CN113787190A - 金属注射成型用喂料的制备方法、喂料以及金属零件 - Google Patents

金属注射成型用喂料的制备方法、喂料以及金属零件 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种金属注射成型用喂料的制备方法、喂料以及金属零件。金属注射成型用喂料的制备方法包括如下步骤：提供原料并且将原料分成两份；将一份原料加热形成第一熔融混合物，充分搅拌密炼后进行第一次挤出造粒，得到半成品；将另一份原料加热形成第二熔融混合物，充分搅拌密炼后向第二熔融混合物中加入半成品，再次充分搅拌密炼后进行第二次挤出造粒，得到喂料。这种金属注射成型用喂料的制备方法中通过第一次挤出造粒制备粒径较小的半成品，接着将半成品和第二熔融混合物混合形成喂料的原料，由于半成品的参与，从而降低了喂料的原料的密度差异，丰富了喂料的原料的粒径分布，从而提高了喂料的原料的混合均匀度。

Description

金属注射成型用喂料的制备方法、喂料以及金属零件
技术领域
本发明涉及金属注射成形领域，尤其是涉及一种金属注射成型用喂料的制备方法、喂料以及金属零件。
背景技术
随着现代科学技术的发展对材料制品的要求越来越高，很多情况下需要各种复杂形状的金属零部件来满足使用要求。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，在生产小型复杂形状的精密零部件方面具有很大的优势。
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金属粉末和粘结剂混合成均匀的喂料原料，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。
MIM技术的核心即在于大量粘结剂的加入和脱除，粘结剂通常为石蜡、油、塑料等材料。金属粉末与粘结剂混合成喂料的原料后，由于密度差异大、粒径分布单一等原因，存在着混合均匀性差的问题，这就容易使得制得的喂料中，先挤出的喂料颗粒和后挤出的喂料颗粒内的组分配比不同，从而影响最终制得的金属零件的形状保持。
发明内容
基于此，有必要提供一种可以解决上述问题的金属注射成型用喂料的制备方法。
此外，还有必要提供一种上述金属注射成型用喂料的制备方法制得的喂料以及金属零件。
一种金属注射成型用喂料的制备方法，包括如下步骤：
提供原料并且将所述原料分成两份，所述原料包括粘结剂和金属粉末；
将一份所述原料加热形成第一熔融混合物，充分搅拌密炼后进行第一次挤出造粒，得到粒径为1mm～2.4mm的半成品；以及
将另一份所述原料加热形成第二熔融混合物，充分搅拌密炼后向所述第二熔融混合物中加入所述半成品，再次充分搅拌密炼后进行第二次挤出造粒，得到粒径为1.5mm～6mm的喂料，其中，所述第二熔融混合物和所述半成品的质量比为1.5～5：1。
一种喂料，由上述的金属注射成型用喂料的制备方法制备得到。
一种金属零件，由上述的喂料制备得到。
这种金属注射成型用喂料的制备方法中通过第一次挤出造粒制备粒径较小的半成品，接着将半成品和第二熔融混合物混合形成喂料的原料，由于半成品的参与，从而降低了喂料的原料的密度差异，丰富了喂料的原料的粒径分布，从而提高了喂料的原料的混合均匀度，从而使得制得的喂料中，先挤出的喂料颗粒和后挤出的喂料颗粒内的组分配比一致，避免对最终制得的金属零件的形状保持造成影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为一实施方式的金属注射成型用喂料的制备方法的流程图。
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作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。
本发明公开了一实施方式的金属注射成型用喂料的制备方法，包括如下步骤：
S10、提供原料并且将原料分成两份，原料包括粘结剂和金属粉末。
需要指出的是，分成两份的原料中，各个组份的配比是完全相同的。
一般来说，原料中粘接剂和金属粉末的具体配比可以根据实际需求设置。
优选的，原料中，粘结剂和金属粉末的质量比为1：8～16。
金属粉末可以直接购买，也可以通过水雾化法、气雾化法等方法制备。
优选的，金属粉末的粒径为10μm～200μm。
粘结剂可以直接购买得到，也可以按照需求自行配置。
优选的，本实施方式中，粘接剂按照质量份数包括：95份～97份的聚甲醛树脂、1.6份～2.4份的低密度聚乙烯、1.2份～2.2份的聚酰胺以及0.2份～0.4份的乙烯-醋酸乙烯共聚物。
在其他的实施方式中，也可以选择其他类型的粘结剂。
更优选的，本实施方式中，原料还包括润滑剂和抗氧化剂。
