CN116288052A - 精密制件用粉末冶金材料、粉末冶金加工方法及制件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种精密成型用粉末冶金材料，包括铁基粉末和粘合剂，其特征在于，所述铁基粉末按质量百分比计、包括如下组分：Cr16～18％、Ni10～14％、Mo2～4％、Si0.3～1.0％、Co0.1～0.3％、C≤0.03％、S≤0.03％、P≤0.03％，余量为Fe以及不可避免的杂质。本发明再一方面提供了一种使用上述粉末冶金材料的加工方法，在成型过程中，成型温度为165～175℃、注射压力为90～95MPa、保压时间为15～20s。本发明还提供了一种粉末冶金制件，该制件由本发明中的加工方法制成，具有优良的力学性能和表面性能，使得制件在各项不同性能中达到最佳的平衡状态。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金原料及加工技术领域，具体涉及一种适用于精密制件 的粉末冶金材料、使用该粉末冶金材料的粉末冶金加工方法、使用上述方法制 备得到的制件。
背景技术
金属粉末注射成型技术(Metal Injection Molding，以下简称MIM)是以金 属粉末作为原料的近净成型加工工艺，其工艺流程包括：将金属原料粉末按照 一定比例与预设粘合剂均匀混合，制成具有流变特性的喂料，通过注塑机将喂 料注入模具型腔制成零件毛坯，然后将毛坯件进行脱除粘合剂处理，最后进行 高温烧结，从而得到微观组织均匀、材料高度致密的各种金属零部件。粘合剂 一般为包含热塑性塑料、蜡基材料或其他材料的混合物。MIM工艺中，金属原 料粉末的选择尤其重要，必须确定合适的金属粉末混合物的成分以及与之相适 配的注塑、烧结条件，否则部件产品会产生熔接线、内部应力、裂纹、弯曲变 形等不良情况。
铁基粉末冶金材料是以铁粉为主要成分的粉末原料，铁基材料具有熔点高、 强度高、耐热强度高、抗压性高、成本低等特点，所以在MIM工艺中是一种最 常见的可选择材料。MIM工艺中最常使用的铁基材料为不锈钢粉体材料，在智 能手机、笔记本电脑、智能穿戴设备、汽车、家用电器、医疗器械等常见领域 得到了广泛的应用，尤其是不锈钢粉末直接烧结的零部件应用极为广泛，以汽 车工业为例，某些车型上利用粉末冶金工艺制备的零部件数量超过全部零部件 数量的15％。但正是由于其应用越来越广泛，其应用特点也被逐渐细分，在各 个细分领域对粉末烧结的材料性能提出了越来越高的要求。现有技术中对粉末冶金不锈钢粉体材料的改进方向往往强调增加其成型后构件的整体性能，对细 分领域中特殊结构的需求并未深入探究，从而限制了这一类粉体材料在特定应 用领域的适用范围的进一步扩大。
发明内容
在小型结构件制造领域，现有技术对MIM制件的改善往往集中在强度和硬 度上的提升，但是单纯的提升整体构件力学性能不仅很难做到，而且往往“品 质过剩”，对于成本和制造过程反而会造成较大的压力，从而丧失竞争力。对 于由多种小型非标构件组装而成的装置，如汽车的智能系统零部件、汽车小型 装配功能结构件、智能手机装配结构件、智能钥匙装配件、平板电脑转动件、 智能手表组装结构件等组件来说，能够一体化成型的MIM件使得结构设计和工 业制造都变得更加简便(再复杂的MIM制件也不过是单一零部件)，但是往往 复杂构件不同的部分承担的“任务”不同，也就是说，单一零部件不同部位的 性能要求可能有所区分，这样就要求MIM制件在各项不同性能中达到最佳的平 衡状态。
出于对细分领域的钻研，本发明的目的是提供一种适用于多种不同性能需 求的粉末冶金构件的精密成型用粉末冶金材料，本发明不仅提供了一种精密成 型用粉末冶金材料的组成配方，同时还提供了上述粉末冶金材料加工的方法， 以及利用上述加工方法制备得到的MIM制件。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供了一种
精密成型用粉末冶金材料，包括铁基粉末和粘合剂，其特征在于，所述铁 基粉末按质量百分比计、包括如下组分：
余量为Fe以及不可避免的杂质；
所述粘合剂按质量百分比计、包括如下组分：
余量为石蜡以及不可避免的杂质；
