CN218693873U - 金属粉末射出成型的控碳烧结装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金属粉末射出成型的控碳烧结装置，包括：承烧板、支撑柱和隔板；所述承烧板用于放置生坯，所述支撑柱摆放在所述承烧板上，并将所述隔板覆盖在所述支撑柱上，通过所述支撑柱分隔所述承烧板和所述隔板。本实用新型的金属粉末射出成型的控碳烧结装置在现有设备资源、工艺周期、设备能耗不增加的前提下解决因碳含量不稳定而引起的产品收缩变异大、耐腐蚀性能差、烧熔等工艺难题，从而提升产品良率稳定性、提升设备利用率，降低制造本，提升企业竞争优势。

Description

金属粉末射出成型的控碳烧结装置

技术领域

本实用新型涉及粉末注射成型技术领域，尤其涉及一种金属粉末射出成型的控碳烧结装置。

背景技术

金属粉末注射成型(MIM)的基本操作流程是将金属粉末与粘结剂混炼一起制备喂料，然后将喂料放入注塑机中，注入模具得到一定形状的胚件，再将胚件中的大部分粘结剂脱脂去除，最后进行高温烧结获得致密性合金体的过程。

在进行烧结处理时，产品经脱脂后需转移至石墨板上再装入烧结炉内，烧结炉内部为层抽式石墨箱体结构，在装载进炉时有些产品高度会接近上层石墨板，烧结后出现产品收缩变形大，尺寸呈游离状波动；上部接近石墨板面耐腐蚀测试不良(碳超标)，严重时出现烧熔不良。

当前行业内多采用整形矫正解决收缩变形不良、烧结前装载拉开层间距等方式解决耐腐蚀不良和烧熔异常。但是，这些处理方式也会导致烧结产能降低，设备空间资源无法充分利用，生产制造成本增加。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本实用新型实施例提供了一种金属粉末射出成型的控碳烧结装置。所述技术方案如下：

第一方面，提供一种金属粉末射出成型的控碳烧结装置，包括：承烧板、支撑柱和隔板；所述承烧板用于放置生坯，所述支撑柱摆放在所述承烧板上，并将所述隔板覆盖在所述支撑柱上，通过所述支撑柱分隔所述承烧板和所述隔板。

进一步的，所述承烧板、所述支撑柱和所述隔板均采用耐高温陶瓷材料制成。

进一步的，所述耐高温陶瓷材料包括氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷。

进一步的，所述支撑柱高于生坯1.0mm。

进一步的，所述支撑柱直径4.0-8.0mm，高4.0-11.0mm。

进一步的，所述承烧板和所述隔板大小相同。

进一步的，所述承烧板的尺寸为(100-110)×(100-120)×(1.0-3.0)mm，所述隔板的尺寸为(100-110)×(100-120)×(1.0-3.0)mm。

进一步的，所述支撑柱的数量为4-9个。

进一步的，所述支撑柱为圆柱体、长方体或六棱柱。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本实用新型实施例中，金属粉末射出成型的控碳烧结装置包括：承烧板、支撑柱和隔板；所述承烧板用于放置生坯，所述支撑柱摆放在所述承烧板上，并将所述隔板覆盖在所述支撑柱上，通过所述支撑柱分隔所述承烧板和所述隔板。本实用新型的金属粉末射出成型的控碳烧结装置在现有设备资源、工艺周期、设备能耗不增加的前提下解决因碳含量不稳定而引起的产品收缩变异大、耐腐蚀性能差、烧熔等工艺难题，从而提升产品良率稳定性、提升设备利用率，降低制造本，提升企业竞争优势。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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。

