CN106270522A - 一种用于金属注射成型的喂料及其制备方法 - Google Patents

一种用于金属注射成型的喂料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

一种用于金属注射成型的喂料，由金属粉末和粘结剂混合制成，属于金属成型领域，其中，粘结剂为9.2～10.5wt％，金属粉末为89.5～90.8wt％，金属粉末激光粒度分布D90为18‑30μm；粘结剂包括聚甲醛，高分子聚合物，增塑剂，表面活性剂，相容剂和润滑剂。一种上述喂料的制备方法，将聚甲醛、高分子聚合物、相容剂、增塑剂、表面活性剂和润滑剂于150～200℃混合均匀后得到粘结剂；再将粘结剂和金属粉末混合制得喂料。该喂料流动性好，粘接剂容易脱除，得到的产品尺寸精度高、杂质含量少。该喂料的制备方法操作简便，能高效地得到均匀的喂料并且不对喂料中各种成分造成破坏，很好的保障了喂料的使用效果。

Description

一种用于金属注射成型的喂料及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属成型领域，具体而言，涉及一种用于金属注射成型的喂料及其制备方法。
背景技术
金属注射成型(Metal Injection Molding，简称MIM)由塑料注射成型引伸而来，金属注射成型技术与塑料注射成型技术同样具备一次性成型复杂形状制品、产品尺寸精度高和无需机械加工或只需微量加工等优点。同时，金属注射成型技术还克服了传统塑料成型技术中制品强度不高的缺点。
金属注射成型通常包括喂料的制备、注射成型、脱脂和烧结等步骤。喂料的制备是十分重要的一环，喂料通常由金属粉末和粘结剂捏合而成，其中粘结剂的组分构成尤为关键，直接影响着混合、注射成型、脱脂等工序，对注射成型坯的质量、脱脂及尺寸精度、合金成分等有很大的影响。好的粘结剂需要具备良好的流动性和强度，并且在后续工序中能够十分方便的脱去，不影响最终产品的质量和构成。目前来看，市售的用于金属注射成型的喂料都掌握在国外的大公司手上，制约着国内该行业的快速发展，研究并开发用于金属注射成型的喂料十分必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于金属注射成型的喂料，其流动性良好，容易注射成型，成型后得到的注射坯具有足够的强度，喂料中的粘结剂易于脱除，不会影响最终产品的质量和组成。
本发明的另一目的在于提供一种用于金属注射成型的喂料的制备方法，其操作简单方便，能够高效地得到所需的用于金属注射成型的喂料，得到的喂料分布均匀、流动性好。
本发明的实施例是这样实现的：
一种用于金属注射成型的喂料，由金属粉末和粘结剂混合制成，其中，粘结剂的质量分数为9.2～10.5％，金属粉末的质量分数为89.5～90.8％，金属粉末的激光粒度分布D90为18-30μm；按重量份数计，粘结剂包括聚甲醛75～85份，高分子聚合物6～12份，增塑剂3～8份，表面活性剂0.5～1.5份，相容剂1～5份和润滑剂1～5份。
一种上述用于金属注射成型的喂料的制备方法，包括：将聚甲醛、高分子聚合物、相容剂、增塑剂、表面活性剂和润滑剂于150～200℃混合均匀后得到粘结剂；再将粘结剂和金属粉末混合制得喂料。
本发明实施例的有益效果是：本发明提供的一种用于金属注射成型的喂料，粘结剂和金属粉末的比例适当，配合金属粉末合适的粒度，能够保证喂料的分布均匀、流动性优异。喂料的粘结剂采用聚甲醛作为基底，在后续脱脂中能够用酸催化脱除，脱除迅速而且脱脂率高。选用的高分子聚合物增强了注射坯的强度，使其在成型过程中不发生变形。而相容剂、增塑剂、表面活性剂和润滑剂则从多方面对粘结剂进行改性，各组分互相配合之下，在保证喂料流动性的同时也保有了足够的强度，得到的产品尺寸精度高、杂质含量少。本发明提供的一种用于金属注射成型的喂料，操作简便，能高效地得到均匀的喂料并且不对喂料中各种成分造成破坏，很好的保障了喂料的使用效果。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的一种用于金属注射成型的喂料及其制备方法进行具体说明。
