一種蠟基粉末注射成形粘結(jié)劑的研究

1、第 8卷 第 2期 2014 年 6 月材 料 研 究 與 應(yīng) 用 M ATERI AISRES E ARCH AND APP LI CAT1 0N Vo 1 ． 8 ， No ． 2J u n．2014文 章 編 號 ： 1 6 7 3 — 9 9 8 1 ( 2 0 1 4 ) 0 2 — 0 1 0 3 — 0 5一 種 蠟基 粉末 注射 成 形 粘 結(jié)劑 的研 究 陳強， 李丹丹 ， 蔡 一湘 ， 譚 立新 廣東省工業(yè)技術(shù)研

2、究院( 廣州有 色金屬研究 院)廣東 廣州 5 1 0 6 5 0摘 要 ： 以 石 蠟 基 注 射 成 形 粘 結(jié) 劑 為 研 究 對 象 ， 通 過 對 由石 蠟 ( P W ) 、 聚 乙烯 ( P E ) 及 聚 丙 烯 ( P P ) 等 組 成 的注射 成形粘結(jié) 劑進行改進 ， 用乙烯 一乙酸 乙烯酯共 聚物 ( E VA) 代 替原有 的聚丙 烯 ， 同時 對改進 后 的 粘結(jié)劑 與原來 的粘結(jié)劑進 行了對 比試驗． 試驗

3、 結(jié)果表 明 ： 改進 后 的粘結(jié)劑 的粉末 填充量從 原來 的 5 4增加到 6 O， 塑化時間只有原來的 1 ／ 1 0 ， 且二 次澆 口料 也能較好 的注形 ， 喂料 的性 能得到 了整體 性 的提 高； 注射工藝周期從原來的 1 2 O ～1 5 0S 縮短至 3 6 ～4 2s ； 成 品率從原來 的 7 5左右 ， 提高 至 9 8以上 ；脫 脂工藝和燒結(jié) 變形易于控制 ， 制 品的尺寸公差為 ±0 ． 4．關(guān)鍵

4、詞 ： 注射成形 ； 粘 結(jié)劑 ； 粉末填充量 中圖分類號 ： T F I 2 4文獻標(biāo)識碼 ： A金 屬 粉 末 注 射 成 形 ( Me t a lP o w d e rI n j e c t i o nMo l d i n g ， 簡稱 MI M) ， 是 將 金 屬 或 陶瓷 粉末 與有 機 粘結(jié) 劑均 勻混 合 后用 注射 成 型 機 成形 ， 然 后將 成 形 坯件 中的粘結(jié) 劑 脫 除 ， 最后 經(jīng)燒 結(jié) 使 坯 件 致

5、密化 而 得 到最終 產(chǎn) 品的 一 種 工藝 ． 該 工藝 主 要 生 產(chǎn) 流程 為 金 屬粉末 混合 一粘 結(jié)劑 混合 一喂 料混煉 一制粒 一注 射 成形 一脫脂 一燒 結(jié)．MI M 技術(shù) 可一 次 成 形 出各 種 具 有 復(fù) 雜 形狀 的 型坯 ， 免除 了繁瑣 的多 道機 加工 工序 ， 而且 在 流動 狀 態(tài)下液 相能 均勻 填充模 腔 ， 使模 腔 內(nèi)各點壓 力 一致 ，消除 了傳統(tǒng) 粉末 冶金壓 制成 形不 可避 免 的

6、沿壓 制 方 向的密 度梯 度 ， 可獲得 組織 結(jié)構(gòu) 均勻 、 力學(xué) 性 能優(yōu) 異 的近凈 成 型零 部 件[ 1 ] ． 該 工 藝 成敗 的關(guān) 鍵 取 決 于 粘 結(jié)劑 ．1實 驗 部 分 1 ． 1原 料 MI M 工藝 對 原 料 粉 末 的 成分 、 球 形 度 、 松 裝 密 度 、 振實 密度及 粒 度等參 數(shù)均 有要 求． 實驗原 料 主要 為 3 1 6 I不 銹 鋼 粉 末 ， 粘 結(jié) 劑 的 原 料 為 石 蠟

7、( P W ) 、微 晶石 蠟 ( P W微) 、 巴西 棕 櫚 蠟 ( P w棕) 、 高 溫 石 蠟 收稿 日期 ： 2 0 1 4 - 0 1 一 l 6作者簡介 ： 陳強( 1 9 5 6 一 ) ， 男 ， 重慶江津人 ， 本科 ， 高級工程師 ( P W高) 、 聚 乙烯 ( P E) 、 聚 丙 烯 ( P P ) 、 乙 烯 一 乙酸 乙 烯 酯共 聚物 ( E VA) 、 硬酯 酸 ( S A) 等 ． 3 1 6 L

8、不 銹 鋼粉 為邯鄲 埃斯 爾公 司 生產(chǎn) 的 一3 8m 水 霧 化 3 1 6 L不 銹 鋼 粉 (s 。 一1 3 ． 7 1肚 m) ， 其性 能及 粒度 組成 分別 列 于表 1和 表 2 ， 石 蠟 基 粘 結(jié) 劑 各 組 元 的 性 質(zhì) 列 于 表 3 ．表 13 1 6 L粉 末 的 成 分 與 性 質(zhì) T a b l e1Ch e mi c a lc o mp o s i t i o na n dc h a r a c