润滑剂和抗氧化剂可以根据实际需求选择具体的组分和添加量。
本实施方式中，粘结剂、润滑剂和抗氧化剂的质量比可以为100：4～10：0.25～0.6。
本实施方式中，润滑剂选自硬脂酸和石蜡中的至少一种，抗氧化剂选自：抗氧剂T501、抗氧剂2246和抗氧剂1010中至少一种。
S20、将一份原料加热形成第一熔融混合物，充分搅拌密炼后进行第一次挤出造粒，得到粒径为1mm～2.4mm的半成品。
一般来说，具体的加热温度可以根据实际需求确定。
优选的，S20中，一份原料的加热温度为160℃～210℃；
具体来说，将一份原料加热形成第一熔融混合物的操作为：
将一份原料中的金属粉末加热至160℃～210℃，搅拌状态下加入一份原料中的粘结剂，继续搅拌形成第一熔融混合物。
具体来说，S20中，搅拌的转速为5rpm～50rpm。
S30、将另一份原料加热形成第二熔融混合物，充分搅拌密炼后向第二熔融混合物中加入半成品，再次充分搅拌密炼后进行第二次挤出造粒，得到粒径为1.5mm～6mm的喂料。
一般来说，具体的加热温度可以根据实际需求确定。
优选的，S30中，另一份原料的加热温度为160℃～210℃。
具体来说，将另一份原料加热形成第二熔融混合物，充分搅拌密炼后向第二熔融混合物中加入半成品的操作为：
将另一份原料中的金属粉末加热至160℃～210℃，搅拌状态下加入另一份原料中的粘结剂，继续搅拌形成第二熔融混合物，将第二熔融混合物充分搅拌密炼后降温20℃～50℃，接着加入半成品并且升温20℃～50℃。
这里将第二熔融混合物充分搅拌密炼后降温20℃～50℃的操作，主要是为了避免加入的半成品过快被完全融化。
更优选的，再次充分搅拌密炼的操作中，密炼的时间为15min～45min。限制密炼的时间，主要是为了保证第二次挤出造粒时，半成品处于部分融化的状态，从而保证第二熔融混合物和第二半成品混合均匀。
密炼的时间过短，容易导致混合不够均匀，密炼的时间过长，又会使得半成品完全融化，从而使得半成品的加入没有意义。
优选的，第二熔融混合物和半成品的质量比为1.5～5：1。
一般来说，半成品的粒径与喂料的粒径的比例为1：1.5～2.5。特别优选的，半成品的粒径与喂料的粒径的比例为1：1.5～2.5。
本实施方式中，喂料的粒径为2mm～4mm。
具体来说，S30中，搅拌的转速为5rpm～50rpm。
这种金属注射成型用喂料的制备方法中通过第一次挤出造粒制备粒径较小的半成品，接着将半成品和第二熔融混合物混合形成喂料的原料，由于半成品的参与，从而降低了喂料的原料的密度差异，丰富了喂料的原料的粒径分布，从而提高了喂料的原料的混合均匀度，从而使得制得的喂料中，先挤出的喂料颗粒和后挤出的喂料颗粒内的组分配比一致，避免对最终制得的金属零件的形状保持造成影响。
本发明还公开了一种由上述的金属注射成型用喂料的制备方法制备得到的喂料。
本发明还公开了一种由上述的喂料制备得到的金属零件。
以下为具体实施例。
具体实施例中，粘结剂由97wt％聚甲醛树脂、1.6wt％低密度聚乙烯、1.2wt％聚酰胺和0.2wt％乙烯-醋酸乙烯共聚物组成，金属粉末为平均粒径为24μm的304不锈钢粉末，润滑剂为石蜡，抗氧化剂为抗氧剂T501。
实施例1
将2000份的金属粉末投入密炼机中加热至180℃，搅拌状态下加入160份的粘结剂、12份的润滑剂和7份的抗氧化剂，继续搅拌形成第一熔融混合物，充分搅拌密炼2h后进行第一次挤出造粒，得到粒径为2mm的半成品。其中，搅拌的速度为15rpm。
将2000份的金属粉末投入密炼机中加热至180℃，搅拌状态下加入160份的粘结剂、12份的润滑剂和7份的抗氧化剂，继续搅拌形成第二熔融混合物，将第二熔融混合物充分搅拌密炼2h后降温40℃，接着加入半成品并且升温40℃，再次充分搅拌密炼30min后进行第二次挤出造粒，得到粒径为4mm的喂料。其中，搅拌的速度为15rpm，第二熔融混合物和半成品的质量比为3：1。
实施例2
将2000份的金属粉末投入密炼机中加热至160℃，搅拌状态下加入160份的粘结剂、12份的润滑剂和7份的抗氧化剂，继续搅拌形成第一熔融混合物，充分搅拌密炼2h后进行第一次挤出造粒，得到粒径为1mm的半成品。其中，搅拌的速度为15rpm。
将2000份的金属粉末投入密炼机中加热至160℃，搅拌状态下加入160份的粘结剂、12份的润滑剂和7份的抗氧化剂，继续搅拌形成第二熔融混合物，将第二熔融混合物充分搅拌密炼2h后降温20℃，接着加入半成品并且升温20℃，再次充分搅拌密炼15min后进行第二次挤出造粒，得到粒径为2mm的喂料。其中，搅拌的速度为15rpm，第二熔融混合物和半成品的质量比为3：1。
实施例3
