專利名稱：一種擠壓成形劑及其制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金成形技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種擠壓成形劑及其制備和在粉末擠壓成形工藝中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著社會的發(fā)展，對粉末冶金制品的需求不斷增加。粉末擠壓成形是近年來迅速發(fā)展的一種粉末冶金新型成形技術(shù)，具有產(chǎn)品長度不受限制、縱向密度比較均勻、效率高等優(yōu)點，現(xiàn)已成為制備大長徑比粉末冶金管、棒、條、帶等產(chǎn)品最有效的方法之一。在PEM工藝中，制約著大厚度、形狀復(fù)雜大尺寸、截面變化零部件發(fā)展最主要因素是成形劑及其脫除工藝，尤其成形劑的設(shè)計和制備直接決定著擠壓制品的質(zhì)量和應(yīng)用情況，是擠壓成形技術(shù)成敗的關(guān)鍵。硬質(zhì)合金擠壓成形工藝中傳統(tǒng)的成形劑為兩組元或三組元，如國外的PE(聚乙烯)/SA (硬脂酸)，PP (聚丙烯)/SA (硬脂酸)；國內(nèi)的20/SBS (苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段聚合物)+75/PW(石蠟)+5/SA(硬脂酸)等，其組元較為單一，成形坯的脫脂保形性較差，且脫脂時間長，脫脂缺陷多。白佳聲等在CN1788889AQ1，6，2006)公開的一種硬質(zhì)合金擠壓成形劑包括石蠟、高分子聚合物和極性低分子活性物質(zhì)，存在喂料制備復(fù)雜，脫脂時間長(7 )的問題。盧平書等在CN101372556AQ5，2，2009)公開了一種硬質(zhì)合金擠壓成形劑，其組元按重量百分比計為石蠟65 80%，丁苯橡膠10 20%，鄰苯二甲酸二丁酯 3 5 %，菜籽油3 5 %，硬脂酸3 5 %，余量為有機溶劑，該成形劑制備的喂料裝載量較低(成形劑質(zhì)量百分含量為8%)，且存在一定量的擠壓廢坯。孫丹在粉末冶金技術(shù)0010， 28(4) =262-265)上采用新型成形劑制備超細硬質(zhì)合金棒坯，其成形劑組元按質(zhì)量百分比計算包括固體石蠟(SPW)+液體石蠟(LPW) 60 80%，高密度聚乙烯(HDPE)+乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA) :10 30%，硬脂酸(SA) :5 10%，所制備的喂料均勻性差，粘結(jié)劑易偏析，且在溶劑脫脂過程中棒坯易于產(chǎn)生開裂，產(chǎn)品的成品率較低。T. Jardiel等在 Ceramics International (2009, 35 =2329-2335)上報道采用石蠟-聚烯烴粘結(jié)劑制備氧化鋯薄壁管，其粘結(jié)劑組元按體積百分比計為46% Pff+50% PP+4% SA，制得的大長徑比管材壁厚小于200 μ m。范景蓮等在粉末冶金技術(shù)0003，3 :131-134)上報道采用一種多組元油+蠟塑料體系改性粘結(jié)劑，制備了鎢棒彈芯材料的注射坯，但該喂料裝載量為51%， 只有在120 180°C才表現(xiàn)出良好的流動性，不適合用于制備大長徑比粉末冶金樣件的低溫(60-80°C )擠壓成形工藝。趙紅梅等在兵器材料科學(xué)與工程0006，四(5) 59-64)上報道分別采用聚丙烯(PP)-聚苯乙烯(PS)-植物油(Oil)-硬脂酸(SA)和聚丙烯(PP)-石蠟(PW)-植物油(Oil)-硬脂酸(SA)-增塑劑(DOP)兩種粘結(jié)劑體系，利用粉末注射成形工藝得到了 Φ 22. 5mm的易碎鎢合金彈芯，其注射溫度為180 200°C，不適合用于制備大長徑比粉末冶金樣品的低溫(60-80°C )擠壓成形技術(shù)，且該注射坯在溶劑脫脂過程中脫脂率不高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在開發(fā)一種適用于大尺寸、復(fù)雜樣件的粉末擠壓成形用新型成形劑，其性能要求包括成形劑組元相容性好、與粉末粘附性好、粉末裝載量高、成形性好，特別是能滿足大尺寸坯體的快速無缺陷脫脂。一種擠壓成形劑，是由以下質(zhì)量百分比的成分制備而成固體石蠟(PW)與液體石蠟(LPW)的總質(zhì)量60 80%，高密度聚乙烯(HDPE)與乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)的總質(zhì)量10 20%，增塑劑(DOP)I 8%，硬脂酸(SA)I 5%，巴西棕櫚蠟(CW) 3 8%， 余量為改性劑(PEW)。