CN106552942A - 一种用于铜及铜合金注射成形的塑基粘结剂以及注射成形铜及铜合金零件的方法 - Google Patents

一种用于铜及铜合金注射成形的塑基粘结剂以及注射成形铜及铜合金零件的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于铜及铜合金注射成形的塑基粘结剂,该塑基粘结剂由聚甲醛POM、高密度聚乙烯HDPE、乙烯‑醋酸乙烯共聚物EVA、硬脂酸SA以及抗氧化剂按照一定的比例进行共混而得到的。本发明公开了使用塑基粘结剂注射成形铜及铜合金零件的方法,包括:配制塑基粘结剂;混炼、造粒;注射成形;草酸触媒脱脂、热脱脂以及烧结。使用本发明提供的塑基粘结剂注射成形铜及其铜合金零件,能够提高脱脂效率,降低生产成本,适用于制备高精密、结构复杂的铜及其合金零部件。

Description

一种用于铜及铜合金注射成形的塑基粘结剂以及注射成形铜 及铜合金零件的方法
技术领域
本发明涉及铜及其铜合金零件加工技术领域,更具体地说,本发明涉及一种用于铜及铜合金注射成形的塑基粘结剂以及注射成形高性能、高尺寸精度、结构复杂的铜及铜合金零件的方法。
背景技术
铜是最早被人类广泛应用的金属,也是目前应用最广泛的金属之一。由于铜合金具有高的电导率和热导率、抗腐蚀性能强等一系列优良性能而被广泛应用于摩擦材料、含油轴承、电触头和其他导电材料、机械零部件等,在汽车、家电、电子通信等行业发挥非常重要的作用。
目前利用注射成形工艺制备铜及其合金零部件的方法主要是基于蜡基的粘结剂***。例如:公开号为CN1994627A的中国发明专利,公开了一种以石蜡PW为主要骨架的蜡基粘结剂***。其通过石蜡PW+聚苯乙烯PS组成了该粘结剂***的主要骨架,然后在脱脂工序采用溶剂脱脂+热脱脂的工艺路线一次出去粘结剂***的石蜡PW和聚苯乙烯PS,最后通过烧结进而实现CuSn10的注射成形。但是溶剂脱脂过程有以下缺点:脱脂时间长效率低、脱脂环境要求严格、脱脂溶剂保存代价高、设备庞大、脱脂后产生溶剂废弃物不易处理、脱脂产品易变形等,从而影响制品的整体性能。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题,并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供了一种用于铜及铜合金注射成形的塑基粘结剂,该塑基粘结剂有利于在铜及铜合金零件注射成形后的脱脂,且脱脂时间短、效率高,脱脂完全,降低了成产成本,能够保证注射成形过程中产品稳定性提高,无开裂、鼓包等缺陷产生,有利于生产结构复杂、精度要求高的铜合金零部件。
本发明还有一个目的是提供了一种注射成形铜及铜合金零件的方法,该方法使用塑基粘结剂,改善了使用蜡基粘结剂的脱脂效率低、设备占地面积大、产生废弃物不易处理、脱脂后产品易变性等缺点,通过将聚甲醛POM替代石蜡PW作为主要粘结剂骨架,初期脱脂利用草酸催化聚甲醛POM分解的化学反应使得脱脂步骤可控、快速,从而解决传统溶剂脱脂的缺陷,优化了脱脂工序。
为了实现上述目的,本发明提供了一种用于铜及铜合金注射成形的塑基粘结剂,该塑基粘结剂由聚甲醛POM、高密度聚乙烯HDPE、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、硬脂酸SA以及抗氧化剂按照一定的比例进行共混而得到的。
优选的是,所述的用于铜及铜合金注射成形的塑基粘结剂中,所述塑基粘结剂以质量百分比计包括:聚甲醛POM 70%~95%、高密度聚乙烯HDPE 0.5%~10%、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA 0.2%~10%、硬脂酸SA 0.2~4%以及抗氧剂0.1~5.0%。
本发明还公开了一种使用塑基粘结剂注射成形铜及铜合金零件的方法,包括以下步骤:
S1.配制塑基粘结剂:将聚甲醛POM、高密度聚乙烯HDPE、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、硬脂酸SA以及抗氧化剂按照一定的比例进行共混,并达到成分均匀;