将2000份的金属粉末投入密炼机中加热至210℃，搅拌状态下加入160份的粘结剂、12份的润滑剂和7份的抗氧化剂，继续搅拌形成第一熔融混合物，充分搅拌密炼2h后进行第一次挤出造粒，得到粒径为2.4mm的半成品。其中，搅拌的速度为15rpm。
将2000份的金属粉末投入密炼机中加热至210℃，搅拌状态下加入160份的粘结剂、12份的润滑剂和7份的抗氧化剂，继续搅拌形成第二熔融混合物，将第二熔融混合物充分搅拌密炼2h后降温50℃，接着加入半成品并且升温50℃，再次充分搅拌密炼45min后进行第二次挤出造粒，得到粒径为6mm的喂料。其中，搅拌的速度为15rpm，第二熔融混合物和半成品的质量比为3：1。
对比例
将2000份的金属粉末投入密炼机中加热至180℃，搅拌状态下加入160份的粘结剂、12份的润滑剂和7份的抗氧化剂，继续搅拌形成熔融混合物，充分搅拌密炼2h后进行第一次挤出造粒，得到粒径为4mm的喂料。其中，搅拌的速度为15rpm。
测试例
分别对实施例1、实施例2、实施例3以及对比例制得的喂料，于160℃注射成型，模具加热温度为100℃，注射压力为80MPa。
成型后的模具在催化脱脂炉中于120℃下用硝酸进行催化脱脂，然后依次进行1250℃预烧结和2400℃烧结，制得尺寸为80mm×60mm×20mm的立方体金属零件毛坯，分别记为产品1(对应实施例1)、产品2(对应实施例2)、产品3(对应实施例3)和产品4(对应对比例)。
分别检测产品1、产品2、产品3和产品4的变形尺寸，得到下表1。
表1：各个产品的变形尺寸
长度变形 宽度变形 高度变形
产品1 0.33mm 0.23mm 0.07mm
产品2 0.34mm 0.25mm 0.07mm
产品3 0.35mm 0.23mm 0.08mm
产品4 0.38mm 0.26mm 0.11mm
由表1可以看出，产品1、产品2和产品3的形状保持明显由于产品4。
特别需要指出的是，产品1、产品2和产品3在高度和宽度的形状保持方面，相对于产品4具有一定的改善，产品1、产品2和产品3在高度的形状保持方面，相对于产品4具有明显的改善，其表现在变形率降低明显。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种金属注射成型用喂料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供原料并且将所述原料分成两份，所述原料包括粘结剂和金属粉末；
将一份所述原料加热形成第一熔融混合物，充分搅拌密炼后进行第一次挤出造粒，得到粒径为1mm～2.4mm的半成品；以及
将另一份所述原料加热形成第二熔融混合物，充分搅拌密炼后向所述第二熔融混合物中加入所述半成品，再次充分搅拌密炼后进行第二次挤出造粒，得到粒径为1.5mm～6mm的喂料，其中，所述第二熔融混合物和所述半成品的质量比为1.5～5：1。
2.根据权利要求1所述的金属注射成型用喂料的制备方法，其特征在于，所述将一份所述原料加热形成第一熔融混合物的操作中，一份所述原料的加热温度为160℃～210℃。
3.根据权利要求2所述的金属注射成型用喂料的制备方法，其特征在于，所述将一份所述原料加热形成第一熔融混合物的操作为：
将一份所述原料中的所述金属粉末加热至160℃～210℃，搅拌状态下加入一份所述原料中的所述粘结剂，继续搅拌形成第一熔融混合物。
4.根据权利要求1所述的金属注射成型用喂料的制备方法，其特征在于，所述将另一份所述原料加热形成第二熔融混合物的操作中，另一份所述原料的加热温度为160℃～210℃。
5.根据权利要求4所述的金属注射成型用喂料的制备方法，其特征在于，所述将另一份所述原料加热形成第二熔融混合物，充分搅拌密炼后向所述第二熔融混合物中加入所述半成品的操作为：
将另一份所述原料中的所述金属粉末加热至160℃～210℃，搅拌状态下加入另一份所述原料中的所述粘结剂，继续搅拌形成第二熔融混合物，将所述第二熔融混合物充分搅拌密炼后降温20℃～50℃，接着加入所述半成品并且升温20℃～50℃。
6.根据权利要求1～5中任意一项所述的金属注射成型用喂料的制备方法，其特征在于，所述半成品的粒径与所述喂料的粒径的比例为1：1.5～2.5。
7.根据权利要求6所述的金属注射成型用喂料的制备方法，其特征在于，所述原料中，所述粘结剂和所述金属粉末的质量比为1：8～16。
8.根据权利要求7所述的金属注射成型用喂料的制备方法，其特征在于，所述喂料的粒径为2mm～4mm，所述金属粉末的粒径为10μm～200μm。
9.一种喂料，其特征在于，由权利要求1～8中任意一项所述的金属注射成型用喂料的制备方法制备得到。
10.一种金属零件，其特征在于，由权利要求9所述的喂料制备得到。
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