CN113399667B - 一种钛合金金属粉末注射成型喂料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钛合金金属粉末注射成型喂料及其制备方法，所述喂料以质量百分比计，包括：球化钛合金粉末88％，聚甲醛6％，聚甲基丙烯酸甲酯4％，润滑剂1.5％和抗氧化剂0.5％。本发明的钛合金喂料，拥有较好流动性，在保证较好流动性和注射形状的同时，能快速脱除喂料中粘结剂，避免喂料中粉末长时间脱脂中的氧化现象，能够满足国内商用钛合金喂料的要求，相较巴斯夫喂料成本低至少30％，填补了国内钛合金喂料技术的空白。

Description

一种钛合金金属粉末注射成型喂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及粉末注塑成型技术领域，尤其涉及一种钛合金金属粉末注射成型喂料及其制备方法。
背景技术
钛合金具有密度低于不锈钢、生物相容性好、耐腐蚀性优良、耐磨性好以及比强度高的优点，逐渐成为消费电子产品所青睐的金属材料之一。目前包括手环、智能手表、助听器等众多产品已开始采用钛合金来制备外壳和关键零部件。但是钛合金由于热传导率低，加工硬化现象明显，常规的机加工方法加工难度大、加工效率低、且相关加工设备昂贵。另外市面产品形状复杂，不规则表面较多，有些甚至有多孔表面，这进一步增加了其加工成本。钛合金注射成形工艺在生产中具有极大的优势，可以实现小/微型产品的复杂结构的近净成形，能够满足传统加工方式不能实现的结构。
然而目前较为优秀的钛合金喂料技术主要掌握在国外几家公司手中，国内的钛合金喂料技术尚处于一片空白。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种钛合金金属粉末注射成型喂料及其制备方法。所述技术方案如下：
第一方面，提供了一种钛合金金属粉末注射成型喂料，以质量百分比计，包括：球化钛合金粉末88％，聚甲醛6％，聚甲基丙烯酸甲酯4％，润滑剂1.5％和抗氧化剂0.5％。
进一步的，所述球化钛合金粉末粒径D50＝6-8微米，振实密度大于2.45g/cm3。
进一步的，所述抗氧剂为巴斯夫B215。
第二方面，提供了一种钛合金金属粉末注射成型喂料的制备方法，所述方法包括以下步骤：
混炼：取球化钛合金粉末加入混炼腔，向混炼腔中通入氩气，175℃加热20分钟，混炼螺杆转速20转/分钟，然后加入聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯和抗氧化剂，搅拌混合15分钟后加入润滑剂，继续混炼20分钟；
造粒：切料过程用氩气冷却，得到所述喂料。
进一步的，各组分的质量百分数为：球化钛合金粉末88％，聚甲醛6％，聚甲基丙烯酸甲酯4％，润滑剂1.5％和抗氧化剂0.5％。
进一步的，所述球化钛合金粉末粒径D50＝6-8微米，振实密度大于2.45g/cm3。
进一步的，所述切料速度100转/分钟，喂料粒径1.5-2mm。
进一步的，所述混炼腔中通入氩气压力为1.2-1.5个大气压，流量1L/min。
进一步的，所述抗氧剂为巴斯夫B215。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例中，钛合金金属粉末注射成型喂料以质量百分比计，包括：球化钛合金粉末88％，聚甲醛6％，聚甲基丙烯酸甲酯4％，润滑剂：1.5％和抗氧化剂0.5％。本发明通过对喂料粉末的选型和粘结剂体系的开发制备出符合钛合金注射成形的喂料，通过脱脂烧结后获得组织均匀、高性能的烧结制件。喂料制备过程使用氩气保护及合适的抗氧化剂使得喂料中钛合金粉末不会氧化、高分子材料粘结剂不会降解老化，避免了钛合金中氧、碳的含量增加，使钛合金材料的最终力学性能得到保证，安全环保。本发明的钛合金喂料，拥有较好流动性，在保证较好流动性和注射形状的同时，能快速脱除喂料中粘结剂，避免喂料中粉末长时间脱脂中的氧化现象，能够满足国内商用钛合金喂料的要求，相较巴斯夫喂料成本低至少30％，填补了国内钛合金喂料技术的空白。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供了一种钛合金金属粉末注射成型喂料，以质量百分比计，包括：
球化钛合金(Ti-6Al-4V，TC4)粉末88％，粒径D50＝6-8微米，振实密度大于2.45g/cm3；
聚甲醛6％，共聚型9520；
聚甲基丙烯酸甲酯4％，MFR50；
润滑剂1.5％，Carnauba wax 869；
抗氧化剂0.5％，巴斯夫B215。
上述钛合金金属粉末注射成型喂料通过以下方法制备得到：
