降低其对胚体强度的影响，另外压制后，可以通过自缩绳将硅胶球从热离孔内取出。
进一步的，所述外封层与挤入热离孔内的热熔胶为同一材料制成，使低温加热时，外封层与热熔胶能够一体受热熔化，所述自缩绳为弹性材料制成，所述内嵌丝为碳纤维材料制成，碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为23000-43000Mpa亦高于钢，使嵌入有立体纤维网芯的目标金属件的力学性能相较于现有技术显著增强，有效克服现有技术中粉体冶金得到的金属件强度较低的问题。
进一步的，所述补强球包括硬壳以及放置在硬壳内的气芯，气芯内填充有高导热气体，优选氦气，所述硬壳内填充有耐高温的液态胶水，所述硬壳上开凿有多个外溢孔外溢孔，所述外溢孔外溢孔内固定镶嵌有热熔柱，所述热熔柱熔点为90-150℃，有效保证耐高温的液态胶水在第二次压制的高温加热过程中溢出，进而有效增强在烧结之前的目标胚体强度更好，使烧结时不易崩解，同时有效增强立体纤维网芯与目标金属件之间烧结后的连接强度，使内部连接处不易开裂，进一步提高强度。
进一步的，所述外溢孔朝向外侧的孔口内径小于朝向内的孔口内径，使得在低温加热时，气芯受热膨胀时，不易将热熔柱挤压至补强球外，从而有效保证补强球的稳定性，在高温加热导致热熔柱熔化后，受热膨胀的气芯可挤压耐高温的液态胶水，使其快速溢出至补强球和胚体的连接处。
进一步的，所述补强球包括上封硬壳以及固定连接在上封硬壳下端的下透硬壳，所述耐高温的液态胶水填充在上封硬壳和下透硬壳围成的空间内，所述下透硬壳为多孔结构，且下透硬壳上包裹有热熔层，所述热熔层熔点为90-150℃，将孔隙设置在下方，当热熔层受热熔化后，使下透硬壳通透，耐高温的液态胶水在重力作用下，直接向下溢出，相较于补强球的上一种设置，结构更简单。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案通过在模具内安装嵌入立体纤维网芯，在分次压制时，在加热作用下，一方面使热离杆被破坏，从而使立体纤维网芯从模具转移至胚体内，另一方面促使立体纤维网芯内胶水溢出，显著提高金属粉末相互之间的粘合力，使烧结时，胚体不易崩解，从而有效降低废品率，降低材料的浪费，同时可以有效增强立体纤维网芯与金属之间的粘合力，使二者接触的部分连接强度较高，进而有效避免目标金属件的成品内部产生裂缝，使目标金属件的力学性能相较于现有技术显著增强，有效克服现有技术中粉体冶金得到的金属件强度较低的问题。
(2)低温加热处理时温度不超过90℃，低温加热主要用于分离热离杆和立体纤维网芯，该加热温度较低，不易导致立体纤维网芯内的胶水提前溢出，高温加热处理的温度不超过150℃，且高温加热温度低于烧结温度，高温加热用于促使立体纤维网芯内胶水溢出，一方面提高金属粉末相互之间的粘合力，使烧结时，胚体不易崩解，另一方面可以有效增强立体纤维网芯与金属之间的粘合力，使二者接触的部分连接强度较高，进而有效避免目标金属件的成品内部产生裂缝。
(3)第一次压制的机械力不超过第二次压制时机械力的1/2，第一次压制的机械力过大，易牵动与热离杆还处于连接状态的立体纤维网芯边缘部分，使其边缘部分易向上倾斜，导致对第一次压制的胚体产生剪切力，影响其强度。
(4)立体纤维网芯包括多个在XYZ三个方向上均匀分布的内嵌丝，多个内嵌丝上的交叉点处均固定连接有补强球，其中一个方向上多个内嵌丝的端部均包裹有热离杆，且热离杆与模具分模线所在截面垂直，便于立体纤维网芯的安装。