所述碳纳米管(CNTs)纯度≥99.5％，直径为30～50nm，长度为20～50μm； 所述硫化锌、二氧化锰、硫化锑均为粉状颗粒原料，颗粒平均粒径为1～2μm； 所述低密度聚乙烯密度为0.92～0.95g·cm-3；
使用上述粉末冶金材料进行粉末冶金加工的工艺中，所述粘合剂用量以质 量百分比计为0.8～2.3％。
本发明粉末冶金材料中的铁基粉末采用以Cr、Ni元素为主添加元素的成分 体系，同时添加Mo、Si、Co等其他微量合金元素，以达到细化成型后晶粒大小 的目的。本发明的铁基粉末材料还需严格控制C、S、P三种非金属元素的含量， 以质量百分含量低于0.03％为宜，铁基粉末中C元素含量过高在成型过程中容 易产生碳化物的夹杂，S元素过高则会导致材料硬度降低，P元素含量过高则会 明显影响成型后制件的表面光泽度和表面孔隙率。
采用较高质量百分比的Cr、Ni元素虽然会给成型制件带来硬度、强度的提 升，但是使用现有的市售粘合剂(如普通蜡基粘合剂)，与上述铁基粉末混合 后，喂料过程中会发现混合原料黏度非常大、流动性差，尽管铁基粉末为高强 高硬的成分，但是由于流动润湿性能低下，注射成型出来的毛坯件充型不完全， 在成型模具模腔的近浇口和远浇口处无法避免的产生大量气泡的聚集，根本无 法应用于生产。所以，为了使本发明中提供的铁基粉末组分发挥其应有的功能， 必须配套对粘合剂同样进行改善。
本发明中提供的粘合剂在成型温度下与本发明中的铁基粉末具有良好的交 融性，且明显改变混合后原料的流动性，显著降低黏度。碳纳米管(CNTs)具 有优异的力学、电学和热学性能，适量的添加不仅能够增强制件的延伸率、避 免制件硬度过高发生脆断，还能够具有一定的减重效果。但是碳纳米管同时存 在与基体浸润性差、容易出现偏聚的问题，故需要严格控制用量，本发明的体 系中采用质量百分比1～3％即可达到使用要求，质量百分含量不可超标。同时， 在本发明中，一方面采用两种特殊硫化物与二氧化锰的混合粉体复配使用，作 为极性粉体添加剂改善流变特性。单一的粉体由于极性和颗粒形状粒度单一， 添加效果不如多种复合添加。另一方面，粘合剂中采用了较高含量的硬脂酸充 当表面活性剂，能显著降低粘合剂的黏性。再一方面，使用低密度聚乙烯作为 增稠剂用以调节黏度，使增强剂整体分布均匀，对后续加工过程中的脱脂工艺 也有促进作用。在保证粘合剂中的各组分分布均匀的同时，三种极性粉末的存 在能够进一步增加制件的耐刮擦的性能，使烧结后的制件在转动过程中的顺滑 程度、韧性等力学性能具有大幅提升。硬脂酸、低密度聚乙烯和石蜡的组成不 仅能够降低分子间作用力，使粘合剂黏度降低、柔韧性增强，同时还能作为铁 基金属粉末和其他组分之间的桥梁，用以提升原料的均匀性及混合性能，避免 加工过程中铁基粉末和粘合剂发生分离、分层、脱离的不良状况。
作为添加剂，本发明中使用的碳纳米管直径和长度属于中低水平，极性粉 体添加物平均粒径仅为1～2μm，粒度分布均匀，有助于制件的精密成型。
进一步地，本发明中的铁基粉末中还包括质量百分比为5～6％的Ti，且Cr 的质量百分比为17.0～17.5％、Ni的质量百分比为10.8～11.4％、Mo的质量百分 比为3～3.5％。Ti元素的添加需与Cr、Ni含量相适配，以便达到提升制件塑性 和韧性的目的。
再进一步地，铁基粉末中还包括质量百分比为4～6％的Al，用于进一步提升 制件的延伸率和减重。
再进一步优选，所述粘合剂中还包括质量百分比为1～2％的硅烷偶联剂，用 于进一步改善不同界面之间的表面张力，进一步改善混合性能和流变性能，显 著减少成型、脱脂、烧结过程中由于铁基粉体与粘合剂脱离而导致的制件变形。
进一步地，为了保证粘合剂的匀混，制定了所述粘合剂的制备方法为：
将切碎的块状石蜡加入到已升温至75～85℃的混炼机内，在转速为 30～40r/min时混炼10～15min，然后将混炼机温度升至140～145℃，待温度稳定 后加入低密度聚乙烯，保持转速不变的条件下继续混炼0.5～1h，然后依次加入 硬脂酸、硫化锌、二氧化锰、硫化锑、碳纳米管和硅烷偶联剂，保持温度和转 速不变将上述混合物继续混炼0.5～1h，停止混炼、待混合物自然冷却至室温后 取出，即得到所需粘合剂。