(1)混炼：取13.2kg粒径D50＝6-8微米，振实密度大于2.45g/cm3的球化钛合金(TC4)粉末加入混炼造粒一体机的混炼腔内，混炼腔设定温度175℃，混炼螺杆转速20转/分钟，加热20分钟进行预热。待球化钛合金粉末充分加热后，按照上述质量比逐步加入聚甲醛0.9kg、聚甲基丙烯酸甲酯0.6kg和抗氧化剂巴斯夫B215 0.075kg，搅拌混合15分钟后加入润滑剂Carnauba wax 869 0.225kg，继续混炼20分钟。粉末预热和混炼过程中混炼螺杆始终保持20转/分钟的转速旋转搅拌，并以1L/min的流量持续通入氩气，混炼腔内氩气压力保持1.2-1.5个大气压。
通过惰性气体氩气保护，可以防止钛合金粉末与混炼腔内的氧气反应，使用巴斯夫B215抗氧化剂能够减少高分子粘结剂(聚甲醛和聚甲基丙烯酸甲酯)在高温下老化及产生部分碳。
单一的聚甲醛酸催化脱脂效率高，但长时间脱脂工件容易腐蚀及氧化；聚甲基丙烯酸甲酯以后期热脱为主，稳定性强。本发明将两者联合使用，以适当的比例共同作为粘合剂，并加入适宜种类的抗氧化剂，从而保证在后续催化脱脂过程中钛合金工件不被氧化，还能够减少热脱过程残余的杂质产生，并且优化喂料的流动性，有利于后续注射成型时能够更好的填充。
(2)造粒：设置造粒切料速度为100转/分钟，保持喂料粒径1.5-2mm，切料过程用氩气冷却，防止切料过程摩擦过热发生分解，切料完成后得到钛合金金属粉末注射成型喂料。
取目前国内外最好的商用喂料德国巴斯夫TC4喂料作为对比例，与本申请实施例制得的喂料分别进行相关的测试，比较两者的性能。
根据ISO1133标准规定的检验方法检测实施例和对比例的喂料熔融流动指数，用尺寸为100*20*2模具进行注塑，喂料熔融流动指数及喂料脱脂时间见表1所示。
表1喂料熔融流动指数及喂料脱脂时间
检测组 熔融流动指数g/10min 脱脂时间h
实施例 1600g/10min 2h
对比例 730g/10min 3h
从表1可以看出，本发明的方法制备得到的喂料熔融流动指数较高，并且脱脂时间也较短。
对实施例和对比例经过烧结后测试其性能，结果如表2所示。
表2烧结后性能
检测组 密度g/cm<sup>3</sup> 硬度270-330HV 延伸率(％)
实施例 4.38 288 10.8
对比例 4.26 275 8.8
由表2可以看出，本发明的方法制备得到的喂料相较德国巴斯夫TC4喂料，烧结后致密化更优秀，延伸率更高。并且，目前行业内通过MIM工艺制得的钛合金材料很难具有高于10％的延伸率，表明本发明的喂料性能优秀。
本发明通过对喂料粉末的选型和粘结剂体系的开发制备出符合钛合金注射成形的喂料，通过脱脂烧结后获得组织均匀、高性能的烧结制件。喂料制备过程使用了氩气保护及合适的抗氧化剂使得喂料中钛合金粉末不会氧化、高分子材料粘结剂不会降解老化，避免了钛合金中氧、碳的含量增加，使钛合金材料的最终力学性能得到保证，安全环保。本发明的钛合金喂料，拥有较好流动性，在保证较好流动性和注射形状的同时，能快速脱除喂料中粘结剂，避免喂料中粉末长时间脱脂中的氧化现象，能够满足国内商用钛合金喂料的要求，相较巴斯夫喂料成本低至少30％，填补了国内钛合金喂料技术的空白。
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种钛合金金属粉末注射成型喂料，其特征在于，以质量百分数计，包括：球化钛合金粉末88%，聚甲醛6%，聚甲基丙烯酸甲酯4%，润滑剂1.5%和抗氧化剂0.5%。
2.根据权利要求1所述的喂料，其特征在于，所述球化钛合金粉末粒径D50=6-8微米，振实密度大于2.45g/cm3。
3.根据权利要求1所述的喂料，其特征在于，所述抗氧化剂为巴斯夫B215。
4.一种钛合金金属粉末注射成型喂料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
混炼：取球化钛合金粉末加入混炼腔，以1L/min的流量向混炼腔中通入氩气，保持氩气压力为1.2-1.5个大气压，175℃加热20分钟，混炼螺杆转速20转/分钟，然后加入聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯和抗氧化剂，搅拌混合15分钟后加入润滑剂，继续混炼20分钟，其中，各组分的质量百分数为：球化钛合金粉末88%，聚甲醛6%，聚甲基丙烯酸甲酯4%，润滑剂1.5%和抗氧化剂0.5%；
造粒：切料过程用氩气冷却，得到所述喂料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述球化钛合金粉末粒径D50=6-8微米，振实密度大于2.45g/cm3。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述切料速度100转/分钟，喂料粒径1.5-2mm。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述抗氧化剂为巴斯夫B215。
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