(5)热离杆包括硅胶球、固定连接在硅胶球外端的自缩绳以及包裹在自缩绳外端的外封层，硅胶球与热离孔内壁过盈配合，内嵌丝端部嵌入至外封层内，且自缩绳与内嵌丝之间通过活结的方式系接，在热离孔内的热熔胶以及外封层受热熔化后，解除对内嵌丝和自缩绳之间的束缚，此时在自缩绳恢复弹力的拉扯作用下，活结便于内嵌丝与自缩绳的分离，进而使模具与立体限位网芯之间分离，有效保证在进行第二次压制时，不易因较大的压制力导致内嵌丝对胚体产生剪切力，从而有效降低其对胚体强度的影响，另外压制后，可以通过自缩绳将硅胶球从热离孔内取出。
(6)外封层与挤入热离孔内的热熔胶为同一材料制成，使低温加热时，外封层与热熔胶能够一体受热熔化，自缩绳为弹性材料制成，内嵌丝为碳纤维材料制成，碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为23000-43000Mpa亦高于钢，使嵌入有立体纤维网芯的目标金属件的力学性能相较于现有技术显著增强，有效克服现有技术中粉体冶金得到的金属件强度较低的问题。
(7)补强球包括硬壳以及放置在硬壳内的气芯，气芯内填充有高导热气体，优选氦气，硬壳内填充有耐高温的液态胶水，硬壳上开凿有多个外溢孔外溢孔，外溢孔外溢孔内固定镶嵌有热熔柱，热熔柱熔点为90-150℃，有效保证耐高温的液态胶水在第二次压制的高温加热过程中溢出，进而有效增强在烧结之前的目标胚体强度更好，使烧结时不易崩解，同时有效增强立体纤维网芯与目标金属件之间烧结后的连接强度，使内部连接处不易开裂，进一步提高强度。
(8)外溢孔朝向外侧的孔口内径小于朝向内的孔口内径，使得在低温加热时，气芯受热膨胀时，不易将热熔柱挤压至补强球外，从而有效保证补强球的稳定性，在高温加热导致热熔柱熔化后，受热膨胀的气芯可挤压耐高温的液态胶水，使其快速溢出至补强球和胚体的连接处。
(9)补强球包括上封硬壳以及固定连接在上封硬壳下端的下透硬壳，耐高温的液态胶水填充在上封硬壳和下透硬壳围成的空间内，下透硬壳为多孔结构，且下透硬壳上包裹有热熔层，热熔层熔点为90-150℃，将孔隙设置在下方，当热熔层受热熔化后，使下透硬壳通透，耐高温的液态胶水在重力作用下，直接向下溢出，相较于补强球的上一种设置，结构更简单。
附图说明
图1为本发明的主要的流程框图；
图2为本发明的立体纤维网芯立体的结构示意图；
图3为本发明的立体纤维网芯正面的结构示意图；
图4为本发明的热离杆部分的结构示意图；
图5为本发明的热离杆安装进模具的热离孔后的结构示意图；
图6为本发明的补强球正面的结构示意图；
图7为本发明实施例2中补强球的结构示意图。
图中标号说明：
1内嵌丝、2补强球、21硬壳、22气芯、3硅胶球、4自缩绳、5外封层、7外溢孔、81上封硬壳、82下透硬壳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图；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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1，一种内嵌网芯式金属粉末冶金工艺，包括以下步骤：
S1、首先将立体纤维网芯安装在带有热离孔的模具内，然后将金属粉末投入至模具内；
请参阅图5，图中a表示模具，b表示热离孔，c表示热熔胶，步骤S1中立体纤维网芯安装的具体步骤为：
S11、首先将立体纤维网芯的热离杆端部插入半模上的热离孔内，然后使用热熔胶挤入热离孔内，从而使热离杆被胶固在热离孔内；
S12、然后将另一个半模对准另一侧的热离杆插入，完成立体纤维网芯的安装，两个半模组成模具整体，便于脱模。
S2、对模具内的金属粉末进行分次压制，第一次压制后，模具表面进行均匀的低温加热处理，使立体纤维网芯脱离模具，并与第一次压制后的胚体形成一体，然后再次进行压制，压制过程中对模具表面进行均匀的高温加热处理，形成目标胚体；
