TWI483795B - 複合金屬之一體成型方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種複合金屬之一體成型方法，特別是運用於異質金屬或不同比重合金之一體成型方法。
請配合參照第1圖，習知複合金屬配重體之成型方法，係如中華民國公告M291310號「具有高比重複合配重體之高爾夫球桿頭」專利案所示，其係於一高爾夫球桿頭的本體91上設有一高比重的複合配重體92，該配重體92係由異質金屬之一配重外層921及一配重內層922構成。
其中該配重體92之成型方法，係先運用鑄造技術製作該配重外層921，再運用壓合技術使該配重內層922之金屬粉末與該配重外層921互相結合，並運用燒結技術使該配重內層922成型，最後即可將該配重體92焊接固定於該本體91。
然而，該習知配重體92之成型方法必須先鑄造該配重外層921，再經由壓合及燒結方式使該配重內層922與該配重外層921結合為一體，因此至少必須經過鑄造、壓合及燒結等工序，製作上較不方便。
而且，運用鑄造及燒結方式成型該配重外層921及配重內層922時，由於鑄造及燒結之加工特性不同，對於材料的成型性質要求也有所不同，例如：以相同成分但不同比重的合金分別製作該配重外層921及配重內層922時，該合金材料本身的成型性質必須同時符合鑄造及燒結的加
工特性要求，但是並非所有的合金材料都能夠同時適用於鑄造及燒結成型，因此該習知的成型方法使得材料的選擇受到限制。
另外，該習知配重體92之成型方法係先鑄造該配重外層921之後，再壓合及燒結該配重內層922，因此該配重外層921及配重內層922並非同時一體成型，使得該配重外層921及配重內層922之間的結合強度不足。
本發明之目的係提供一種複合金屬之一體成型方法，係可簡化製成工序，製作較為方便。
本發明之另一目的係提供一種複合金屬之一體成型方法，係可使複合金屬之材料選擇較不受限制。
本發明之又一目的係提供一種複合金屬之一體成型方法，係可提升複合金屬之間的結合強度。
根據本發明一種複合金屬之一體成型方法，係包含：一製備步驟，製備至少二種金屬或合金粉末；一成型步驟，利用壓製成型方式將其中一種金屬或合金粉末壓製成一單胚料，再將該單胚料與其他金屬或合金粉末以一預定壓力壓製成一複合金屬胚料，該預定壓力為20~100公噸/平方公分；及一燒結步驟，將該複合金屬胚料燒結形成一複合金屬成品，其中，該燒結步驟係將該複合金屬胚料加熱至一預定溫度，並持續一預定時間，且該預定溫度低於該至少二種金屬或合金粉末之熔點，該預定溫度為1370~1450℃。
根據本發明一種複合金屬之一體成型方法，還可以包含：一製備步驟，製備至少二種金屬或合金粉末；一成型步驟，利用射出成型方式將其中一種金屬或合金粉末注入一模具中以成型一單胚料，再將該單胚料置於另一模具中，並注入其他金屬或合金粉末以成型一複合金屬胚料，其中，射出成型該單胚料或複合金屬胚料時，該至少二種金屬或合金粉末中添加有黏結劑，該黏結劑為聚醋酸乙烯酯；及一燒結步驟，將該複合金屬胚料燒結形成一複合金屬成品，其中，該燒結步驟係將該複合金屬胚料加熱至一預定溫度，並持續一預定時間，且該預定溫度低於該至少二種金屬或合金粉末之熔點，該預定溫度為1370~1450℃。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2圖所示，本發明複合金屬之一體成型方法係包含一製備步驟S1、一成型步驟S2及一燒結步驟S3。其中該製備步驟S1係製備至少二種金屬或合金粉末；該成型步驟S2係將該至少二種金屬或合金粉末製成一複合金屬胚料；該燒結步驟S3係將該複合金屬胚料燒結形成一複合金屬成品。
該製備步驟S1係製備至少二種金屬或合金粉末，例如：至少二種異質純金屬粉末、至少二種異質合金粉末，或至少二種同質但不同比重的合金粉末。更詳言之，該製
