CN113319280A - 新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成型mim生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成型MIM生产工艺，混料工艺、注射工艺、脱脂工艺、烧结工艺、抛光工艺，本工艺可以批量性生产钛及钛合金材料新型材料产品；整个工艺过程工艺参数控制简单，常规性金属粉末注射成形工艺用到的各工序设备即可满足要求；无需高精尖的设备来保证；该工艺可同时适用于其他类型钛及钛合金材料产品生产。

Description

新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成型MIM生产工艺
技术领域：
本发明涉及新型材料设计领域，具体涉及的是一种新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成型MIM生产工艺。
背景技术：
金属粉末注射成型技术是集塑料成型、粉末冶金工艺学和金属材料学等多个学科交叉的产物，利用模具注射成型并经过脱脂、烧结等工艺制造高密度、高精度、高强度及结构复杂的结构零件；
军方对步枪内部的击锤、撞针及抽壳钩零部件提出了以下指标：一是降低零部件密度，减轻重量；二是提升零部件强度，同时满足设计寿命15000次的设计要求；三是具备良好的散热性能；四是提高零部件加工制造精度，误差在±0.05mm之内。
现有技术的缺陷和不足：
1 .传统粉末冶金、铸件加工等生产工艺所生产出的产品无法满足密度低、强度高及散热性能好三项技术指标；
2.传统粉末压制所使用的模具生产的产品尺寸不满足枪械内部零部件的公差要求，不具备批量量产性。
发明内容：
本发明要解决的技术问题是传统粉末冶金、铸件加工等生产工艺所生产出的产品无法满足密度低、强度高及散热性能好三项技术指标；传统粉末压制所使用的模具生产的产品尺寸不满足步枪内部的击锤、撞针及抽壳钩零部件的公差要求，不具备批量量产性。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术手段：产工艺步骤如下：
步骤1：混料工艺，设备采用三维高效混料机
新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，生，放入粉末材料，钛粉88-90份，铝粉5.5-6.5份，钒粉3.5-4.5份，铁粉0.1-0.3份，碳粉0.1-0.2份，将各种金属粉末按照相应体积分数放入到混料瓶内，放入氧化铭球磨球，球料比采用1：1.5 ，充入氩气来保护钛粉防止氧化。在三维高效混料机上混料10小时，将混料后的混合粉末放入密封袋内，抽真空保护；
步骤2：注塑工艺，设备采用注塑机，注塑工艺，设备采用注塑机，其中料筒温度150±10℃、射嘴温度160±10℃、模具温度55±5℃、螺杆转速50r/min、射胶时间5±0.5s、保压时间2±1s、射胶压力60±10MPa；
步骤3：脱脂工艺，采用“溶剂脱脂+热脱脱脂”两种方式。溶剂脱脂使用正庚烷溶液，在温度为50℃的环境下水浴加热5小时，初步溶解粘接剂中的石蜡；热脱脱脂设备采用脱脂炉，充入氮气，通气量为4±0.5m3/h，缓慢升温，采用四段温控路线：室温升温至250±10℃,保温30分钟，热解石蜡和硬脂酸；升温至470±10℃，保温1小时，充分热解石蜡和硬脂酸；升温至520±20℃，保温1小时，热解低密度聚乙烯；升温至600±20℃，保温2小时，脱除粘接剂，使加工件具有一定强度，之后取出进行油冷降温散热；
步骤4：烧结工艺，设备采用烧结炉，在加工件上方覆盖同材质钛合金罩，并在缝隙处填充氧化锆密封。通入气体氮气，通气量为3.5土0.5m3/h，烧结工艺分为预烧结和烧结两个分步骤，预烧结温度为1100±10℃，保温时间为2小时；温度上升至烧结温度1200±10℃，保温时间为3小时，之后取出进行油冷降温散热；
步骤5：抛光工艺，设备采用滚抛机，频率设置30±10HZ，时间20±5分钟。
作为优选，本发明更进一步的技术方案是：
所述的注射工艺采用通用的MIM蜡基体系喂料注射工艺，其中螺杆转速50r/min、射胶压力60±10MPa。
所述的注塑机为力劲POTENZA型注塑机，所述的脱脂炉为罩式脱脂炉，所述的烧结炉为气氛烧结炉，所述的滚抛机为离心式滚抛机。
