CN101797645B - 一种用于粉末微注射成形的粘结剂及其应用方法 - Google Patents

一种用于粉末微注射成形的粘结剂及其应用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于粉末微注射成形的粘结剂及其应用方法，该粘结剂由以下质量百分比含量组分组成：工业石蜡15-25％、巴西蜡20-30％、高密度聚乙烯15-32％、低密度聚乙烯10-20％、植物油5-20％、硬脂酸1-7％。粘结剂与金属粉末按体积比50～58∶50～42混合后注射成形、脱脂、烧结后可得微型金属零件。该粘结剂粘度较低但有足够的强度，有较好的充模能力与生坯稳定性；利于微注射成形的流动性并避免生坯件脱模时的损坏；注射坯密度均匀；通过低温与低加热速度的热脱粘，可制造出无裂纹、无变形的脱粘微型金属零件。

Description

一种用于粉末微注射成形的粘结剂及其应用方法
技术领域
本发明涉及金属粉末微注射成形领域专用于粉末微注射成形的粘结剂及其应用的方法。
背景技术
金属粉末微注射成形(uMIM)是在金属粉末注射成形的基础上发展的一项新的成形技术，其注射成形产品尺寸一般为亚毫米级甚至微米级，重量一般为2克以下，最小可达到0.02克。目前金属微尺度注射成形的生产存在废品率较高、易变形、尺寸精度不稳定的缺点，严重制约了金属微尺度注射成形技术的产业化规模和应用范围，造成这种情况的一个重要的原因是现有粘结剂的问题。现有的国内目前普遍使用的蜡基体系的粘结剂配方主要是用于常规尺寸的金属注射成形。对于常规金属粉末喂料，最为常用的是石蜡-聚合物系，主粘结剂为PW，辅助粘结剂为HDPE、EVA、PP、PA、PEA等，助剂为硬脂酸SA。这种粘结剂配方通常有较好的流变学性能，在注射工艺条件下粘度较低，流动性好。但这种粘结剂体系生坯强度低，且由于PW从注射温度降到室温过程会发生相转变，体积收缩大，造成生坯密度不均，废品率高，烧结产品尺寸精度差，无法满足金属粉末微注射成形领域。目前这方面的粘结剂主要依靠进口，成本很大。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于粉末微注射成形的粘结剂及其应用方法；该粘结剂粘度较低但有足够的强度，有较好的充模能力与生坯稳定性；利于微注射成形的流动性并避免生坯件脱模时的损坏；注射坯密度均匀；通过低温与低加热速度的热脱粘，可制造出无裂纹、无变形的脱粘微型金属零件。
本发明主要是研制出一种专用于粉末微注射成形用的粘结剂，其成分中具有工业石蜡、巴西蜡、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、植物油和硬脂酸，其质量百分比含量分别为工业石蜡15-25％、巴西蜡20-30％、高密度聚乙烯15-32％、低密度聚乙烯10-20％、植物油5-20%、硬脂酸1-7％。优选工业石蜡20％、巴西蜡25％、高密度聚乙烯24％、低密度聚乙烯15％、植物油13％、硬脂酸3％。
该粘结剂的应用方法如下：
1)混合：将粘结剂置叶片式混料机中，在140℃-160℃温度下混合1小时；加入金属粉末后在混料机中，在150℃-170℃温度下混合2小时；所述的粘结剂与金属粉末体积比为50～58∶50～42；
2)注射成形：将上述混料置于柱塞式微型注射成形机内，以注射温度145℃～170℃，模温50℃～70℃条件下，注射成型；
3)脱脂：首先将注射成型的坯件置二氯甲烷中，溶解石蜡和植物油组分；然后在氩气气氛中，以10℃/min速度加热至300℃，然后以15℃/min的速度加热至720℃进行热脱脂；
4)烧结：将脱脂后的坯件在真空烧结炉内进行，真空度为10-3Pa，以速率4℃/min升温至525℃，以速率10℃/min升温至烧结温度1050℃～1350℃，保温3～5h，最后随炉冷却至室温，可得微型金属零件。
由于金属粉末微注射成形主要用1～5um的超细粉，粉末表面/体积之比增大，因此需要粘度较低但有足够强度的粘结剂，以利微注射成形的流动性并避免生坯件脱模时损坏。相对于以往常规采用单组分主粘结剂和单组分辅助粘结剂不同，本发明特点是采用了熔点不同的复合主粘结剂和辅助粘结剂，这样使得在脱脂、烧结过程中，由于组分熔点不同，(工业石蜡熔点57～63℃，巴西蜡熔点82～85℃，高密度聚乙烯熔点范围为132-135℃，低密度聚乙烯熔点为112℃。)脱脂和烧结在不同的温度段分步分阶段进行，最大程度减小了脱脂和烧结过程的变形，保持了注射坯的形状。复合主粘结剂采用工业石蜡+巴西蜡，具有较好的流动性，有助于填充复杂型腔。辅助粘结剂采用高密度聚乙烯+低密度聚乙烯，起到骨架作用，维持脱脂保形性。表面活性剂采用植物油和硬脂酸，可用于改善粉末和粘结剂的兼容性，克服了金属粉末微注射成形注射成形时液固相易分离，注射坯密度不均匀的缺点。同时，当填料(即金属粉末)为颗粒直径不超过5um的超细17-PH粉时，并在较高的剪切率下，本发明体系的粘度低于其他商用粘结剂与填料混合体系的粘度。因此，在160～170℃成形温度下，这种注射料有较好的充模能力与生坯稳定性；可制造出无裂纹、无变形的脱粘微型金属零件。由于脱粘粉末注射成形零件的孔隙度高，烧结中的线性收缩约15％～20％，精度约±0.5％。