備步驟S1可選擇切削法(Machining)、滾磨法(Milling)、霧化法(Atomization)、成粒法(Granulation)、電解堆積法(Electrolytic Deposition)或還原法(Reduction Method)等其中之一，將至少二種異質純金屬製成粉末，以獲得該至少二種異質純金屬粉末。當製備至少二種異質合金粉末或不同比重的合金粉末時，可選擇先將數種純金屬製成粉末後，再將該數種純金屬粉末依照所需比例混合，以獲得該至少二種異質合金粉末，或至少二種同質但不同比重的合金粉末，另外，亦可選擇先製備至少二種異質合金或不同比重的合金，再將該至少二種異質合金或不同比重的合金製成粉末，同樣可獲得該至少二種異質合金粉末，或至少二種同質但不同比重的合金粉末。
該成型步驟S2係可選擇壓製成型(PM)或射出成型(MIM)其中之一，將該至少二種金屬或合金粉末製成一複合金屬胚料。更詳言之，運用壓製成型(PM)將該至少二種金屬或合金粉末製成該複合金屬胚料時，係採用多數個模具並依序對該至少二種金屬或合金粉末進行多數道壓製，以形成該複合金屬胚料。舉例而言，欲將二種異質純金屬粉末壓製成該複合金屬胚料時，係先將其中一種純金屬粉末填入一模具內壓製成一單胚料，再將該單胚料置於另一模具內，並填入另一種純金屬粉末進行壓製，使該二種異質純金屬粉末被壓製聚合成該複合金屬胚料。該成型步驟S2係以一預定壓力進行壓製，該預定壓力係依據該單胚料及複合金屬胚料之形狀，以及所壓製金屬粉末之材質而有所不同，且該預定壓力較佳為20~100公噸/平方公分
。
再者，運用射出成型(MIM)將該至少二種金屬或合金粉末製成該複合金屬胚料時，係採用多數個射出模具並依序將該至少二種金屬或合金粉末進行多數道射出，以形成該複合金屬胚料。舉例而言，欲將二種異質純金屬粉末射出成型該複合金屬胚料時，係先將其中一種純金屬粉末注入一射出模具中以成型為一單胚料，再將該單胚料置於另一射出模具內，並注入另一種純金屬粉末，使該二種異質純金屬粉末在該模具內聚合成該複合金屬胚料。另外，進行射出成型時，可以在該二種異質金屬粉末中添加高分子材料作為黏結劑，以增加該二種異質純金屬粉末之聚合力，所添加之高分子材料可為聚乙烯醇、聚醋酸乙烯酯或蠟基黏結劑等其中之一，且較佳選擇為蠟基黏結劑，更佳為石蠟(Paraffin)。
該燒結步驟S3係將該複合金屬胚料燒結形成一複合金屬成品。更詳言之，該燒結步驟S3係將該複合金屬胚料加熱至一預定溫度，並持續一預定時間，使聚合形成該複合金屬胚料之該至少二種金屬或合金粉末的表面再結晶，以提升各該金屬或合金粉末之間的機械強度及結合強度，進而一體形成該複合金屬成品。其中，該燒結步驟S3之預定溫度係依據所燒結金屬或合金粉末之材質及比重而有所不同，該預定溫度一般係低於所燒結金屬或合金粉末之熔點，例如：欲將二種不同熔點的金屬或合金粉末燒結形成該複合金屬成品時，該預定溫度係低於熔點較低之該金屬或合金粉末的熔點，且較佳為1370~1450℃，而該燒結步
驟S3之預定時間較佳為1小時。另外，欲將至少二種同質但不同比重的合金粉末燒結形成該複合金屬成品時，該預定溫度係依據所燒結合金粉末之比重而有所不同，一般而言，合金材料的比重越大則熔點越高，亦即比重越大則該預定溫度也越高。
此外，進行燒結步驟S3時，為避免金屬或合金粉末與大氣接觸而氧化，可使用還原性氣體以阻止高溫時形成有害的氧化層。
本發明複合金屬之一體成型方法亦可於該成型步驟S2之後施以一脫黏步驟S4。更詳言之，該成型步驟S2若選擇射出成型(MIM)時，係於該至少二種金屬或合金粉末添加高分子材料作為黏結劑，以增加該金屬或合金粉末之聚合力，因此該成型步驟S2之後，可藉由該脫黏步驟S4去除該黏結劑，該脫黏步驟S4係可採用加熱方式以去除該黏結劑。
本發明複合金屬之一體成型方法亦可於該燒結步驟S3之後施以一表面修整步驟S5。更詳言之，該表面修整步驟S5係可運用切削、研磨或切割等方式，對該複合金屬成品表面進行修整，以獲得所需配件。