一种用于金属注射成型的喂料，由金属粉末和粘结剂混合制成，其中，粘结剂的质量分数为9.2～10.5％，金属粉末的质量分数为89.5～90.8％，金属粉末的激光粒度分布D90为18-30μm；按重量份数计，粘结剂包括聚甲醛75～85份，高分子聚合物6～12份，增塑剂3～8份，表面活性剂0.5～1.5份，相容剂1～5份和润滑剂1～5份。
进一步地，在本发明其它较佳实施例中，按重量份数计，粘结剂包括聚甲醛78～83份，高分子聚合物8～12份，增塑剂5～8份，表面活性剂0.5～1份，相容剂1～3份和润滑剂1～3份。
进一步地，在本发明其它较佳实施例中，高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯和无规共聚聚乙烯中的至少一种，聚甲醛为均聚甲醛和共聚甲醛中的至少一种。聚甲醛在170℃左右开始融化，其热解温度接近300℃，能够满足常规的混料要求。聚甲醛在后续处理中可以用酸催化脱脂，脱脂速度快、脱脂率高。而高分子聚合物则是在催化脱脂后的注射坯中起支撑作用，保持注射坯形状，因此必须在有足够的强度的同时，还要有一定的耐酸性，而且为了后续预烧结中能够方便的脱去，所选的高分子聚合物还必须具备热塑性。
进一步地，在本发明其它较佳实施例中，增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯中的至少一种。增塑剂可以改变粘结剂的流动性，利于注射过程的顺利进行。
进一步地，在本发明其它较佳实施例中，表面活性剂为硬脂酸锌。表面活性剂可以加强金属粉末和粘结剂之间的相互作用，让喂料混合得更加均匀，表面活性剂多为硬脂酸一类试剂，但为了避免聚甲醛在酸性条件下分解，而采用硬脂酸盐，具体为硬脂酸锌。
进一步地，在本发明其它较佳实施例中，相容剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物和丙烯酸酯共聚物的至少一种。相容剂的主要作用是让聚甲醛和高分子聚合物能够更好的混溶，避免粘结剂在注射时产生相分离。这类相容剂一般含有与聚甲醛相似的碳氧键和与高分子聚合物相似的脂肪链来起到过渡的作用。
进一步地，在本发明其它较佳实施例中，润滑剂包括石蜡、蜂蜡、茶油和花生油中的至少一种。润滑剂多为一些小分子填充物，可以在粘合剂中的聚合物分子间作为填充并起到润滑的作用，增加粘合剂的流动性。
一种上述用于金属注射成型的喂料的制备方法，包括：将聚甲醛、高分子聚合物、相容剂、增塑剂、表面活性剂和润滑剂于150～200℃混合均匀后得到粘结剂；再将粘结剂和金属粉末混合制得喂料。
进一步地，在本发明其它较佳实施例中，将聚甲醛、高分子聚合物、相容剂于195～200℃的真空环境下混合均匀得到混合料，降温至150～160℃，向混合料中加入增塑剂、表面活性剂、润滑剂混合均匀后得到粘结剂。先在195～200℃下混合，可以保证混合温度在各高分子组分的熔点之上，让高分子组分能够充分熔化并混合均匀，再降至150～160℃加入小分子组分，可以尽量避免小分子组分在高温下被破坏。
进一步地，在本发明其它较佳实施例中，将金属粉末预热到150～160℃，向预热后的金属粉末中加入粘结剂，保持150～160℃捏合2～3h，再经挤出并破碎后，得到喂料。将金属粉末预热到与粘合剂相当的温度在于粘合剂混合，可以防止粘结剂由于温度变化过大而造成塑性降低从而混料不均的情况出现，以获得跟均匀的喂料。
进一步地，在本发明的其它较佳实施例中，还包括将捏合完成的喂料挤出并冷却后切割成颗粒料，以方便注射成型时使用。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例提供一种用于金属注射成型的喂料，由以下步骤制得：
将75kg均聚甲醛、8kg聚乙烯、3kg乙烯丙烯酸共聚物加入到真空搅拌机中，于200℃的真空环境下混合均匀得到混合料，降温至160℃，向混合料中加入5kg邻苯二甲酸二辛酯、0.5kg硬脂酸锌、4kg石蜡混合均匀后得到粘结剂。
将943kg金属粉末加入捏合机中并预热到160℃，向预热后的金属粉末中加入上述粘结剂，保持160℃捏合2h，用挤料机挤出成条，并破碎成颗粒状，得到喂料。
实施例2
本实施例提供一种用于金属注射成型的喂料，由以下步骤制得：