图1是本实用新型实施例1中金属粉末射出成型的控碳烧结装置的结构图；

图2是本实用新型实施例1中金属粉末射出成型的控碳烧结装置的正视图；

图3是本实用新型实施例1中金属粉末射出成型的控碳烧结装置在烧结炉的石墨箱中的结构图；

图4是本实用新型实施例2中金属粉末射出成型的控碳烧结装置的结构图；

图5是本实用新型实施例3中金属粉末射出成型的控碳烧结装置的结构图；

图6是本实用新型中不同碳含量的不锈钢在腐蚀溶液中的耐腐蚀时间图；

图7是本实用新型中不同碳含量的不锈钢在腐蚀溶液中的腐蚀速率图；

图8是本实用新型中不锈钢中碳含量正常时的金相图；

图9是本实用新型中不锈钢中碳含量超标时的金相图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

实施例1

如图1所示，本实用新型的金属粉末射出成型的控碳烧结装置，包括：承烧板11、支撑柱12和隔板13。

承烧板11、支撑柱12和隔板13采用氧化铝陶瓷材质，通过粉末压制生坯，然后经窑炉烧制，再精加工得到成品，支撑柱12可以是圆柱体、长方体、六棱柱或其他形状。承烧板11和隔板13大小相同，厚度略有差异，具体的，承烧板11的尺寸为100×120×1.5mm(宽×长×高)，隔板13的尺寸为100×120×1.0mm(宽×长×高)。支撑柱12直径5.0mm，高度高于生坯14 1.0mm，以利于烧结过程中分压气流通畅，避免影响控碳效果，本实施例中的支撑柱12高4.0mm。如图3所示是本实用新型的金属粉末射出成型的控碳烧结装置在烧结炉的石墨箱15中的摆放示意图，石墨箱15中由石墨板16分隔为多层，承烧板11、支撑柱12和隔板13总高度应当小于现有烧结炉内石墨层距高度(＜15mm)，避免影响进出料，隔板13与上层石墨板16距离应保证＞2mm，如距离间距太小可能发生卡板，影响进出料和碰伤产品。

使用时将注射成型后的生坯14摆放在承烧板11上，然后在承烧板11上摆放支撑柱12，支撑柱12的数量可以是4-9个。再将隔板13覆盖在支撑柱12上(如图2所示)。隔板13经烧结高温(≥1300℃)时强度会出现软化，受重力影响下塌变形，经反复多次使用会更加缩短其使用寿命。在本实施例中采用四角+中心，共摆放五个支撑柱12，五点支撑能使隔板13均匀受力，改善下塌变形，延长使用寿命。

将摆放好生坯14的承烧板11放入脱脂炉进行催化脱脂处理，催化脱脂的条件为：脱脂炉炉温100℃，氮气温度150℃，脱脂时间300min。

将承烧板11连同催化脱脂后的生坯14转移至真空炉进行热脱脂处理，热脱脂的条件为：室温-600℃负压加热，充入氮气，压力约10KPa，升温速率3℃/min，保温时间60min。

热脱脂完成后继续在真空炉中进行烧结，烧结参数为，室温-1050℃真空加热，升温速率5℃/min，保温时间60min；1050℃-1400℃分压加热，加热过程中向真空炉中充入氩气作为保护气，压力10-80KPa，升温速率5℃/min，保温120min，保温结束后冷却至室温。

实施例2

如图4所示，本实用新型的金属粉末射出成型的控碳烧结装置，包括：承烧板21、支撑柱22和隔板23。

承烧板21、支撑柱22和隔板23采用氧化铝陶瓷材质，通过粉末压制生坯，然后经窑炉烧制，再精加工得到成品，支撑柱22可以是圆柱体、长方体、六棱柱或其他形状。承烧板21和隔板23大小相同，厚度略有差异，具体的，承烧板21的尺寸为100×100×3.0mm(宽×长×高)，隔板23的尺寸为100×100×2.0mm(宽×长×高)。支撑柱22直径6.0mm，高度高于生坯24 1.0mm，以利于烧结过程中分压气流通畅，避免影响控碳效果，本实施例中的支撑柱22高6.0mm。承烧板21、支撑柱22和隔板23总高度应当小于现有烧结炉内石墨层距高度(＜15mm)，避免影响进出料，隔板23与上层石墨板距离应保证＞2mm，如距离间距太小可能发生卡板，影响进出料和碰伤产品。