所述的离心式滚抛机的滚抛介质为清水、8*8棕刚玉斜三角磨料。
所述粘结剂采用聚乙烯、石蜡及硬脂酸混合材料。
所述的脱脂工艺中溶剂脱脂使用正庚烷溶液，50℃环境下水浴加热；氮气通气量为4±0.5m3/h，持续整个工艺过程,从工艺执行开始，持续至温度降至300℃以下。
所述的烧结工艺设备功率可自行按照每分钟升温不超过2.5℃来设置升温曲线，防止加工件发生变形。
所述降温散热方式为油冷降温散热。
本发明所要解决的技术问题是：采用钛及钛合金材料与金属粉末注射成形蜡基粘结剂配制成的金属粉末注射成形（MIM）专用喂料,采用金属粉末注射成形生产工艺,满足密度低、强度高、散热性能好及精度高的要求，实现钛及钛合金材料产品的量产。
本发明具备如下的特点：
1、本工艺可以批量性生产钛及钛合金材料新型材料产品；
2、整个工艺过程工艺参数控制简单,常规性金属粉末注射成形工艺用到的各工序设备即可满足要求。无需高精尖的设备来保证；
3、该工艺可同时适用于其他类型钛及钛合金材料产品生产。
附图说明：
图1为本发明实施例的金属粉末注射成型MIM生产工艺。
具体实施措施：
下面结合实施例，进一步说明本发明。
具体实施例1:
本发明新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺,生产工艺步骤如下：
步骤1：混料工艺，设备采用三维高效混料机，放入粉末材料，钛粉88-90份，铝粉5.5-6.5份，钒粉3.5-4.5份，铁粉0.1-0.3份，碳粉0.1-0.2份，将各种金属粉末按照相应体积分数放入到混料瓶内，放入氧化铭球磨球，球料比采用1：1.5 ，充入氩气来保护钛粉防止氧化。在三维高效混料机上混料10小时，将混料后的混合粉末放入密封袋内，抽真空保护；
步骤2：注塑工艺，设备采用注塑机，注塑工艺，设备采用注塑机，其中料筒温度150±10℃、射嘴温度160±10℃、模具温度55±5℃、螺杆转速50r/min、射胶时间5±0.5s、保压时间2±1s、射胶压力60±10MPa；
步骤3：脱脂工艺，采用“溶剂脱脂+热脱脱脂”两种方式。溶剂脱脂使用正庚烷溶液，在温度为50℃的环境下水浴加热5小时，初步溶解粘接剂中的石蜡；热脱脱脂设备采用脱脂炉，充入氮气，通气量为4±0.5m3/h，缓慢升温，采用四段温控路线：室温升温至250±10℃,保温30分钟，热解石蜡和硬脂酸；升温至470±10℃，保温1小时，充分热解石蜡和硬脂酸；升温至520±20℃，保温1小时，热解低密度聚乙烯；升温至600±20℃，保温2小时，脱除粘接剂，使加工件具有一定强度，之后取出进行油冷降温散热；
步骤4：烧结工艺，设备采用烧结炉，在加工件上方覆盖同材质钛合金罩，并在缝隙处填充氧化锆密封。气氛为氮气，通气量为3.5±0.5m3/h，烧结工艺分为预烧结和烧结两个分步骤，预烧结温度为1100±10℃，保温时间为2小时；温度上升至烧结温度1200±10℃，保温时间为3小时，之后取出进行油冷降温散热；
步骤5：抛光工艺，设备采用滚抛机，频率设置30±10HZ，时间20±5分钟。
具体实施例2：
本发明新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺,混料工艺、注射工艺、脱脂工艺、烧结工艺、抛光工艺，混料工艺设备采用三维高效混料机，将钛粉88-90份，铝粉5.5-6.5份，钒粉3.5-4.5份，铁粉0.1-0.3份，碳粉0.1-0.2份各种金属粉末按照相应体积分数放入到混料瓶内，按照球料比1：1.5放入氧化铭球磨球，充入氩气来保护钛粉防止氧化。在三维高效混料机上混料10小时，将混料后的混合粉末放入密封袋内，抽真空保护。
具体实施例3：
本发明新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺,混料工艺、注射工艺、脱脂工艺、烧结工艺、抛光工艺，注射工艺采用通用的MIM蜡基体系喂料注射工艺，其中料筒温度150±10℃、射嘴温度160±10℃、模具温度55±5℃、螺杆转速50r/min、射胶时间5±0.5s、保压时间2±1s、射胶压力60±10MPa。
具体实施例4：
本发明新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺,混料工艺、注射工艺、脱脂工艺、烧结工艺、抛光工艺，所述的注塑机为东华9OF2V型注塑机，所述的脱脂炉为罩式脱脂炉，所述粘结剂采用聚乙烯、石蜡及硬脂酸混合材料，所述降温方式为油冷降温散热，所述的烧结炉为气氛烧结炉，所述的滚抛机为离心式滚抛机。