S3、将目标胚体进行烧结、钻孔、热处理以及打磨，得到目标金属件，完成冶金。
低温加热处理时温度不超过90℃，低温加热主要用于分离热离杆和立体纤维网芯，该加热温度较低，不易导致立体纤维网芯内的胶水提前溢出，高温加热处理的温度不超过150℃，且高温加热温度低于烧结温度，高温加热用于促使立体纤维网芯内胶水溢出，一方面提高金属粉末相互之间的粘合力，使烧结时，胚体不易崩解，另一方面可以有效增强立体纤维网芯与金属之间的粘合力，使二者接触的部分连接强度较高，进而有效避免目标金属件的成品内部产生裂缝，第一次压制的机械力不超过第二次压制时机械力的1/2，第一次压制的机械力过大，易牵动与热离杆还处于连接状态的立体纤维网芯边缘部分，使其边缘部分易向上倾斜，导致对第一次压制的胚体产生剪切力，影响其强度。
请参阅图2-3，立体纤维网芯包括多个在XYZ三个方向上均匀分布的内嵌丝1，多个内嵌丝1上的交叉点处均固定连接有补强球2，其中一个方向上多个内嵌丝1的端部均包裹有热离杆，且热离杆与模具分模线所在截面垂直，便于立体纤维网芯的安装，请参阅图4，热离杆包括硅胶球3、固定连接在硅胶球3外端的自缩绳4以及包裹在自缩绳4外端的外封层5，硅胶球3与热离孔内壁过盈配合，内嵌丝1端部嵌入至外封层5内，且自缩绳4与内嵌丝1之间通过活结的方式系接，在热离孔内的热熔胶以及外封层5受热熔化后，解除对内嵌丝1和自缩绳4之间的束缚，此时在自缩绳4恢复弹力的拉扯作用下，活结便于内嵌丝1与自缩绳4的分离，进而使模具与立体限位网芯之间分离，有效保证在进行第二次压制时，不易因较大的压制力导致内嵌丝1对胚体产生剪切力，从而有效降低其对胚体强度的影响，另外压制后，可以通过自缩绳4将硅胶球3从热离孔内取出。
外封层5与挤入热离孔内的热熔胶为同一材料制成，使低温加热时，外封层5与热熔胶能够一体受热熔化，自缩绳4为弹性材料制成，内嵌丝1为碳纤维材料制成，碳纤维是一种力学性能优异的新材料，它的比重不到钢的1/4，碳纤维树脂复合材料抗拉强度一般都在3500Mpa以上，是钢的7-9倍，抗拉弹性模量为23000-43000Mpa亦高于钢，使嵌入有立体纤维网芯的目标金属件的力学性能相较于现有技术显著增强，有效克服现有技术中粉体冶金得到的金属件强度较低的问题。
请参阅图6，补强球2包括硬壳21以及放置在硬壳21内的气芯22，气芯22内填充有高导热气体，优选氦气，硬壳21内填充有耐高温的液态胶水，硬壳21上开凿有多个外溢孔外溢孔7，外溢孔外溢孔7内固定镶嵌有热熔柱，热熔柱熔点为90-150℃，有效保证耐高温的液态胶水在第二次压制的高温加热过程中溢出，进而有效增强在烧结之前的目标胚体强度更好，使烧结时不易崩解，同时有效增强立体纤维网芯与目标金属件之间烧结后的连接强度，使内部连接处不易开裂，进一步提高强度，外溢孔朝向外侧的孔口内径小于朝向内的孔口内径，使得在低温加热时，气芯22受热膨胀时，不易将热熔柱挤压至补强球2外，从而有效保证补强球2的稳定性，在高温加热导致热熔柱熔化后，受热膨胀的气芯22可挤压耐高温的液态胶水，使其快速溢出至补强球2和胚体的连接处。
通过在模具内安装嵌入立体纤维网芯，在分次压制时，在加热作用下，一方面使热离杆被破坏，从而使立体纤维网芯从模具转移至胚体内，另一方面促使立体纤维网芯内胶水溢出，显著提高金属粉末相互之间的粘合力，使烧结时，胚体不易崩解，从而有效降低废品率，降低材料的浪费，同时可以有效增强立体纤维网芯与金属之间的粘合力，使二者接触的部分连接强度较高，进而有效避免目标金属件的成品内部产生裂缝，使目标金属件的力学性能相较于现有技术显著增强，有效克服现有技术中粉体冶金得到的金属件强度较低的问题。