使用时将注射成型后的生坯24摆放在承烧板21上，然后在承烧板21上摆放支撑柱22，支撑柱22的数量可以是4-9个。再将隔板23覆盖在支撑柱22上。隔板23经烧结高温(≥1300℃)时强度会出现软化，受重力影响下塌变形，经反复多次使用会更加缩短其使用寿命。在本实施例中分三列共摆放六个支撑柱22，多点支撑能使隔板23均匀受力，改善下塌变形，延长使用寿命。

将摆放好生坯24的承烧板21放入脱脂炉进行催化脱脂处理，催化脱脂的条件为：脱脂炉炉温130℃，氮气温度100℃，脱脂时间240min。

将承烧板21连同催化脱脂后的生坯24转移至真空炉进行热脱脂处理，热脱脂的条件为：室温-600℃负压加热，充入氮气，压力约10KPa，升温速率3℃/min，保温时间60min。

热脱脂完成后继续在真空炉中进行烧结，烧结参数为，室温-1050℃真空加热，升温速率5℃/min，保温时间60min；1050℃-1400℃分压加热，加热过程中向真空炉中充入氮气作为保护气，压力10-80KPa，升温速率5℃/min，保温120min，保温结束后冷却至室温。

实施例3

如图5所示，本实用新型的金属粉末射出成型的控碳烧结装置，包括：承烧板31、支撑柱32和隔板33。

承烧板31、支撑柱32和隔板33采用氧化锆陶瓷材质，通过粉末压制生坯，然后经窑炉烧制，再精加工得到成品，支撑柱32可以是圆柱体、长方体、六棱柱或其他形状。承烧板31和隔板33大小相同，厚度略有差异，具体的，承烧板31的尺寸为110×120×1.0mm(宽×长×高)，隔板33的尺寸为110×120×3.0mm(宽×长×高)。支撑柱32直径4.0mm，高度高于生坯34 1.0mm，以利于烧结过程中分压气流通畅，避免影响控碳效果，本实施例中的支撑柱32高8.0mm。承烧板31、支撑柱32和隔板33总高度应当小于现有烧结炉内石墨层距高度(＜15mm)，避免影响进出料，隔板33与上层石墨板距离应保证＞2mm，如距离间距太小可能发生卡板，影响进出料和碰伤产品。

使用时将注射成型后的生坯34摆放在承烧板31上，然后在承烧板31上摆放支撑柱32，支撑柱32的数量可以是4-9个。再将隔板33覆盖在支撑柱32上。隔板33经烧结高温(≥1300℃)时强度会出现软化，受重力影响下塌变形，经反复多次使用会更加缩短其使用寿命。在本实施例中分三排三列共摆放九个支撑柱32，多点支撑能使隔板33均匀受力，改善下塌变形，延长使用寿命。

将摆放好生坯34的承烧板31放入脱脂炉进行催化脱脂处理，催化脱脂的条件为：脱脂炉炉温150℃，氮气温度120℃，脱脂时间120min。

将承烧板31连同催化脱脂后的生坯34转移至真空炉进行热脱脂处理，热脱脂的条件为：室温-600℃负压加热，充入氮气，压力约10KPa，升温速率3℃/min，保温时间60min。

热脱脂完成后继续在真空炉中进行烧结，烧结参数为，室温-1050℃真空加热，升温速率5℃/min，保温时间60min；1050℃-1400℃分压加热，加热过程中向真空炉中充入氮气作为保护气，压力10-80KPa，升温速率5℃/min，保温120min，保温结束后冷却至室温。

