專利名稱：微注射成形技術(shù)在鎢基合金產(chǎn)品制備上的應(yīng)用及鎢基合金粉末微注射成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微注射成形技術(shù)的應(yīng)用及生產(chǎn)微型鵠基合金產(chǎn) 品的方法，特別是涉及一種微注射成形技術(shù)在鵠基合金產(chǎn)品制備上的 應(yīng)用及鵠基合金粉末微注射成形方法。
背景技術(shù)：
隨著各行各業(yè)的某些產(chǎn)品微型化，零部件也向著微型化的方向發(fā) 展，例如各種微小電子產(chǎn)品、微型通訊設(shè)備等等，可以說微型機械已 經(jīng)滲透到國防、航空航天、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)控、汽車等等多種領(lǐng)域
之中。微零件一般是重量小于0.5克的零件，目前的微零件多數(shù)采用 鐵基合金、不銹鋼或塑料等材料。但由于這些材料質(zhì)地較軟、耐磨性 不好，作為一般產(chǎn)品的零部件可以使用，但作為要求硬度較高、耐磨 要求較高的零件來說，則通常不能勝任。例如用來加工微零件的微型 電極或微型沖頭等微型工具，就要求高硬度的材料。
另一方面，以鴒為主要原材料的鵠基高比重合金(如W-Ni-Fe, W-Ni-Cu， W-Cu等)、鴒基化合物及其復(fù)合材料(如WC-Co硬質(zhì)合 金)以及其他含鶴的鎢基合金具有高強度、高密度、高紅硬性、低膨 脹系數(shù)以及極佳的耐磨耗性、而腐蝕性等獨特的性能優(yōu)勢，因此在尖 端科學(xué)領(lǐng)域、國防工業(yè)和民用工業(yè)中，不管是作為結(jié)構(gòu)材料還是作為 功能材料，得到了非常廣泛的應(yīng)用。WC-Co硬質(zhì)合金更是被譽為現(xiàn) 代工業(yè)的"牙齒"，在金屬加工用刀具、采礦、石化、勘探、冶金和電 力等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用潛力。利用鎢基合金的高比重性，可以應(yīng)用于
4手機震子，配重塊、動能器械等；利用它的高熔點可以做為高溫材料。
鴒基高比重合金的高熔點決定它使用粉末冶金(P/M)方法制備
零件的唯一性和必然性。通常采用兩種方法制造鴒基合金零件， 一種 使用常規(guī)的壓制-燒結(jié)法，但由于采用該工藝制備的產(chǎn)品外形復(fù)雜程 度有限，再加上由于鎢基合金硬度高、脆性大、導(dǎo)電性差，后續(xù)加工 困難，加工手段極為有限且成本高昂，這就使鴒基高比重合金的廣泛
使用設(shè)置了障礙。另一種是采用新的金屬粉末注射成形方法(Metal Powder Injection Molding, MIM )，其是常規(guī)粉末冶金工藝與現(xiàn)代塑料 注射成形工藝相結(jié)合而形成的一門新型近凈成形(Near-Net-Shape ) 技術(shù)，具有常規(guī)粉末冶金和機床加工方法無法比擬的優(yōu)越性，特別是 在制造外部切槽、外螺纟丈錐形外交面、交叉孔、盲孔、凹臺、4建槽、 加強板、表面滾花等形狀復(fù)雜的零部件方面優(yōu)勢明顯。同時該技術(shù)制 造的產(chǎn)品有組織均勻、性能各向同性和尺寸精度高等優(yōu)點。與傳統(tǒng)方 法相比，MIM的生產(chǎn)成本低、物料利用率高、產(chǎn)品可大批、中批、 小批量生產(chǎn)，生產(chǎn)方式機動靈活，能帶來很好的經(jīng)濟效益，被稱為"第 五代'，金屬成形方法。 一般來說MIM工藝流程為金屬粉末+粘結(jié)劑 ">混喂料—造?！⑸涑尚巍撝A(yù)燒—燒結(jié)—成品。 