实施例2：
本实施例与实施例1相比较，补强球2的具体设置结构不同。
补强球2包括上封硬壳81以及固定连接在上封硬壳81下端的下透硬壳82，耐高温的液态胶水填充在上封硬壳81和下透硬壳82围成的空间内，下透硬壳82为多孔结构，且下透硬壳82上包裹有热熔层，热熔层熔点为90-150℃，将孔隙设置在下方，当热熔层受热熔化后，使下透硬壳82通透，耐高温的液态胶水在重力作用下，直接向下溢出，相较于补强球2的上一种设置，结构更简单。
以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种内嵌网芯式金属粉末冶金工艺，其特征在于：包括以下步骤：
S1、首先将立体纤维网芯安装在带有热离孔的模具内，然后将金属粉末投入至模具内；
S2、对模具内的金属粉末进行分次压制，第一次压制后，模具表面进行均匀的低温加热处理，使立体纤维网芯脱离模具，并与第一次压制后的胚体形成一体，然后再次进行压制，压制过程中对模具表面进行均匀的高温加热处理，形成目标胚体；
S3、将目标胚体进行烧结、钻孔、热处理以及打磨，得到目标金属件，完成冶金；
所述立体纤维网芯包括多个在XYZ三个方向上均匀分布的内嵌丝（1），多个所述内嵌丝（1）上的交叉点处均固定连接有补强球（2），其中一个方向上多个所述内嵌丝（1）的端部均包裹有热离杆，且热离杆与模具分模线所在截面垂直；
所述步骤S1中立体纤维网芯安装的具体步骤为：
S11、首先将立体纤维网芯的热离杆端部插入半模上的热离孔内，然后使用热熔胶挤入热离孔内，从而使热离杆被胶固在热离孔内；
S12、然后将另一个半模对准另一侧的热离杆插入，完成立体纤维网芯的安装；
所述热离杆包括硅胶球（3）、固定连接在硅胶球（3）外端的自缩绳（4）以及包裹在自缩绳（4）外端的外封层（5），所述硅胶球（3）与热离孔内壁过盈配合，所述内嵌丝（1）端部嵌入至外封层（5）内，且自缩绳（4）与内嵌丝（1）之间通过活结的方式系接。
2.根据权利要求1所述的一种内嵌网芯式金属粉末冶金工艺，其特征在于：所述低温加热处理时温度不超过90℃，所述高温加热处理的温度不超过150℃，且高温加热温度低于烧结温度。
3.根据权利要求1所述的一种内嵌网芯式金属粉末冶金工艺，其特征在于：所述第一次压制的机械力不超过第二次压制时机械力的1/2。
4.根据权利要求1所述的一种内嵌网芯式金属粉末冶金工艺，其特征在于：所述外封层（5）与挤入热离孔内的热熔胶为同一材料制成，所述自缩绳（4）为弹性材料制成，所述内嵌丝（1）为碳纤维材料制成。
5.根据权利要求1所述的一种内嵌网芯式金属粉末冶金工艺，其特征在于：所述补强球（2）包括硬壳（21）以及放置在硬壳（21）内的气芯（22），所述硬壳（21）内填充有耐高温的液态胶水，所述硬壳（21）上开凿有多个外溢孔（7），所述外溢孔（7）内固定镶嵌有热熔柱，所述热熔柱熔点为90-150℃。
6.根据权利要求5所述的一种内嵌网芯式金属粉末冶金工艺，其特征在于：所述外溢孔朝向外侧的孔口内径小于朝向内的孔口内径。
7.根据权利要求1所述的一种内嵌网芯式金属粉末冶金工艺，其特征在于：所述补强球（2）包括上封硬壳（81）以及固定连接在上封硬壳（81）下端的下透硬壳（82），所述耐高温的液态胶水填充在上封硬壳（81）和下透硬壳（82）围成的空间内，所述下透硬壳（82）为多孔结构，且下透硬壳（82）上包裹有热熔层，所述热熔层熔点为90-150℃。
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