具体实施例5：
本发明新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺,混料工艺、注射工艺、脱脂工艺、烧结工艺、抛光工艺，所述的离心式滚抛机的滚抛介质为清水、8*8棕刚玉斜三角磨料。
具体实施例6：
本发明新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺,混料工艺、注射工艺、脱脂工艺、烧结工艺、抛光工艺，所述的脱脂工艺中溶剂脱脂使用正庚烷溶液，50℃环境下水浴加热；充入氮气通气量为4±0.5m3/h，持续整个工艺过程,从工艺执行开始，持续至温度降至300℃以下。
具体实施例7：
本发明新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺,混料工艺、注射工艺、脱脂工艺、烧结工艺、抛光工艺，所述的烧结工艺设备功率可自行按照每分钟升温不超过2.5℃来设置升温曲线，防止加工件发生变形。
具体实施例8：
本发明新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺,混料工艺、注射工艺、脱脂工艺、烧结工艺、抛光工艺，所述的降温降温方式为油冷降温散热。
具体实施例9：
本发明新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺,混料工艺、注射工艺、脱脂工艺、烧结工艺、抛光工艺，混料工艺设备采用三维高效混料机，将各种金属粉末按照钛粉88-90份，铝粉5.5-6.5份，钒粉3.5-4.5份，铁粉0.1-0.3份，碳粉0.1-0.2份相应体积分数放入到混料瓶内，放入氧化铭球磨球，球料比采用1：1.5 ，充入氩气来保护钛粉防止氧化。在三维高效混料机上混料10小时，将混料后的混合粉末放入密封袋内，抽真空保护。注塑工艺设备采用力劲POTENZA型注塑机，注塑工艺，设备采用注塑机，其中料筒温度150±10℃、射嘴温度160±10℃、模具温度55±5℃、螺杆转速50r/min、射胶时间5±0.5s、保压时间2±1s、射胶压力60±10MPa；脱脂工艺，采用“溶剂脱脂+热脱脱脂”两种方式；溶剂脱脂使用正庚烷溶液，在温度为50℃的环境下水浴加热5小时，初步溶解粘接剂中的石蜡；热脱脱脂设备采用脱脂炉，充入氮气，通气量为4±0.5m3/h，缓慢升温，采用四段温控路线：室温升温至250±10℃,保温30分钟，热解石蜡和硬脂酸；升温至470±10℃，保温1小时，充分热解石蜡和硬脂酸；升温至520±20℃，保温1小时，热解低密度聚乙烯；升温至600±20℃，保温2小时，脱除粘接剂，使加工件具有一定强度，之后取出采用油冷降温。烧结工艺中设备采用气氛烧结炉，在加工件上方覆盖同材质钛合金罩，并在缝隙处填充氧化锆密封。气氛为氮气，通气量为3.5±0.5m3/h，烧结工艺分为预烧结和烧结两个分步骤，预烧结温度为1100±10℃，保温时间为2小时；采用2.5℃min的缓慢加热速率上升至烧结温度1200±10℃，保温时间为3小时，之后取出采用油冷降温。抛光工艺中设备采用滚抛机，频率设置30±10HZ，时间20±5分钟；
对于新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成形MIM生产工艺，权利要求保护使用预烧结和烧结相结合的烧结方式。采用预烧结是为了进一步消除内部残余的粘接剂，同时使内部形成烧结颈，使颗粒之间开始融合；之后缓慢升温使为了保证加工件由于脱脂过程中打开的空隙在加热过程中缓慢闭合，保证加工件需要的强度。同时在加工件上方覆盖同材质钛合金罩，并在缝隙处填充氧化锆密封，防止其他元素混入；
按照以上工艺生产的步枪内部的击锤、撞针及抽壳钩零部件，密度4.49-4.51g/cm3，热导率7.9-8.0W/m·K，比热=0.60-0.65j/g·℃，强度1010-1015MPa，满足产品对密度，强度，导热性能及精度要求。
具体实施例10：