MIM技術(shù)在很多方面得到廣泛的應(yīng)用，主要集中在變截面穿甲 彈彈芯、散彈、高爾夫球頭、手機振子、手表平衡擺錘、捕魚用的魚 墜、電器、電子行業(yè)中的電子封裝件等結(jié)構(gòu)簡單的零部件，用以替代 常規(guī)的P/M工藝，提高生產(chǎn)率和原材料的利用率、降低成本。而在 鎢基高比重合金占主要市場和利潤的硬質(zhì)合金刀具、微型鉆頭、微型 沖頭、手表殼、表帶、離心器、各種泵用零部件、活塞、紡織機械用 的導(dǎo)線器、高壓噴嘴、鋸齒鏈等方面則依然采用常規(guī)的壓制-燒結(jié)工 藝，繼而后續(xù)加工。因此，類似產(chǎn)品在價格上居高不下，而后續(xù)加工的相關(guān)技術(shù)報道極少，壟斷在歐美日少數(shù)幾家公司手中，國內(nèi)在這些 方面處于被動。究其原因，是由于上述零部件結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，幾何形
狀更加精微，微結(jié)構(gòu)和孩i尺寸較多，利用MIM成形困難。
借鑒其他材料加工技術(shù)，特別是塑料加工技術(shù)，是MIM技術(shù)發(fā) 展的一種重要趨勢。塑料微注射成形技術(shù)，是生產(chǎn)具有微結(jié)構(gòu)的常規(guī) 零件和微小零件的一種重要方法和工藝。借鑒于塑料的微注射成形技 術(shù)，各國的研究人員開始研究粉末微注射成形技術(shù)(uMIM)。
uMIM技術(shù)的出現(xiàn)，為鴒基高比重合金產(chǎn)品的研制提供了契機。 目前關(guān)于uMIM技術(shù)的研究，多數(shù)集中在不銹鋼、鐵基合金上，例如 申請?zhí)枮?00610011893.5的中國發(fā)明專利即分開了 一種"Fe-Ni軟磁 合金的微注射成形方法"。在uMIM鴒基高比重合金產(chǎn)品上，尚未有 類似的報道，屬于國際前沿課題，具有非常重要的學(xué)術(shù)研究價值，其 相關(guān)問題的解決，不僅對鎢基高比重合金產(chǎn)品制備技術(shù)的發(fā)展有重大 的推動作用，而且其研究成果可以直接推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種微注射成形技術(shù)在鎢 基合金產(chǎn)品制備上的應(yīng)用。
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種鎢基合金粉末利用微 注射成形技術(shù)制備產(chǎn)品的方法，采用這種方法易于充型，且生坯強度 高、保形性好。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是
本發(fā)明將微注射成形技術(shù)應(yīng)用在鎢基合金產(chǎn)品制備上，利用微注 射成形技術(shù)可以制備出質(zhì)量小于0.5克，相對密度大于96%的微型鎢 基合金零件。
利用上述應(yīng)用，本發(fā)明提供一種鴒基合金粉末微注射成形方法，包括以下步驟
(1) 混合將鴒基合金各組分粉末通過球磨混合均勻，根據(jù)不 同球磨才幾，分別球磨1-12小時；
(2) 混煉先將粘結(jié)劑加入密煉機或捏合機型腔中加熱熔化， 再分批加入混合均勻的鎢基合金粉末至所需裝載量，鴒基合金粉末裝 載量以體積比為45%~60°/。，在100 180度溫度下混煉1~2小時；其 中粘結(jié)劑成分為，質(zhì)量比石蠟42 52%,聚乙烯42 52%，表面改 '性劑2% 8%;
(3) 制粒步驟將混煉好的喂料經(jīng)三次片狀、四次小圓柱狀制 粒，使料進一步均勻，得到適合于注射成形的粒狀喂料；
(4) 注射成形在注射成形機上安裝微注射成形模具注射成形， 其中注射溫度為120 180度，注射壓力為100 150MPa，注射時模具 溫度為40~80度，脫模溫度為30-60度，得到所需形狀的無缺陷鴒基 合金微注射成形生坯；