本发明再一方面提供了一种使用上述粉末冶金材料的加工方法，即低温低 压成型——成型过程中，成型温度为165～175℃、注射压力为90～95MPa、保压 时间为15～20s。本发明中所指“低温低压”是指相对于现有技术中的MIM工艺 而言的。现有技术中MIM工艺的成型温度往往高于180℃、注射压力大于 100MPa，而本发明中，由于对粉末冶金材料进行了改善，可适用于更低的压力 和温度，不仅降低了生产制程中的能耗，而且间接提升了MIM模具的使用寿命， 对工业化应用具有非常重要的意义。
本发明最后一方面提供了一种粉末冶金制件，该制件由本发明中的加工方 法制成，具有优良的力学性能和表面性能，使得制件在各项不同性能中达到最 佳的平衡状态，不仅能够满足作为结构件的使用，也能够满足作为外观件的使 用。
进一步地，本发明中提供的粉末冶金制件包括环状部及装配部，所述环状 部及装配部为一体成型，且两者之间分界面两端的尺寸差距大于等于30％；
所述环状部包括环形主体及设于主体上的通孔部，所述环形主体为圆环状、 椭圆环状或者近环形状中的一种；
所述装配部包括两端对称的插拔结构，所述插拔结构为台阶状、锯齿状、 波浪状、平滑斜面状中的一种。
上述环状部作为外观制件应用，装配部作为结构制件应用，环状部设有弧 形外观面，而装配部则需要与其他零部件固定相接形成整体部件。在现有技术 中，上述两者结构分界明显、力学及外观性能的要求均非常明显的制件根本无 法利用一体化成型的工艺来制备(实际生产中无法脱模、难以成型、粘料、披 锋、分界面应力集中断裂)。由于本发明中提供的铁基粉末冶金材料流动性优 异，所以其在加工过程中的成型性能同样优异，尤其适用于制备精密构件，或 者适用于具有精密结构设计的制件。再进一步地，由于对成分和粉体表面性能 进行了改善，本发明中制备得到的MIM制件外观效果良好，可配合适当的后处理加工即可获得最终外观制件的效果，既可保证整体之间微观结构的成型精确 度不超过8μm，又能保证最终制件的表面粗糙度和光泽度达到外观制件的要求。
进一步地，由于本发明中的粉末冶金材料和工艺适合用于小型的精密成型 制件，故所述环状部或者装配部的任意维度方向上的长度最大值小于等于 60mm；所述环状部和装配部在任意维度方向上的长度最小值大于等于0.3mm。 对于上述小尺寸制件，本发明中的技术方案能够采用一体化成型的方式实现近 终成型加工。
再进一步地，小尺寸制件上的精密结构同样可以利用本发明中的技术方案 进行加工，加工限度为：所述环状部上的通孔部孔径最小值大于等于3mm；所 述装配部上设有装配孔，所述装配孔孔径最小值大于等于3mm。成型的精密结 构超上述尺寸限制在实际生产中容易造成无法脱模、难以成型、粘料、披锋等 不良。
本发明中提供的精密成型用粉末冶金材料，大幅改善了MIM工艺中原料制 粉喂料过程中混合原料的流变特性，显著降低黏度，使得成型加工过程中，原 料液充型更完全，达到精密制件的加工要求。同时，通过对铁基粉体组成的改 进，改善了制件整体的力学性能，提升了制件的致密程度、延伸率和韧性，同 时还改善了成型后制件的表面光泽度和粗糙度，使得制备得到的MIM制件外观 效果良好，可配合适当的后处理加工即可获得最终外观制件的效果，既可保证 整体之间微观结构的成型精确度不超过8μm，又能保证最终制件的表面粗糙度 和光泽度达到外观制件的要求。本发明提供的粉末冶金方法适用于更低的压力 和温度，不仅降低了生产制程中的能耗，而且间接提升了MIM模具的使用寿命， 对工业化应用具有非常重要的意义。
附图说明
图1为本发明实施例中粉末冶金制件的立体结构示意图；
图2为图1中制件的正面视图；
图3为图1中制件的侧面视图；
图4为本发明实施例中粉末冶金制件的第二种结构的示意图；
图5为本发明实施例中粉末冶金制件的第三种结构的示意图；
附图标号：
101、环状部；102、装配部；103、通孔部；104、装配孔；
202、第二种装配部结构；302、第三种装配部结构；