将78kg均聚甲醛、10kg聚乙烯、2kg乙烯-醋酸乙烯共聚物加入到真空搅拌机中，于200℃的真空环境下混合均匀得到混合料，降温至160℃，向混合料中加入6kg邻苯二甲酸二辛酯、1kg硬脂酸锌、1kg石蜡混合均匀后得到粘结剂。
将934kg金属粉末加入捏合机中并预热到160℃，向预热后的金属粉末中加入上述粘结剂，保持160℃捏合2h，用挤料机挤出成条，并破碎成颗粒状，得到喂料。
实施例3
本实施例提供一种用于金属注射成型的喂料及其制备方法，由以下步骤制得：
将80kg均聚甲醛、7kg聚丙烯、3kg乙烯丙烯酸共聚物加入到真空搅拌机中，于200℃的真空环境下混合均匀得到混合料，降温至160℃，向混合料中加入5kg邻苯二甲酸二辛酯、1kg硬脂酸锌、3kg石蜡混合均匀后得到粘结剂。
将922kg金属粉末加入捏合机中并预热到160℃，向预热后的金属粉末中加入上述粘结剂，保持160℃捏合2h，用挤料机挤出成条，并破碎成颗粒状，得到喂料。
实施例4
本实施例提供一种用于金属注射成型的喂料及其制备方法，由以下步骤制得：
将85kg均聚甲醛、12kg聚乙烯、1kg丙烯酸酯共聚物加入到真空搅拌机中，于195℃的真空环境下混合均匀得到混合料，降温至160℃，向混合料中加入4kg邻苯二甲酸二辛酯、1.5kg硬脂酸锌、1kg花生油混合均匀后得到粘结剂。
将1019kg金属粉末加入捏合机中并预热到160℃，向预热后的金属粉末中加入上述粘结剂，保持160℃捏合2h，用挤料机挤出成条，并破碎成颗粒状，得到喂料。
实施例5
本实施例提供一种用于金属注射成型的喂料及其制备方法，由以下步骤制得：
将83kg均聚甲醛、6kg聚丙烯、2kg丙烯酸酯共聚物加入到真空搅拌机中，于200℃的真空环境下混合均匀得到混合料，降温至150℃，向混合料中加入8kg邻苯二甲酸二丁酯、0.5kg硬脂酸锌、3kg蜂蜡混合均匀后得到粘结剂。
将912kg金属粉末加入捏合机中并预热到160℃，向预热后的金属粉末中加入上述粘结剂，保持160℃捏合2h，用挤料机挤出成条，并破碎成颗粒状，得到喂料。
实施例6
本实施例提供一种用于金属注射成型的喂料及其制备方法，由以下步骤制得：
将77kg均聚甲醛、10kg无规共聚聚乙烯、3kg乙烯-醋酸乙烯共聚物加入到真空搅拌机中，于195℃的真空环境下混合均匀得到混合料，降温至150℃，向混合料中加入3kg邻苯二甲酸二丁酯、0.5kg硬脂酸锌、5kg蜂蜡混合均匀后得到粘结剂。
将840kg金属粉末加入捏合机中并预热到160℃，向预热后的金属粉末中加入上述粘结剂，保持160℃捏合2h，用挤料机挤出成条，并破碎成颗粒状，得到喂料。
实施例7
本实施例提供一种用于金属注射成型的喂料及其制备方法，由以下步骤制得：
将81kg均聚甲醛、9kg无规共聚聚乙烯、5kg乙烯-醋酸乙烯共聚物加入到真空搅拌机中，于200℃的真空环境下混合均匀得到混合料，降温至160℃，向混合料中加入5kg邻苯二甲酸二丁酯、1.5kg硬脂酸锌、2kg茶油混合均匀后得到粘结剂。
将901kg金属粉末加入捏合机中并预热到160℃，向预热后的金属粉末中加入上述粘结剂，保持160℃捏合2h，用挤料机挤出成条，并破碎成颗粒状，得到喂料。
试验例
取适量实施例1～7所提供的用于金属注射成型的喂料，用立式注射剂于160℃下注射成型，并在催化脱脂炉中于120℃下用硝酸进行催化脱脂6h，然后于1300℃下进行预烧结，并升温至2400℃烧结制得长约为40mm、宽约为30mm、高约为5mm的立方体试验样本，并进行如下测试：
1.用游标卡尺精确测量试验样本的长、宽和高，并与标准样进行比对，通过下式进行计算：A＝|a-a0|/a0，B＝|b-b0|/b0，C＝|c-c0|/c0；其中，A、B、C分别为长度误差、宽度误差和高度误差，a、b、c分别为试验样本的长、宽和高，a0、b0、c0的具体值分别为40mm，30mm和5mm，计算结果如表1所示；
2.用天平称量脱脂前注射坯的质量和脱脂并干燥后的注射坯的质量，通过下式计算脱脂率：D＝(m1-m2)/m0；其中，D为脱脂率，m1为脱脂前注射坯的质量，m2为脱脂并干燥后的注射坯，m0为所使用的粘合剂的质量，计算结果如表1所示；