本發明之成型方法係可運用於各種複合金屬配件之製作，舉例而言，製作一高爾夫球桿頭之雙比重配重體時，係先進行製備步驟S1，以製備二種不同比重的鎢-鐵-鎳(W-Fe-Ni)合金粉末，再依序進行成型步驟S2及燒結步驟S3，以形成該雙比重配重體，其中，該製備步驟S1、成型步驟S2及燒結步驟S3之詳細操作方式已如前述，故
不再贅述。
由於該雙比重配重體係由二種不同比重的鎢-鐵-鎳合金所構成，例如：該雙比重配重體可為內、外雙層結構，外層可採用低比重(9.3~14g/cm3
)的鎢-鐵-鎳合金，內層可採用高比重(14~18g/cm3
)的鎢-鐵-鎳合金，因此當該雙比重配重體利用焊接技術結合於一高爾夫球桿頭時，不僅可以克服高比重合金因為熔點高，所導致焊接困難及易產生裂紋的問題，也可以解決高比重合金與該高爾夫球桿頭本體的色差問題。
如上所述，本發明複合金屬之一體成型方法，係將該至少二種金屬或合金粉末，經由成型步驟S2製成該複合金屬胚料後，再施以一次燒結，使該至少二種金屬或合金粉末一體燒結成型為複合金屬成品，以達到簡化製成工序，使製作更為方便之功效。
本發明複合金屬之一體成型方法，係將該至少二種金屬或合金粉末成型為該複合金屬胚料後，即一體燒結成型為複合金屬成品，故利用“單一加工方式”即可製作，因此在材料的選擇方面，較不需要考慮材料本身對於加工法的適應性因素，具有材料選擇較不受限制之功效。
本發明複合金屬之一體成型方法，係將該至少二種金屬或合金粉末成型為該複合金屬胚料後，即一體燒結成型為複合金屬成品，使該至少二種金屬或合金粉末係的表面係同時形成再結晶層，具有提升各該金屬或合金粉末之間的機械強度及結合強度之功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用
以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
〔本發明〕
S1‧‧‧製備步驟
S2‧‧‧成型步驟
S3‧‧‧燒結步驟
S4‧‧‧脫黏步驟
S5‧‧‧表面修整步驟
〔習知〕
91‧‧‧本體
92‧‧‧配重體
921‧‧‧配重外層
922‧‧‧配重內層
第1圖：習知高爾夫球桿頭的本體及配重體之立體分解圖。
第2圖：本發明成型方法之操作步驟示意圖。
S1‧‧‧製備步驟
S2‧‧‧成型步驟
S3‧‧‧燒結步驟
S4‧‧‧脫黏步驟
S5‧‧‧表面修整步驟
Claims (5)
- 一種複合金屬之一體成型方法，係包含：一製備步驟，以還原法製備至少二種金屬或合金粉末；一成型步驟，利用壓製成型方式將其中一種金屬或合金粉末壓製成一單胚料，再將該單胚料與其他金屬或合金粉末以一預定壓力壓製成一複合金屬胚料，該預定壓力為20~100公噸/平方公分；及一燒結步驟，將該複合金屬胚料燒結形成一複合金屬成品，其中，該燒結步驟係將該複合金屬胚料加熱至一預定溫度，並持續一預定時間，且該預定溫度低於該至少二種金屬或合金粉末之熔點，該預定溫度為1370~1450℃。
- 一種複合金屬之一體成型方法，係包含：一製備步驟，以還原法製備至少二種金屬或合金粉末；一成型步驟，利用射出成型方式將其中一種金屬或合金粉末注入一模具中以成型一單胚料，再將該單胚料置於另一模具中，並注入其他金屬或合金粉末以成型一複合金屬胚料，其中，射出成型該單胚料或複合金屬胚料時，該至少二種金屬或合金粉末中添加有黏結劑，該黏結劑為聚醋酸乙烯酯；及一燒結步驟，將該複合金屬胚料燒結形成一複合金屬成品，其中，該燒結步驟係將該複合金屬胚料加熱至一預定溫度，並持續一預定時間，且該預定溫度低於該至少二種金屬或合金粉末之熔點，該預定溫度為1370~ 1450℃。
- 依申請專利範圍第2項所述複合金屬之一體成型方法，其中該成型步驟之後，對該複合金屬胚料施以一脫黏步驟，該脫黏步驟係採用加熱方式去除該黏結劑。
- 依申請專利範圍第1或2項所述複合金屬之一體成型方法，其中，該預定時間為1小時。
- 依申請專利範圍第1、2、3或4項所述複合金屬之一體成型方法，其中該燒結步驟之後，對該複合金屬成品施以一表面修整步驟。
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