所述的增塑劑包括崁酮、雙丁基苯二酸、二甲基苯二酸、二辛基癸二酸鹽、鄰苯二甲酸二辛脂或鄰苯二甲酸二丁酯。所述的改性劑為聚乙烯蠟。所述的擠壓成形劑的制備方法如下1)將混煉裝置升溫至150 170°C，并進行保溫；2)將稱量好的高密度聚乙烯放入混煉裝置中加熱熔融，待完全熔融后，緩慢加入乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，不斷攪拌，直至兩者形成均一熔融混合物；3)將熔融混煉溫度降低到100 120°C，向步驟(2)得到的熔融混合物中加入稱量好的改性劑，不斷攪拌，使融為一體；4)將固體石蠟、液體石蠟和巴西棕櫚蠟依次加入步驟C3)得到的熔融共混物中， 不斷攪拌，混煉時間為20 60min ；5)再將增塑劑和硬脂酸加入混煉裝置中，攪拌10 30min，制得所需成形劑。所述的擠壓成形劑可以應(yīng)用于鎢基合金或硬質(zhì)合金或陶瓷粉末擠壓成形。發(fā)明的優(yōu)點和積極效果一種新型多組元復(fù)合成形劑，改善了單一石蠟成形劑脫脂困難、脫脂時間長及脫脂保形性差的缺點。原料價廉，制備工藝簡單，改善了成形劑組元間的相容性，增強了成形劑與粉末的相互作用，減少了成形劑偏析缺陷，提高了喂料均勻性。降低了喂料的粘度，改善了喂料的流變性能，提高了粉末裝載量。降低了坯體殘余應(yīng)力，脫脂保形性好，可綜合采用溶劑脫脂和熱脫脂工藝，脫脂效率高，能實現(xiàn)大樣件的快速無缺陷脫脂。單一石蠟成形劑在脫脂過程中軟化點較集中，極易受熱軟化變形，而在分解脫除過程中由于分解溫度較集中，極易產(chǎn)生開裂和變形等缺陷，脫脂過程很難控制，導(dǎo)致脫脂時間長，而且石蠟基生坯強度低、脫脂時內(nèi)應(yīng)力較大、釋放較慢，需要在高溫下長時間脫脂，脫脂效率低，且在脫脂過程中生坯易出現(xiàn)起泡、開裂、塌陷和變形等，只適合于生產(chǎn)小件的產(chǎn)
P
ΡΠ O本發(fā)明中改性劑的添加改善了成形劑組元間相容性，極性蠟CW、EVA及表面活性劑SA的添加增強了成形劑與粉末的相互作用，減少了成形劑偏析缺陷，提高了喂料均勻性。添加改性劑在改善相容性的同時，降低了整個成形劑的熔點，改善了流動性，還添加有 LPW，降低了喂料的粘度，改善了喂料的流變特性，有利于粉末裝載量的提高。PW晶粒粗大， 冷凝收縮率可高達20%，易在擠壓坯中產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力而造成成形、脫脂缺陷，采用CW 來調(diào)配PW，CW顆粒粒度小，韌性好，不易破碎，有良好的可塑性，在壓力作用下傾向于流動， 降低了坯體內(nèi)殘余應(yīng)力，提高了坯體脫脂質(zhì)量。由于添加了易于溶解脫除的LPW，既可實
4現(xiàn)成形坯的快速溶劑脫脂，也可保證脫脂無缺陷，且脫脂率高，有利于后續(xù)熱脫脂的快速進行，適合大樣件的脫脂。


圖1為實施例1樣品照片其中(a)成形劑斷口 SEM照片；(b)成形劑斷口偏光顯微鏡照片；(c)擠壓棒坯照片(Φ24ι πι)；圖2為實施例2樣品照片其中(a)成形劑斷口 SEM照片；(b)成形劑斷口偏光顯微鏡照片；(c)脫脂后棒坯斷口 SEM照片；(d)脫脂后棒坯照片(Φ 38mm)。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例旨在進一步說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。實施例1(1)以質(zhì)量百分比分別稱取60%固體石蠟，10%液體石蠟，8%高密度聚乙烯，8% 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，4%增塑劑(鄰苯二甲酸二辛酯)，1 %硬脂酸，6%巴西棕櫚蠟， 3%改性劑(聚乙烯蠟)。(2)將混煉裝置升溫至160°C，并進行保溫。(3)將稱量好的8%高密度聚乙烯放入混煉裝置中加熱熔融，待完全熔融后，緩慢加入8%乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，不斷攪拌，直至兩者形成均一熔融混合物。(4)將熔融混煉溫度降低到100°C，向上述熔融共混物中加入3%的改性劑(聚乙烯蠟)，不斷攪拌，使融為一體。(5)將備好的固體石蠟、液體石蠟和巴西棕櫚蠟按順序一起加入上述熔融共混物中，不斷攪拌，混煉時間為30min。(6)再將備好的增塑劑和硬脂酸加入混煉裝置中，攪拌lOmin，制得所需成形劑 (如圖 la、b)。