附图说明
图1为采用以往粘结剂制备的钳头的外观；
图2为采用本发明实施例1粘结剂制备的钳头的外观；
图3为采用以往粘结剂制备的钳头的钳刃口部分的扫描电镜图；
图4为采用本发明实施例1粘结剂制备的钳头的钳刃口部分的扫描电镜图；
图5为采用以往粘结剂制备的钳头的钳刃口部分的金相电镜图；
图6为采用本发明实施例1粘结剂制备的钳头的钳刃口部分的金相电镜图；
图7为采用以往粘结剂制备的钳头的前刃口的变形检测图；
图8为采用本发明实施例1粘结剂制备的钳头的前刃口的变形检测图；
图9为采用以往粘结剂的装配效果图；
图10为采用本发明实施例1粘结剂的装配效果图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明本发明，而非限制本发明。
实施例1：
按质量百分比含量分别为组分的重量百分比为：工业石蜡20％、巴西蜡25％、高密度聚乙烯24％、低密度聚乙烯15％、植物油13％、硬脂酸3％。粘结剂与原料粉末按体积比54∶46备料。
1)混合：将粘结剂置叶片式混料机中，在150℃温度下混合1小时；加入金属粉末后在混料机中，在160℃温度下混合2小时；
2)注射成形：将上述混料置于柱塞式微型注射成形机内，以注射温度150℃，模温60℃条件下，注射成型；
3)脱脂：首先将注射成型的坯件置二氯甲烷中，溶解石蜡和植物油组分；然后在氩气气氛中，以10℃/min速度加热至300℃，然后以15℃/min的速度加热至720℃进行热脱脂；
4)烧结：将脱脂后的坯件在真空烧结炉内进行，真空度为10-3Pa，以速率4℃/min升温至525℃，以速率10℃/min升温至烧结温度1100℃，保温3h，最后随炉冷却至室温，得微型金属零件。
实施例2：
按质量百分比含量分别为组分的重量百分比为：工业石蜡15％、巴西蜡30％、高密度聚乙烯15％、低密度聚乙烯20％、植物油15％、硬脂酸5％。粘结剂与原料粉末按体积比50∶50备料。
1)混合：将粘结剂置叶片式混料机中，在160℃温度下混合1小时；加入金属粉末后在混料机中，在170℃温度下混合2小时；
2)注射成形：将上述混料置于柱塞式微型注射成形机内，以注射温度160℃，模温50℃条件下，注射成型；
3)脱脂：首先将注射成型的坯件置二氯甲烷中，溶解石蜡和植物油组分；然后在氩气气氛中，以10℃/min速度加热至300℃，然后以15℃/min的速度加热至720℃进行热脱脂；
4)烧结：将脱脂后的坯件在真空烧结炉内进行，真空度为10-3Pa，以速率4℃/min升温至525℃，以速率10℃/min升温至烧结温度1200℃，保温4h，最后随炉冷却至室温，得微型金属零件。
实施例3：
按质量百分比含量分别为组分的重量百分比为：工业石蜡25％、巴西蜡20％、高密度聚乙烯32％、低密度聚乙烯10％、植物油15％、硬脂酸5％。粘结剂与原料粉末按体积比58∶42备料。
1)混合：将粘结剂置叶片式混料机中，在160℃温度下混合1小时；加入金属粉末后在混料机中，在170℃温度下混合2小时；
2)注射成形：将上述混料置于柱塞式微型注射成形机内，以注射温度170℃，模温70℃条件下，注射成型；
3)脱脂：首先将注射成型的坯件置二氯甲烷中，溶解石蜡和植物油组分；然后在氩气气氛中，以10℃/min速度加热至300℃，然后以15℃/min的速度加热至720℃进行热脱脂；
4)烧结：将脱脂后的坯件在真空烧结炉内进行，真空度为10-3Pa，以速率4℃/min升温至525℃，以速率10℃/min升温至烧结温度1350℃，保温5h，最后随炉冷却至室温，得微型金属零件。

Claims (1)

1.一种用于粉末微注射成形的粘结剂的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)混合：将粘结剂置叶片式混料机中，在140℃-160℃温度下混合1小时；加入金属粉末后在混料机中，在150℃-170℃温度下混合2小时；所述的粘结剂与金属粉末体积比为50～58∶50～42；
2)注射成形：将上述混料置于柱塞式微型注射成形机内，以注射温度145℃～170℃，模温50℃～70℃条件下，注射成型；
3)脱脂：首先将注射成型的坯件置二氯甲烷中，溶解石蜡和植物油组分；然后在氩气气氛中，以10℃/min速度加热至300℃，然后以15℃/min的速度加热至720℃进行热脱脂；
4)烧结：将脱脂后的坯件在真空烧结炉内进行，真空度为10-3Pa，以速率4℃/min升温至525℃，以速率10℃/min升温至烧结温度1050℃～1350℃，保温3～5h，最后随炉冷却至室温，可得微型金属零件；
所述的粘结剂由以下质量百分比含量组分组成：工业石蜡15-25％、巴西蜡20-30％、高密度聚乙烯15-32％、低密度聚乙烯10-20％、植物油5-20％、硬脂酸1-7％。
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