A、分界面处装配部端厚度；B、分界面处环状部端厚度。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和技术效果更加清楚，对本发明实施 例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下所描述的实施例是本发明一部分 实施例，而不是全部的实施例。结合本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的 范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行； 所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存 在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单 独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联 对象是一种“或”的关系。
在本发明的描述中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个 以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单 项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，“a,b,或c中的至少一项(个)”， 或，“a,b,和c中的至少一项(个)”，均可以表示：a,b,c,a-b(即a和b),a-c,b-c, 或a-b-c，其中a,b,c分别可以是单个，也可以是多个。
需要理解的是，本发明实施例中所提到的相关成分的重量不仅仅可以指代 各组分的具体含量，也可以表示各组分间重量的比例关系，因此，只要是按照 本发明实施例相关组分的含量按比例放大或缩小均在本发明公开的范围之内。 具体地，本发明实施例中所述的重量可以是μg、mg、g、kg等化工领域公知的 质量单位。
另外，除非上下文另外明确地使用，否则词的单数形式的表达应被理解为 包含该词的复数形式。术语“包括”或“具有”旨在指定特征、数量、步骤、操作、 元件、部分或者其组合的存在，但不用于排除存在或可能添加一个或多个其它 特征、数量、步骤、操作、元件、部分或者其组合。
实施例1
铁基粉末组分如下(按质量百分比计)：Cr 17.46％、Ni 11.34％、Mo 3.39％、Si0.51％、Co 0.27％、C 0.0061％、S 0.0007％、P 0.0011％，余量为Fe 及不可避免的杂质。
粘合剂组分如下(按质量百分比计)：碳纳米管(CNTs)1.07％、硫化锌 3.50％、二氧化锰3.04％、硫化锑2.67％、硬脂酸16.00％、低密度聚乙烯20.00％、硅烷偶联剂1.15％，余量为石蜡以及不可避免的杂质。碳纳米管 (CNTs)纯度≥99.5％，直径范围为30～50nm，长度范围为20～50μm。硫化锌、 二氧化锰、硫化锑均为化学纯的粉状颗粒原料，颗粒平均粒径为1.8μm(过筛 D50＝1.8μm)。低密度聚乙烯密度为0.95g·cm-3。硅烷偶联剂为市售硅烷偶联剂 KH550。
上述实施例中使用的原料均为市售产品。
粘合剂的制备方法为：
将切碎的块状石蜡加入到已升温至80℃的混炼机内，在转速为35r/min时混 炼15min，然后将混炼机温度升至140℃，待温度稳定后加入低密度聚乙烯，保 持转速不变的条件下继续混炼1h，然后依次加入硬脂酸、硫化锌、二氧化锰、 硫化锑、碳纳米管和硅烷偶联剂，保持温度和转速不变将上述混合物继续混炼 1h，停止混炼、待混合物自然冷却至室温后取出，即得到所需粘合剂。
将上述制备得到的粘合剂与铁基粉末在混炼机内充分混合，使粉末和粘结 剂各组分在整个喂料中均匀分布。以质量百分比计，铁基粉末的质量占到 98.5％，粘合剂质量百分比为1.5％。将上述制备得到的喂料颗粒在成型机中成 型，成型过程中，成型温度为165℃、注射压力为95MPa、保压时间为15s。
经脱脂、烧结后得到毛坯件成品，如附图1、2、3所示的结构件。因喂 料、制粒、注射成型、脱脂、烧结的工艺均为MIM工艺中的常见工艺步骤，本 领域技术人员根据铁基粉末和粘合剂处理量和分散状态的不同在设备上进行调 整(温度、压力、处理时长)即可，故在本发明此处不加赘述。