3.用游标卡尺测量烧结前的注射坯的长、宽和高，通过下式计算收缩率：α＝a/a1，β＝b/b1，γ＝c/c1；其中，α、β、γ分别为长度收缩率、宽度收缩率和高度收缩率，a、b、c分别为试验样本的长、宽和高，a1、b1、c1分别为烧结前的注射坯的长、宽和高，计算结果如表1所示。
表1实施例1～7所提供的喂料的注射成型效果测试
由表1可以看出，采用本实施例1～7所提供的用于金属注射成型的喂料所制备的试验样本尺寸误差不超过1.3％，具有很高的尺寸精度。该喂料在催化脱脂步骤中，6h内聚甲醛的脱脂率最高达到92％，脱除速度快，脱脂率高。在后续烧结步骤中，收缩率84％～88％之间，获得的试验样本密度和力学强度都非常优异。
综上所述，本发明提供的一种用于金属注射成型的喂料，粘结剂和金属粉末的比例适当，配合金属粉末合适的粒度，能够保证喂料的分布均匀、流动性优异。喂料的粘结剂采用聚甲醛作为基底，在后续脱脂中能够用酸催化脱除，脱除迅速而且脱脂率高。选用的高分子聚合物增强了注射坯的强度，使其在成型过程中不发生变形。而相容剂、增塑剂、表面活性剂和润滑剂则从多方面对粘结剂进行改性，各组分互相配合之下，在保证喂料流动性的同时也保有了足够的强度，得到的产品尺寸精度高、不变形、杂质含量少。本发明提供的一种用于金属注射成型的喂料，操作简便，能高效地得到均匀的喂料并且不对喂料中各种成分造成破坏，很好的保障了喂料的使用效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于金属注射成型的喂料，其特征在于，由金属粉末和粘结剂混合制成，其中，所述粘结剂的质量分数为9.2～10.5％，所述金属粉末的质量分数为89.5～90.8％，所述金属粉末的激光粒度分布D90为18-30μm；按重量份数计，所述粘结剂包括聚甲醛75～85份、高分子聚合物6～12份、增塑剂3～8份、表面活性剂0.5～1.5份、相容剂1～5份和润滑剂1～5份。
2.根据权利要求1所述的用于金属注射成型的喂料，其特征在于，按重量份数计，所述粘结剂包括聚甲醛78～83份、高分子聚合物8～12份、增塑剂5～8份、表面活性剂0.5～1份、相容剂1～3份和润滑剂1～3份。
3.根据权利要求1所述的用于金属注射成型的喂料，其特征在于，所述高分子聚合物为聚乙烯、聚丙烯和无规共聚聚乙烯中的至少一种，所述聚甲醛为均聚甲醛和共聚甲醛中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的用于金属注射成型的喂料，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的用于金属注射成型的喂料，其特征在于，所述表面活性剂为硬脂酸锌。
6.根据权利要求1所述的用于金属注射成型的喂料，其特征在于，所述相容剂为乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物和丙烯酸酯共聚物中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的用于金属注射成型的喂料，其特征在于，所述润滑剂包括石蜡、蜂蜡、茶油和花生油中的至少一种。
8.一种如权利要求1～7任一项所述的用于金属注射成型的喂料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将所述聚甲醛、所述高分子聚合物、所述相容剂、所述增塑剂、所述表面活性剂和所述润滑剂于150～200℃混合均匀后得到所述粘结剂；再将所述粘结剂和所述金属粉末混合制得所述喂料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，将所述聚甲醛、所述高分子聚合物和所述相容剂于195～200℃的真空环境下混合均匀得到混合料，降温至150～160℃，向所述混合料中加入所述增塑剂、所述表面活性剂和所述润滑剂混合均匀后得到所述粘结剂。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，将所述金属粉末预热到150～160℃，向预热后的所述金属粉末中加入所述粘结剂，保持150～160℃捏合2～3h，再经挤出并破碎后，得到所述喂料。
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