(5) 生坯脫脂采用二步脫脂工藝，即溶劑脫脂+熱脫脂；先在 正庚烷溶劑中對生坯進行1 6小時脫脂；再進行熱脫脂，熱脫脂分別 采用H2或真空氣氛，加溫曲線為以每分鐘2 4度的速率加熱從室 溫到300-500度，并保溫1 3小時，再以1 2度的溫度加熱到700-800 度，并保溫2 4小時；
(6) 燒結(jié)將脫脂后生坯在爐內(nèi)氣壓小于40Pa的真空爐中進 行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1350。C 1450。C ,并在燒結(jié)溫度下保溫 40 120min,最后得到微型鴒基合金零件。
所述鵪基合金各組分根據(jù)所制造的零件不同采用W-Ni-Fe, W國Ni畫Cu， W-Cu, WC陽Co等。
所述表面改性劑由硬脂酸和有機萘按一定比例組成。所述的粘結(jié)劑制備方法為根據(jù)所選定粘結(jié)劑體系各成分組元的 質(zhì)量百分比配料，在加熱混合裝置中加熱混煉均勻，加熱溫度為 100 180°C。
采用上述方案后，本發(fā)明首先提供將微注射成形技術(shù)應(yīng)用到鵠 基合金產(chǎn)品制備上，使制造微型鴒基合金零件成為可以。同時，本發(fā) 明提出一種鎢基合金粉末微注射成形方法，該方法應(yīng)用微注射成形技 術(shù)可以制造出質(zhì)量小于0.5克，相對密度大于96%的微型鴒基合金零件。
采用本發(fā)明所述鴒基合金粉末微注射成形方法，具有下述優(yōu)點
1、 本發(fā)明采用粘接劑由石蠟、聚乙烯、表面改性劑等組成，表 面改性劑由硬脂酸和有機萘按一定比例組成，這種表面改性劑比常規(guī) 的表面活性劑能降低粘結(jié)劑與粉末的潤濕角，增加與粉末的結(jié)合力， 降低注射過程中的兩相分離。另外，由于這種表面改性劑的存在，粘
結(jié)劑在高剪切速率下粘度會急劇降低，這樣會有利于充型，即使在微 注射成形模具內(nèi)同樣可保證充模充分。另外，由于有機萘的高揮發(fā)性， 使這種粘結(jié)劑有利于快速脫脂，并降低有機物中所含碳元素對合金的 污染。
2、 本發(fā)明采用溶劑脫脂+熱脫脂兩步脫脂工藝，第一步溶劑脫脂 可脫掉低熔點的石蠟和部分表面改性劑，第二步熱脫脂主要可脫掉高 熔點的聚合物，所采用的高溫保溫可使粘結(jié)劑去除干凈，并4吏得脫脂 后的生坯初步燒結(jié)，提高生坯強度，保證了生坯的保形性。
具體實施例方式
本發(fā)明將微注射成形技術(shù)應(yīng)用在鎢基合金產(chǎn)品制備上，可以制造 出質(zhì)量小于0.5克，相對密度大于96%的微型鎢基合金零件。而制造 這種微型鴒基合金零件所采用的鵪基合金粉末微注射成形方法包括下述步驟
(1) 混合將鴒基合金各組分粉末通過球磨混合均勻，根據(jù)不 同球磨機，分別球磨1-12小時。其中鎢基合金各組分根據(jù)所制造的 零件不同可以采用W-Ni-Fe， W-Ni-Cu, W-Cu， WC-Co等。
(2) 混煉所用設(shè)備為密煉機或捏合機，先將粘結(jié)劑加入密煉 機型腔中加熱熔化，再分批加入混合均勻的鴒基合金粉末至所需裝載 量，鎢基合金粉末裝載量以體積比為45°/。 60%,在適當溫度(100-180 度)下混煉一^a時間(1 2小時)。其中粘結(jié)劑成分為，質(zhì)量比石 蠟42~52%,聚乙烯42 52°/。，表面改性劑2%~8%,而表面改性劑由 硬脂酸和有機萘按一定比例組成。根據(jù)所選定粘結(jié)劑體系各成分組元 的質(zhì)量百分比配料，在加熱混合裝置中加熱混煉均勻，加熱溫度為 100- 180°C。這種粘結(jié)劑在高剪切速率下粘度會急劇降低，這樣會有 利于后續(xù)注射成形的充型；另外，有利于脫脂和降低對材料成分的污 染。
(3) 制粒將混煉好的喂料經(jīng)三次片狀、四次小圓柱狀制粒， 使料進一步均勻，得到適合于注射成形的粒狀喂料。如果不進行大批 量生產(chǎn)，而只是小批量或者只是在實驗中，則不需此步驟。