如附图1、2、3所示的粉末冶金制件为一种复合结构制件，包括环状部101 及装配部102，环状部101及装配部102为一体成型。环状部101作为外观制件 应用(装配以后环状部的弧形面为外观面)，装配部作为结构制件应用，环状 部设有弧形外观面，而装配部则需要与其他零部件固定相接形成整体部件。附 图3所示虚线处为环状部和装配部之间的结构分界处，且两者之间分界面两端 的尺寸差距，即分界面处装配部端厚度A与分界面处环状部端厚度B的差距至 少为30％(本实施例中厚度B为厚度A的四倍)。在现有技术中，上述两者结 构分界明显、力学及外观性能的要求均非常明显的制件根本无法利用一体化成 型的工艺来制备(实际生产中无法脱模、难以成型、粘料、披锋、分界面应力 集中断裂)。而由于本实施例中铁基粉末冶金材料流动性优异，在加工过程中 的成型性能同样优异，尤其适用于制备上述精密构件，可保证整体之间微观结 构的成型精确度不超过8μm，还能保证最终制件的表面粗糙度和光泽度达到外 观制件的要求。
环状部101包括环形主体及设于主体上的通孔部103，环形主体可设为圆环 状、椭圆环状或者近环形状中的一种，本实施例中为椭圆环状。装配部102包 括两端对称的台阶状插拔结构。如附图4、5所示，装配部202、302还可设为 平滑斜面状及波浪状。进一步地，还可设为锯齿状等其它形状，根据实际需求 来调整设计形状结构即可。
由于本实施例中的粉末冶金材料和工艺适合用于小型的精密成型制件，故 环状部101或者装配部102的任意维度方向上的长度最大值小于等于60mm。环 状部101和装配部102在任意维度方向上的长度最小值大于等于0.3mm。对于 如实施例所示的小尺寸制件，本实施例中的技术方案能够采用一体化成型的方 式实现近终成型加工。
所述装配部102上还设有装配孔104。本实施例精密制件上孔结构的加工限 度为：环状部101上的通孔部103孔径最小值(附图1中103的纵向宽度)大 于等于3mm；装配部102上设有装配孔104，装配孔104的孔径最小值(可完 美加工出来的最小孔径值)大于等于3mm。成型的精密结构超上述尺寸限制在 实际生产中容易造成无法脱模、难以成型、粘料、披锋等不良。
实施例2
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
铁基粉末组分如下(按质量百分比计)：Cr 16.53％、Ni 13.32％、Mo 2.68％、Si0.66％、Co 0.21％、C 0.0062％、S 0.0007％、P 0.0012％，余量为Fe及不可避 免的杂质。
实施例3
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
铁基粉末组分如下(按质量百分比计)：Cr 17.25％、Ni 11.08％、Mo 3.65％、Si0.37％、Co 0.27％、C 0.0055％、S 0.0012％、P 0.0017％，余量为Fe 及不可避免的杂质。
实施例4
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
铁基粉末组分如下(按质量百分比计)：Cr 17.89％、Ni 13.95％、Mo 2.68％、Si0.85％、Co 0.20％、C 0.0054％、S 0.0012％、P 0.0012％，余量为Fe 及不可避免的杂质。
实施例5
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
铁基粉末组分如下(按质量百分比计)：Cr 17.65％、Ni 10.88％、Mo 3.94％、Si0.35％、Co 0.27％、C 0.0033％、S 0.0011％、P 0.0011％，余量为Fe 及不可避免的杂质。
实施例5
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
铁基粉末组分如下(按质量百分比计)：Cr 17.38％、Ni 10.88％、Ti 5.01％、 Mo3.06％、Si 0.38％、Co 0.27％、C 0.0023％、S 0.0016％、P 0.0011％，余量为 Fe及不可避免的杂质。
实施例6
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