由于以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护不限于此，任何本技术领域的技术人员所能想到本技术方案技术特征的等同的变化或替代，都涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成型MIM生产工艺，其特征在于：生产工艺步骤如下：步骤1：混料工艺，设备采用三维高效混料机，放入粉末材料，钛粉88-90份，铝粉5.5-6.5份，钒粉3.5-4.5份，铁粉0.1-0.3份，碳粉0.1-0.2份，将各种金属粉末按照相应体积分数放入到混料瓶内，放入氧化铭球磨球，球料比采用1：1.5 ，充入氩气来保护钛粉防止氧化；在三维高效混料机上混料10小时，将混料后的混合粉末放入密封袋内，抽真空保护；步骤2：注塑工艺，设备采用注塑机，其中料筒温度150±10℃、射嘴温度160±10℃、模具温度55±5℃、螺杆转速50r/min、射胶时间5±0.5s、保压时间2±1s、射胶压力60±10MPa；步骤3：脱脂工艺，采用“溶剂脱脂+热脱脱脂”两种方式；溶剂脱脂使用正庚烷溶液，在温度为50℃的环境下水浴加热5小时，初步溶解粘接剂中的石蜡；热脱脱脂设备采用脱脂炉，充入氮气，通气量为4±0.5m3/h，缓慢升温，采用四段温控路线：室温升温至250±10℃,保温30分钟，热解石蜡和硬脂酸；升温至470±10℃，保温1小时，充分热解石蜡和硬脂酸；升温至520±20℃，保温1小时，热解低密度聚乙烯；升温至600±20℃，保温2小时，脱除粘接剂，使加工件具有一定强度，之后取出降温；步骤4：烧结工艺，设备采用烧结炉，在加工件上方覆盖同材质钛合金罩，并在缝隙处填充氧化锆密封；通入气体为氮气，通气量为3.5±0.5m3/h，烧结工艺分为预烧结和烧结两个分步骤，预烧结温度为1100±10℃，保温时间为2小时；温度上升至烧结温度1200±10℃，保温时间为3小时，之后取出降温；步骤5：抛光工艺，设备采用滚抛机，频率设置30±10HZ，时间20±5分钟。
2.根据权利要求书1所描述的新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成型MIM生产工艺，其特征在于：所述的注射工艺采用通用的MIM蜡基体系喂料注射工艺，其中螺杆转速50r/min、射胶压力60±10MPa。
3.根据权利要求书1所描述的新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成型MIM生产工艺，其特征在于：所述的注塑机为力劲POTENZA型注塑机，所述的脱脂炉为罩式脱脂炉，所述的烧结炉为气氛烧结炉，所述的滚抛机为离心式滚抛机。
4.根据权利要求书1所描述的新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成型MIM生产工艺，其特征在于：所述粘结剂采用聚乙烯、石蜡及硬脂酸混合材料。
5.根据权利要求书1所描述的新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成型MIM生产工艺，其特征在于：所述的烧结炉为气氛烧结炉，在加工件上方覆盖同材质钛合金罩，并在缝隙处填充氧化锆密封。
6.根据权利要求书1所描述的新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成型MIM生产工艺，其特征在于：所述的离心式滚抛机的滚抛介质为清水、8*8棕刚玉斜三角磨料。
7.根据权利要求书1所描述的新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成型MIM生产工艺，其特征在于：所述的脱脂工艺中溶剂脱脂使用正庚烷溶液，50℃环境下水浴加热；通入器提为氮气，通气量为4±0.5m3/h，持续整个工艺过程,从工艺执行开始，持续至温度降至300℃以下。
8.根据权利要求书1所描述的新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成型MIM生产工艺，其特征在于：所述的烧结工艺设备功率可自行按照每分钟升温不超过2.5℃来设置升温曲线，防止加工件发生变形。
9.根据权利要求书1所描述的新型钛及钛合金材料的金属粉末注射成型MIM生产工艺，其特征在于：所述降温散热方式为油冷降温散热。
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