(7)將所得成形劑與W-Ni-Fe球磨粉進行混煉，混煉溫度為160°C，混煉時間為3h， 制得喂料，將擠壓料放入擠壓機，擠壓溫度為70°C，以中等速度，一定壓力下擠出Φ24πιπι大長徑比棒坯(如圖Ic)。實施例2(1)以質(zhì)量百分比分別稱取55 %固體石蠟，15 %液體石蠟，10 %高密度聚乙烯， 10%乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，5%增塑劑(鄰苯二甲酸二辛酯)，1 %硬脂酸，3%巴西棕櫚蠟，改性劑(聚乙烯蠟)。(2)將混煉裝置升溫至170°C，并進行保溫。(3)將稱量好的10%高密度聚乙烯放入混煉裝置中加熱熔融，待完全熔融后，緩慢加入10%乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，不斷攪拌，直至兩者形成均一熔融混合物。(4)將熔融混煉溫度降低到110°C，向上述熔融共混物中加入改性劑(聚乙烯蠟)，不斷攪拌，使融為一體。(5)將備好的固體石蠟、液體石蠟和巴西棕櫚蠟按順序一起加入上述熔融共混物中，不斷攪拌，混煉時間為60min。(6)再將備好的增塑劑和硬脂酸加入混煉裝置中，攪拌15min，制得所需成形劑 (如圖 2a、b)。(7)將所得成形劑與鎢、鎳、鐵粉末進行混煉，混煉溫度為160°C，混煉時間為3h， 制得喂料，將擠壓料放入擠壓機，擠壓溫度為75°C，以中等速度，一定壓力下擠出Φ38_大長徑比棒坯。(8)采用兩步脫脂技術(shù)對擠壓棒坯脫脂處理，在短時間內(nèi)可得到無缺陷的大尺寸脫脂棒坯(圖2c、d)。
權(quán)利要求
1.一種擠壓成形劑，其特征在于，是由以下質(zhì)量百分比的成分制備而成固體石蠟與液體石蠟的總質(zhì)量60 80%，高密度聚乙烯與乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的總質(zhì)量10 20 %，增塑劑1 8 %，硬脂酸1 5 %，巴西棕櫚蠟3 8 %，余量為改性劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠壓成形劑，其特征在于，所述的增塑劑包括崁酮、雙丁基苯二酸、二甲基苯二酸、二辛基癸二酸鹽、鄰苯二甲酸二辛脂或鄰苯二甲酸二丁酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擠壓成形劑，其特征在于，所述的改性劑為聚乙烯蠟。
4.權(quán)利要求1或2或3所述的擠壓成形劑的制備方法，其特征在于，具體如下1)將混煉裝置升溫至150 170°C，并進行保溫；2)將稱量好的高密度聚乙烯放入混煉裝置中加熱熔融，待完全熔融后，緩慢加入乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，不斷攪拌，直至兩者形成均一熔融混合物；3)將熔融混煉溫度降低到100 120°C，向步驟(2)得到的熔融混合物中加入稱量好的改性劑，不斷攪拌，使融為一體；4)將固體石蠟、液體石蠟和巴西棕櫚蠟依次加入步驟C3)得到的熔融共混物中，不斷攪拌，混煉時間為20 60min ；5)再將增塑劑和硬脂酸加入混煉裝置中，攪拌10 30min，制得所需成形劑。
5.權(quán)利要求1或2或3所述的擠壓成形劑應(yīng)用于鎢基合金或硬質(zhì)合金或陶瓷粉末擠壓成形。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種擠壓成形劑及其制備和應(yīng)用。特別是一種適合鎢基合金或硬質(zhì)合金或陶瓷粉末擠壓成形工藝用成形劑及其制備和應(yīng)用。該成形劑包括固體石蠟+液體石蠟60～80％，巴西棕櫚蠟3～8％，高密度聚乙烯+乙烯-醋酸乙烯酯共聚物10～20％，增塑劑1～8％，硬脂酸1～5％，余量為改性劑。本發(fā)明克服了擠壓坯體，特別是大尺寸擠壓坯體脫脂時間長、脫脂保形性差、脫脂缺陷多的不足，且原料價廉易購，制備的成形劑組元相容性好，應(yīng)用于粉末擠壓成形工藝，其微觀組織均勻，與粉末有較強的相互作用，成形性好，并能實現(xiàn)厚度達40mm坯體的快速無缺陷脫脂，提高了生產(chǎn)效率，同時極大地推動了擠壓成形產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
文檔編號B22F3/20GK102151832SQ201110047568
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月28日
發(fā)明者劉文勝, 蔡青山, 馬運柱 申請人:中南大學(xué)