Ti（C，N）基金屬陶瓷粉末注射成形工藝的研究.pdf

1、Ti(C,N)基金屬陶瓷是高硬度、高耐磨性的結構材料。由于傳統(tǒng)的模壓成型技術不能成型復雜幾何形狀的產(chǎn)品;且該材料機械加工極為困難，較大地限制了Ti(C,N)基金屬陶瓷的應用范圍。粉末注射成形(PIM)是一種能高效率地生產(chǎn)小型復雜形狀零件的近凈成形技術，該技術應用于金屬陶瓷成型上，開發(fā)出具有復雜幾何形狀的Ti(C,N)基金屬陶瓷產(chǎn)品，將為擴大Ti(C,N)金屬陶瓷的應用領域，開辟一條新的途徑。為此，簡要地綜述了粉末注射成形近十幾年來的研究

2、成果，分析了采用PIM技術制備Ti(C,N)基金屬陶瓷過程中的難點，較系統(tǒng)地研究了Ti(C,N)基金屬陶瓷粉末注射成形工藝及相關的基礎問題，其主要工作如下: 評價了粘結劑體系中的粉末表面改性劑(添加劑):硬脂酸((SA)、油酸(OA),欽酸酷偶聯(lián)劑(TC)對Ti(C,N)基金屬陶瓷粉末表面改性的作用;用熱力學、動力學和流變學，分析了高密度聚乙烯(HDPE)和乙烯一醋酸乙烯酷共混物((EVA)混合的相容性和流變性，以及粉末表面改性

3、劑對粘結劑的流變性能的影響;用偏光顯微鏡和掃描電鏡分析了高分子混合物在溶劑石蠟中的結晶態(tài)分布和斷口形貌;開發(fā)出Ti(C,N)基金屬陶瓷PIM蠟基系粘結劑體系，其組成為:68PW-lOHDPE -20EVA-2TC(wt.﹪)。該粘結劑體系中低分子組元PW與高分子組元之間的相容性好，結晶態(tài)聚合物均勻地分散在溶劑石蠟中，有機粘結劑與Ti(C,N)基金屬陶瓷球磨粉表面的潤濕性好。 用動力學分析了熱脫脂和溶劑脫脂過程。熱脫脂初期和中期階

4、段，粘結劑中低分子組元((PW)的熱解氣體或蒸氣，在粘結劑液體中的擴散是動力學控制步驟。在170'C -300'C時，PW脫除過程中的飽和蒸氣壓高，當熱脫脂爐內的壓力過低，脫脂升溫過快，氣體在粘結劑液體中的擴散速率較高時，易造成脫脂坯坍塌或開裂;當熱脫脂爐內環(huán)境壓力超過0.12MPa時，熱解的氣體在粘結劑液體中的擴散速率較低，不能即時排除，易造成脫脂坯起泡。試驗結果表明:在N:保護下，脫脂爐中的環(huán)境壓力為O.11MPa-0.12MPa時

5、，熱解的氣體速率約等于氣體在粘結劑液體的擴散速率，脫脂坯的缺陷率大大降低。在溫度>>300'C時，PW基本脫除，高聚物共混物(HDPE,EVA共混物)的裂解成為控制性步驟，因低分子組元脫除后存在大量孔隙，采用低壓或真空熱脫脂的方法，可以提高脫脂速率，縮短熱脫脂時間。 溶劑脫脂過程中溶劑的成分、脫脂溫度、脫脂時間對蠟基粘結劑中的石蠟脫除具有較大的影響。溶劑脫脂初期，PW在溶液中的擴散是控制環(huán)節(jié)，隨著脫脂的進行，逐漸轉變由粘結劑溶解

6、、擴散共同控制。試驗結果表明:溶劑脫脂+熱脫脂有利于脫脂坯的碳含量控制和精度控制，但該工藝生產(chǎn)手續(xù)較復雜，控制條件較嚴格，此外有機溶劑易對環(huán)境造成污染。 Ti(C,N)基金屬陶瓷PIM脫脂坯燒結時，升溫速率、最高燒結溫度與保溫時間、冷卻速率等較大地影響Ti(C,N)基金屬陶瓷PIM制品的微觀組織和力學性能。傳統(tǒng)模壓燒結法與兩階段燒結法比較其結果表明:由于兩階段燒結法縮短了最高燒結溫度時的保溫時間，延長第二階段燒結溫度下的保溫

7、時間(>_5h)，燒結坯的缺陷率下降，微觀組織均勻，力學性能得到了提高。 應用數(shù)理統(tǒng)計方法，探討了Ti(C,N)基金屬陶瓷球磨粉與有機粘結劑體系混合物(喂料)的流變特性，建立了喂料均勻性H、與混煉次數(shù)。的關系式， H<,s>=90+exp(0.04n+1.88) 用正交實驗方法考查了注射參數(shù)及其交互作用對注射坯質量的影響。結果表明:不僅注射參數(shù)的水平影響注射坯質量，