实施例4

本实用新型的金属粉末射出成型的控碳烧结装置，包括：承烧板、支撑柱和隔板。

承烧板、支撑柱和隔板采用氧化铝陶瓷材质，通过粉末压制生坯，然后经窑炉烧制，再精加工得到成品，支撑柱可以是圆柱体、长方体、六棱柱或其他形状。承烧板和隔板大小相同，厚度略有差异，具体的，承烧板的尺寸为110×110×1.0mm(宽×长×高)，隔板的尺寸为110×110×1.0mm(宽×长×高)。支撑柱直径8.0mm，高度高于生坯1.0mm，以利于烧结过程中分压气流通畅，避免影响控碳效果，本实施例中的支撑柱高10.0mm。承烧板、支撑柱和隔板总高度应当小于现有烧结炉内石墨层距高度(＜15mm)，避免影响进出料，隔板与上层石墨板距离应保证＞2mm，如距离间距太小可能发生卡板，影响进出料和碰伤产品。

使用时将注射成型后的生坯摆放在承烧板上，然后在承烧板上摆放支撑柱，支撑柱的数量可以是4-9个。再将隔板覆盖在支撑柱上。隔板经烧结高温(≥1300℃)时强度会出现软化，受重力影响下塌变形，经反复多次使用会更加缩短其使用寿命。在本实施例中采用四角+中心，共摆放五个支撑柱，五点支撑能使隔板均匀受力，改善下塌变形，延长使用寿命。

将摆放好生坯的承烧板放入脱脂炉进行催化脱脂处理，催化脱脂的条件为：脱脂炉炉温100℃，氮气温度150℃，脱脂时间180min。

将承烧板连同催化脱脂后的生坯转移至真空炉进行热脱脂处理，热脱脂的条件为：室温-600℃负压加热，充入氮气，压力约10KPa，升温速率3℃/min，保温时间60min。

热脱脂完成后继续在真空炉中进行烧结，烧结参数为，室温-1050℃真空加热，升温速率5℃/min，保温时间60min；1050℃-1400℃分压加热，加热过程中向真空炉中充入氩气作为保护气，压力10-80KPa，升温速率5℃/min，保温120min，保温结束后冷却至室温。

研究发现，烧结炉炉温在1090℃以上时石墨板就会出现碳扩散现象，在石墨板周围形成碳势。碳势与水势、电势一样，势差決定了物质流动的趋势。碳势差决定了碳扩散的方向。当自由扩散时，碳总是从碳势高的地方向碳势低的地方扩散。随着温度的提升，石墨板周围的碳浓度越来越大，碳势越来越高，高碳势使铬镍不锈钢合金发生渗碳现象，碳由石墨板向铬镍不锈钢合金(烧结产品)扩散，高温时更甚。

碳含量对不锈钢的影响包括耐腐蚀性能影响、尺寸收缩变形影响、烧熔影响等。钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显著。不同碳含量的不锈钢在腐蚀溶液(5％氯化钠溶液)中的腐蚀速率和耐腐蚀时间见表1和图6、图7。可以看出，不同种类的不锈钢在碳含量增加的情况下，腐蚀速度更快，生锈时间更短。

表1不同碳含量不锈钢在腐蚀溶液中的耐腐蚀时间和腐蚀速率

碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大(约为镍的30倍)，另一方面由于碳和铬的亲和力很大，能够与铬形成一系列复杂的碳化物。在不锈钢中每1％的碳约与17倍的铬结合成碳化物，这样当钢中的含碳量越高，形成的碳化铬就越多，产品中的含铬量就要相对地减少，材料的耐腐蚀性能就要降低。

不锈钢在不同碳含量下的金相图如图8和图9所示。当温度升高时，碳在不锈钢晶粒内部的扩散速度大于铬的扩散速度。多余的碳就会不断地向晶粒边界扩散，并和铬化合，在晶间形成M₂₃C₆、M₇C₃碳化铬等化合物，但是由于铬的扩散速度较小，来不及向晶界扩散，所以在晶间所形成的碳化铬所需的铬主要不是来自晶粒内部，而是来自晶界附近，结果就使晶界附近的含铬量大为减少，当晶界的铬的质量分数低到小于12％时，就形成所谓的“贫铬区”，贫铬区不易形成有效的钝化膜保护层，由于贫铬区钝化膜稳定性差，金属未得到有效保护易受侵蚀，在腐蚀介质作用下，贫铬区就会失去耐腐蚀能力，而产生晶间腐蚀。同时，铬还能够因为吸取大量的碳而降低合金的熔点，引起产品局部熔化和熔解。