(4) 注射成形在注射成形機上安裝微注射成形模具注射成形， 其中注射溫度為120~180度，注射壓力為100 150MPa,注射時模具 溫度為40-80度，脫模溫度為30~60度，得到所需形狀的無缺陷鴒基 合金微注射成形生坯。
(5) 生坯脫脂采用二步脫脂工藝，即溶劑脫脂+熱脫脂。溶劑 選用正庚烷U 6小時)；熱脫脂分別采用H2或真空氣氛，加溫曲線 為以每分鐘2 4度的速率加熱從室溫到300-500度，并保溫1~3 小時；再以1 2度的溫度加熱到700-800度，并保溫2 4小時。第一步溶劑脫脂主要是脫掉低熔點的石蠟和部分表面改性劑；第二步熱脫 脂主要是高熔點的聚合物，高溫保溫主要是使粘結(jié)劑去除干凈，并使 得脫脂后的生坯初步燒結(jié)，提高生坯強度，保證生坯的保形性。
(6)燒結(jié)將脫脂后生坯在爐內(nèi)氣壓小于40Pa的真空爐中進 行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1350 。C ~1450 。C ,并在燒結(jié)溫度下保溫 40 120min。最后得到微型鵠基合金零件。
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一 步的說明。
1、 實施例1:
將94wt。/。W、 4wt%Cu、 2wt%Ni在行星球磨機上混料1小時，粘 結(jié)劑為44wt。/。石蠟、48wt。/。聚乙烯、8wt。/。表面改性劑。在捏合機上， 160度混煉1小時，再制粒，然后注射成形，注射壓力lOOMPa，模 溫60度，注射溫度為140度，4莫溫降至35度時脫才莫。在正庚烷溶劑 中脫脂4小時，再在脫脂爐熱脫脂，采用H2氣氛，加溫曲線為以 每分鐘3度的速率加熱從室溫到400度，并保溫1小時；再以2度的 溫度加熱到800度，并保溫2小時。在爐內(nèi)氣壓10Pa的真空爐中進 行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450。C并在燒結(jié)溫度下保溫80min。最后得到微 型94wt%W、 4wt%Cu、 2wt。/。Ni合金零件。
2、 實施例2:
將92wt%WC 、 8wt%Co在行星球磨機上混料2小時，粘結(jié)劑為 46wt。/。石蠟、48wt。/。聚乙烯、6wt。/。表面改性劑。在捏合機上，160度 混煉1小時，再制粒，注射成形(注射壓力140MPa，模溫60度，注 射溫度為150度)，模溫降至40度時脫模。在正庚烷溶劑中脫脂5小 時，再在脫脂爐熱脫脂，采用H2氣氛，加溫曲線為以每分鐘3度 的速率加熱從室溫到300度，并保溫1小時；再以2度的溫度加熱到 800度，并保溫2小時。在爐內(nèi)氣壓lPa的真空爐中進行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為1450°C并在燒結(jié)溫度下保溫120min。最后得到微型 92wt%WC、 8wtMCo合金零件。 3、實施例3:
將90wt%WC、 10wt%Co在行星球磨機上混料2小時，粘結(jié)劑為 45wt。/。石蠟、48wt。/。聚乙烯、7wt。/。表面改性劑。在捏合機上，160度 混煉1小時，再制粒，注射成形(注射壓力120MPa，模溫60度，注 射溫度為145度)，模溫降至35度時脫模。在正庚烷溶劑中脫脂5小 時，再在脫脂爐熱脫脂，采用H2氣氛，加溫曲線為以每分鐘3度 的速率加熱從室溫到300度，在保溫1小時；再以2度的溫度加熱到 780度，并保溫2小時。在爐內(nèi)氣壓1Pa的真空爐中進行燒結(jié)，燒結(jié) 溫度為1420。C并在燒結(jié)溫度下保溫90min。最后得到微型90wt%WC、 10wt°/。Co合金零件。
權(quán)利要求
1、微注射成形技術(shù)在鎢基合金產(chǎn)品制備上的應(yīng)用，利用微注射成形技術(shù)可以制備出質(zhì)量小于0.5克，相對密度大于96％的微型鎢基合金零件。