铁基粉末组分如下(按质量百分比计)：Cr 17.40％、Ni 11.21％、Ti 5.14％、 Mo3.10％、Si 0.58％、Co 0.28％、C 0.0023％、S 0.0016％、P 0.0011％，余量为 Fe及不可避免的杂质。
实施例7
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
铁基粉末组分如下(按质量百分比计)：Cr 17.40％、Ni 11.21％、Ti 5.04％、 Al4.03％、Mo 3.02％、Si 0.47％、Co 0.16％、C 0.0045％、S 0.0017％、P 0.0012％，余量为Fe及不可避免的杂质。
实施例7
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
铁基粉末组分如下(按质量百分比计)：Cr 17.50％、Ni 10.93％、Ti 5.04％、 Al4.06％、Mo 3.08％、Si 0.45％、Co 0.18％、C 0.0049％、S 0.0019％、P 0.0019％，余量为Fe及不可避免的杂质。
实施例8
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
铁基粉末组分如下(按质量百分比计)：Cr 17.08％、Ni 10.85％、Ti 5.04％、 Al4.07％、Mo 3.06％、Si 0.67％、Co 0.18％、C 0.0065％、S 0.0021％、P 0.0020％，余量为Fe及不可避免的杂质。
实施例9
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
成型过程中，成型温度为170℃、注射压力为90MPa、保压时间为15s。
实施例10
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
成型过程中，成型温度为175℃、注射压力为90MPa、保压时间为15s。
实施例11
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
成型过程中，成型温度为175℃、注射压力为95MPa、保压时间为20s。
实施例12
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
成型过程中，成型温度为165℃、注射压力为95MPa、保压时间为20s。
实施例13
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
成型过程中，成型温度为170℃、注射压力为95MPa、保压时间为20s。
实施例14
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
成型过程中，成型温度为165℃、注射压力为90MPa、保压时间为20s。
实施例15
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
成型过程中，成型温度为170℃、注射压力为90MPa、保压时间为20s。
实施例16
本实施例工艺过程均与实施例1相同，区别之处在于：
成型过程中，成型温度为175℃、注射压力为90MPa、保压时间为20s。
从铁基粉末组分上可以看出，添加Ti和Al两种轻金属元素能够使减少制件 的密度，对轻量化有重大的意义，但是从融合性能(指制料过程中混合原料的 均一性)上看，Ti更能与本发明中的粉末冶金材料体系相融合，Al在融合性能 上略逊于Ti，且Al的添加量需得到更严格的控制。而且，Ti、Al元素的添加与 非金属元素含量的上升存在一定的关联性。从低压成型工艺上来说，成型温度 越高，注射原料的流动性能越好，相对保压时间较短。相比之下，成型温度越 低、保压时间越长，制件中孔隙率会有一定程度的降低，制件的致密程度根据 金属粉末原料的组成会有不同程度的提升。因此，从本发明的实施例可以看 出，本发明中的精密成型用粉末冶金材料与其加工方法存在紧密的关联性，配 方与工艺，两者互相影响，互为掣肘。在实际生产应用中，可以根据实际MIM 制件的设计需要进行最优化的选择。