9、 t e r i s t i c so f316 Lp o wd e r表 23 1 6 L粉 末 的粒 度及 粒 度 分 布 T a b l e2Th es i z ea n dd i s t r i b u t i o no f316 Lp o wd e r第 8卷 第 2 期 陳強 ， 等 ： 一種蠟基粉末 注射成形粘結(jié)劑 的研究 1 0 5表 5 轉(zhuǎn)動 芯軸 和活動芯軸 的注射 工藝試 驗結(jié)果 T a b l e5I n j

10、 e c t i o np r o c e s sa n dt e s tr e s u l t so fr o t a t i n gma n d r e la n dm o v a b l em a n d r e由表 4和表 5可 知 ， 配 方 1粘 結(jié) 劑 的 注射 性 能 比配方 2的要差 ． 首 先是 注射 溫度較 高 ， 這主 要是 配 方 1中含 有 P P， 其 熔 點 在 1 4 7℃ 以 上 ， 因 而拉 高 了

11、喂料 的 注射溫 度 ； 另 一方 面 ， 配方 1 粘 結(jié) 劑 的粘度 比 配方 2的高 ， 因此 也 需 要 提 高注 射 溫 度 才 能滿 足注 形 的要求 ． 由于配 方 2中用 E VA 代替 了 P P， 降 低 了 粘 結(jié)劑 的熔點 和 粘 度 ， 使 之 與不 銹 鋼 粉 末 能更 好 浸 潤 ， 提 高 了喂 料 的 流動 性． 故 在注 上 鎖 舌 時 ， 從 注射 溫 度 、 注 射壓 力和 注射速 度方 面來 說

12、 ， 配方 1粘 結(jié)劑 均要 比配方 2的高 ， 注射 效果 不如 配方 2的． 這從 零 件 質(zhì)量 上也 可 以看 出 ， 無 論 是 上 鎖 舌 ， 還 是 轉(zhuǎn) 動 芯 軸 、 活動 芯軸 均是 如此． 從 注 射零件 的表 觀質(zhì) 量 及缺 陷方面 來 看 ， 采 用 配 方 1時 注 上 鎖 舌 的 成 品 率 在 7 5 ％左 右 ， 而 采 用 配 方 2時 成 品率 則 在 9 8 ％ 以上 ，而 且注 射工 藝周期 從 原

13、來 的 1 2 0 ～1 5 0S ， 縮短 至 3 6～ 4 2S ． 另外 ， 采 用配 方 1時 一次 澆 口料 已很 難 注射 成 形 ， 而采用 配方 2時 二 次 澆 口料 也 能 很 好 的 注 射 成 形． 從 粉末 填 充 量 來 看 ， 采 用 配 方 1時 只 能 達(dá) 到 5 4， 采 用 配 方 2在 注 拉 伸 試 樣 時 最 高 可 達(dá) 到 6 0， 而作 為有 效 的注 形 可 達(dá) 到 5 89 ／ 6 ，

14、 且 一 次 澆 口料 還 能很好 的進 行注 形． 因此 ， 配方 2粘結(jié) 劑是 一 種 較 為理 想 的粘結(jié) 劑．2 ． 3 脫脂 工藝 粉末注 射坯 的脫 脂 工藝 采 用 兩 步脫 脂 法 ． 先 進 行 溶劑 脫 脂 ， 以除 去 大部 分 石蠟 ， 再進 行 熱 脫 脂 ， 以 除去塑 料組元 ． 首 先用庚 烷 溶劑 浸泡 粉末 注射 坯 ， 溫 度 保持 在 3 5 ～4 2℃ ， 浸泡 時 間 為 2 O ～ 3 0h

15、 ． 經(jīng) 此 過 程 ， 粉末 注 射坯 中石 蠟 的脫 除率 為 5 4～ 8 O． 經(jīng) 溶 劑脫 脂 、 烘 干后 ， 就 可 以進行 熱脫 脂．在 熱脫 脂 的初 級 階段 ( 2 5 ～3 5 0℃) ， 主 要 是 去 除殘余 的石 蠟． 由于 E VA 的熱 分解 溫度 范 圍為 3 8 5～ 4 2 O℃ ， 而 P E的熱分 解溫 度范 圍為 4 5 0 ~5 2 0℃．所 以 ， 熱脫 脂工藝 按 如下 規(guī) 范順 序

16、進行 ： 在 2 5 ～2 2 0℃下 ， 脫 脂 2 ． 5h ； 在 2 2 03 5 0℃下 ， 脫脂 1 ． 5h ； 在 3 5 0 ~4 2 0℃下 ， 脫 脂 1 ． 5h ； 在 4 2 0℃下 ， 脫 脂 2h ．經(jīng)熱脫 脂 后 ， 粉 末 注 射坯 隨爐 冷 卻 至室 溫 ， 出爐． 該 脫脂 工藝 的時 間相 對 較短 ， 熱 脫 脂 時 間不 到 8h ， 且 易于控 制 ．一 種 粘結(jié)劑 配 方 的優(yōu) 劣 ，

17、不 但 要看 粘 結(jié) 劑注 射 性能 的好壞 ， 還要 看 其脫脂 性 能 的好 壞 ， 如注 射 坯易 于脫 除 ， 不 開裂 、 保 型性好 ． 從 上述 的工 藝過 程 看 ， 配 方 2 粘 結(jié) 劑不失 為 一種 良好 的粘結(jié) 劑．2 ． 4 燒 結(jié)制 品的 尺寸精 度 粉末 注射成 形 ( P I M) 制 品在燒 結(jié) 過 程 中一 般會 產(chǎn)生 1 5～2 O的線 收 縮 ， 尺 寸變 化 很 大 ， 燒 結(jié) 過 程 中碳 、