2、 一種鴒基合金粉末微注射成形方法，其特征在于它包括以下 步驟混合將鴒基合金各組分粉末通過球磨混合均勻，根據(jù)不同球磨 機，分別球磨1-12小時；混煉先將粘結(jié)劑加入密煉機或捏合機型腔中加熱熔化，再分批 加入混合均勻的鵠基合金粉末至所需裝載量，鴒基合金粉末裝載量以 體積比為45%~60%，在100-180度溫度下混煉1 2小時；其中粘結(jié) 劑成分為，質(zhì)量比石蠟42~52%，聚乙烯42 52%,表面改性劑 20/0~8%;注射成形在注射成形機上安裝微注射成形模具注射成形，其中 注射溫度為120 180度，注射壓力為100 150MPa，注射時模具溫度 為40~80度，脫模溫度為30~60度，得到所需形狀的無缺陷鴒基合金 微注射成形生坯；生坯脫脂采用二步脫脂工藝，即溶劑脫脂+熱脫脂；先在正庚 烷溶劑中對生坯進行1 6小時脫脂；再進行熱脫脂，熱脫脂分別采用 H2或真空氣氛，加溫曲線為以每分鐘2~4度的速率加熱從室溫到 300-500度，并保溫1~3小時，再以1 2度的溫度加熱到700 800度， 并保溫2~4小時；燒結(jié)將脫脂后生坯在爐內(nèi)氣壓小于40Pa的真空爐中進行燒結(jié)， 燒結(jié)溫度為1350。C 1450。C,并在燒結(jié)溫度下保溫40 120min,最后 得到微型鴒基合金零件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的鵠基合金粉末微注射成形方法，其特 征在于為適應(yīng)工廠大指生產(chǎn)，在混煉之后注射成形步驟之前增加一 制粒步驟將混煉好的喂料經(jīng)三次片狀、四次小圓柱狀制粒，使料進 一步均勻，得到適合于注射成形的粒狀喂料。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的鴒基合金粉末微注射成形方法， 其特征在于所述混合步驟中，鴒基合金各組分根據(jù)所制造的零件不 同采用W-Ni-Fe, W-Ni-Cu， W-Cu, WC-Co等。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的鴒基合金粉末微注射成形方法， 其特征在于所述表面改性劑由硬脂酸和有機萘按一定比例組成。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的鴒基合金粉末微注射成形方法，其特 征在于所述的粘結(jié)劑制備方法為根據(jù)所選定粘結(jié)劑體系各成分組 元的質(zhì)量百分比配料，在加熱混合裝置中加熱混煉均勻，加熱溫度為 10(M80。C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種將微注射成形技術(shù)在鎢基合金產(chǎn)品制備上的應(yīng)用，可以制備出質(zhì)量小于0.5克，相對密度大于96％的微型鎢基合金零件。本發(fā)明還公開了一種鎢基合金粉末微注射成形方法，它包括以下混合、混煉、制粒、注射成形、生坯脫脂、燒結(jié)等步驟。該方法的粘接劑由石蠟、聚乙烯、表面改性劑等組成，改性劑由硬脂酸和有機萘按一定比例組成，此粘結(jié)劑在高剪切速率下粘度會急劇降低，這樣會有利于充型。本方法采用溶劑脫脂+熱脫脂兩步脫脂工藝，第一步溶劑脫脂可脫掉低熔點的石蠟和部分表面改性劑，第二步熱脫脂主要可脫掉高熔點的聚合物，所采用的高溫保溫可使粘結(jié)劑去除干凈，并使得脫脂后的生坯初步燒結(jié)，提高生坯強度，保證生坯的保形性。
文檔編號B22F3/00GK101623760SQ20091011230
公開日2010年1月13日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者周水庭, 易際明, 肖平安, 胡業(yè)奇, 葛曉宏, 龔曉叁 申請人:廈門理工學(xué)院