上述实施例中制备得到的粉末冶金制件均具有良好的力学性能和外观观 感，通过对铁基粉体组成的改进，改善了制件整体的力学性能，提升了制件的 致密程度、延伸率和韧性，同时还改善了成型后制件的表面光泽度和粗糙度， 使得制备得到的MIM制件外观效果良好，可配合适当的后处理加工即可获得最 终外观制件的效果，既可保证整体之间微观结构的成型精确度不超过8μm，又 能保证最终制件的表面粗糙度和光泽度达到外观制件的要求。
由实施例可以看出，本发明提供的粉末冶金方法适用于更低的压力和温 度，不仅降低了生产制程中的能耗，而且间接提升了MIM模具的使用寿命，对 工业化应用具有非常重要的意义。
需明确的是，本发明及其实施例中，采用“机构”、“装置”、“结构”等对本 发明中的压铸组件的配套结构进行了描述和说明，在实际应用过程中，本领域 技术人员根据现有技术，采用相对应的机械结构、机械装置、机械结构或装置 的组合，只要能够满足本发明中所提及的技术目的即可。
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本发明专利范围的限制。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)
1.一种精密成型用粉末冶金材料，包括铁基粉末和粘合剂，其特征在于，所述铁基粉末按质量百分比计、包括如下组分：
余量为Fe以及不可避免的杂质；
所述粘合剂按质量百分比计、包括如下组分：
余量为石蜡以及不可避免的杂质；
所述碳纳米管(CNTs)纯度≥99.5％，直径为30～50nm，长度为20～50μm；所述硫化锌、二氧化锰、硫化锑均为粉状颗粒原料，颗粒平均粒径为1～2μm；所述低密度聚乙烯密度为0.92～0.95g·cm-3；
使用上述粉末冶金材料进行粉末冶金加工的工艺中，所述粘合剂用量以质量百分比计为0.8～2.3％。
2.如权利要求1所述的精密成型用粉末冶金材料，其特征在于，所述铁基粉末中还包括质量百分比为5～6％的Ti，且Cr的质量百分比为17.0～17.5％、Ni的质量百分比为10.8～11.4％、Mo的质量百分比为3～3.5％。
3.如权利要求2所述的精密成型用粉末冶金材料，其特征在于，所述铁基粉末中还包括质量百分比为4～6％的Al。
4.如权利要求1所述的精密成型用粉末冶金材料，其特征在于，所述粘合剂中还包括质量百分比为1～2％的硅烷偶联剂。
5.如权利要求4所述的精密成型用粉末冶金材料，其特征在于，所述粘合剂的制备方法为：
将切碎的块状石蜡加入到已升温至75～85℃的混炼机内，在转速为30～40r/min时混炼10～15min，然后将混炼机温度升至140～145℃，待温度稳定后加入低密度聚乙烯，保持转速不变的条件下继续混炼0.5～1h，然后依次加入硬脂酸、硫化锌、二氧化锰、硫化锑、碳纳米管和硅烷偶联剂，保持温度和转速不变将上述混合物继续混炼0.5～1h，停止混炼、待混合物自然冷却至室温后取出，即得到所需粘合剂。
6.一种粉末冶金加工方法，其特征在于，使用权利要求1-5任一所述的粉末冶金材料，且成型过程中，成型温度为165～175℃、注射压力为90～95MPa、保压时间为15～20s。
7.一种粉末冶金制件，其特征在于，所述制件为利用权利要求6所述的粉末冶金加工方法制备而成。
8.如权利要求7所述的粉末冶金制件，其特征在于，所述制件包括环状部及装配部，所述环状部及装配部为一体成型，且两者之间分界面两端的尺寸差距大于等于30％；
所述环状部包括环形主体及设于主体上的通孔部，所述环形主体为圆环状、椭圆环状或者近环形状中的一种；
所述装配部包括两端对称的插拔结构，所述插拔结构为台阶状、锯齿状、波浪状、平滑斜面状中的一种。
9.如权利要求8所述的粉末冶金制件，其特征在于，所述环状部或者装配部的任意维度方向上的长度最大值小于等于60mm；所述环状部和装配部在任意维度方向上的长度最小值大于等于0.3mm。
10.如权利要求9所述的粉末冶金制件，其特征在于，所述环状部上的通孔部孔径最小值大于等于3mm；所述装配部上设有装配孔，所述装配孔孔径最小值大于等于3mm。
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