现有烧结方法，烧结产品距离石墨板较近的顶部位置碳含量通常会超出材料的要求。分别以常用的316L不锈钢和17-4PH不锈钢为材料，采用现有常规烧结方法，测定在不同层距高度下烧结产品中的碳含量，结果如表2所示。

表2不同层距高度碳含量

从表2可以看出，当烧结产品与石墨板距离＜8mm时，产品顶部就会出现渗碳现象，局部位置碳含量会超出要求上限，也就是说高温时避免产品表层渗碳的安全距离应大于8毫米。

为了降低烧结产品的渗碳程度，本实用新型在烧结产品上层支撑一层隔板作为阻碳隔层，消除烧结时高温下石墨板碳扩散对产品渗碳过高导致的防锈性能降低和烧熔等不良影响。

仍以常用的316L不锈钢和17-4PH不锈钢为材料，分别测量使用本实用新型实施例1的方法(加隔板)与常规烧结方法(无隔板)下，烧结产品的碳含量，结果如表3所示。

表3加隔板与无隔板产品中碳含量比较

表3显示，316L不锈钢在常规烧结方法下，产品平均碳含量在0.4wt％左右，而使用本实用新型实施例1的方法后，烧结产品的平均碳含量降低至0.0088wt％，碳含量降低45倍。17-4PH不锈钢在常规烧结方法下，产品平均碳含量在0.22wt％左右，而使用本实用新型实施例1的方法后，烧结产品的平均碳含量降低至0.0269wt％，碳含量降低8倍。通过以上实验可以看出本实用新型能够显著防止渗碳现象的发生，有效降低烧结产品中的碳含量。

本实用新型实施例中，金属粉末射出成型的控碳烧结装置包括：承烧板、支撑柱和隔板；所述承烧板用于放置生坯，所述支撑柱摆放在所述承烧板上，并将所述隔板覆盖在所述支撑柱上，通过所述支撑柱分隔所述承烧板和所述隔板。本实用新型的金属粉末射出成型的控碳烧结装置在现有设备资源、工艺周期、设备能耗不增加的前提下解决因碳含量不稳定而引起的产品收缩变异大、耐腐蚀性能差、烧熔等工艺难题，从而提升产品良率稳定性、提升设备利用率，降低制造本，提升企业竞争优势。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种金属粉末射出成型的控碳烧结装置，其特征在于，包括：承烧板、支撑柱和隔板；所述承烧板用于放置生坯，所述支撑柱摆放在所述承烧板上，并将所述隔板覆盖在所述支撑柱上，通过所述支撑柱分隔所述承烧板和所述隔板。

2.根据权利要求1所述的控碳烧结装置，其特征在于，所述承烧板、所述支撑柱和所述隔板均采用耐高温陶瓷材料制成。

3.根据权利要求2所述的控碳烧结装置，其特征在于，所述耐高温陶瓷材料包括氧化铝陶瓷或氧化锆陶瓷。

4.根据权利要求1所述的控碳烧结装置，其特征在于，所述支撑柱高于生坯1.0mm。

5.根据权利要求1所述的控碳烧结装置，其特征在于，所述支撑柱直径4.0-8.0mm，高4.0-11.0mm。

6.根据权利要求1所述的控碳烧结装置，其特征在于，所述承烧板和所述隔板大小相同。

7.根据权利要求1所述的控碳烧结装置，其特征在于，所述承烧板的尺寸为(100-110)×(100-120)×(1.0-3.0)mm，所述隔板的尺寸为(100-110)×(100-120)×(1.0-3.0)mm。

8.根据权利要求1所述的控碳烧结装置，其特征在于，所述支撑柱的数量为4-9个。

9.根据权利要求1所述的控碳烧结装置，其特征在于，所述支撑柱为圆柱体、长方体或六棱柱。

Images