S2.混炼、造粒:向炼胶机中加入纯铜粉末或者铜合金粉末,然后加入一定比例的塑基粘结剂,混炼均匀后再通过挤出造粒机制造成喂料,纯铜粉末或者铜合金粉末与塑基粘结剂以56~63vol%的装载量混合;
S3.注射成形:将所述喂料在一定的注射温度和注射压力下注射成形,制造出生坯;
S4.脱脂:在草酸为触媒的催化下,将所述生坯置于脱脂炉中进行草酸触媒脱脂,然后取出生坯,并放入烧结炉中进入热脱脂;
S5.烧结:在还原气氛或者惰性气氛的保护下,在烧结炉中对热脱脂后的生坯进行高温烧结,降温后得到成品。
优选的是,所述的注射成形铜及铜合金零件的方法,所述S2中,混炼温度为165~175℃,混炼时间为0.8~1.8h。
优选的是,所述的注射成形铜及铜合金零件的方法,所述S3中,注射温度为170~190℃,注射压力为90~120MPa。
优选的是,所述的注射成形铜及铜合金零件的方法,所述S4中,草酸触媒脱脂温度为85~145℃,草酸触媒脱脂时间为4~12h。
优选的是,所述的注射成形铜及铜合金零件的方法,所述S4中,热脱脂的温度为30~600℃,热脱脂时间为4~5h。
优选的是,所述的注射成形铜及铜合金零件的方法,所述S5中,烧结温度为800~1050℃,烧结时间为2~4h,烧结气氛为裂解氨。
优选的是,所述的注射成形铜及铜合金零件的方法,纯铜粉末是D90粒径为400~600目的气雾化或水雾化纯铜粉末,烧结温度为900~1050℃。
优选的是,所述的注射成形铜及铜合金零件的方法,铜合金粉末是D90粒径为400~600目的气雾化或水雾化青铜粉末,烧结温度为850~960℃。
优选的是,所述的注射成形铜及铜合金零件的方法铜合金粉末是D90粒径为400~600目的气雾化或水雾化黄铜粉末,烧结温度为800~960℃。
优选的是,所述的注射成形铜及铜合金零件的方法铜合金粉末是D90粒径为400~600目的气雾化或水雾化白铜粉末,烧结温度为800~1050℃。
本发明至少包括以下有益效果:
1)脱脂效率高,一般脱脂效率为1mm/H;
2)脱脂设备小,较溶剂脱脂设备总占地面积小;
3)脱脂完全,脱脂有效率高达90%以上,产品稳定性高,不易变形;
4)介质为草酸,较溶剂脱脂的易燃有机物易于保存;
5)脱脂完成后无工业废弃物残留,而且草酸较触媒脱脂用的硝酸腐蚀性低,保存环境不如硝酸般严苛而便于保存。采用此方法制备的青铜相对密度为96.7%~97.1%,拉伸强度为206~229MPa,硬度为56~66HB,尺寸精度控制在±0.3%~0.5%以内;纯铜相对密度为96.3~96.9%,拉伸强度为178~181,延伸率为21.7%~24.3%,热传导系数为326~345W/(m·℃),导电度为61.2%~72.2%IACS。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现,部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明,以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解,本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它组件或其组合的存在或添加。
实施例1:
本实施例粘结剂***为塑基粘结剂***,由以下成分组成:聚甲醛POM 84%、高密度聚乙烯HDPE 6%、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA 5.5%、硬脂酸SA 4%、抗氧剂0.5%,将上述组分进行共混,并达到成分均匀,得到塑基粘结剂;所用青铜粉末D90粒径400目,粉末装载量为63vol%。
本实施例具体工艺步骤如下:
步骤1、将D90 400目粒径的青铜粉末和塑基粘结剂依次放入混炼机,在混炼温度为165~175℃下混炼1~1.5H,转速为初期10~20r/min,待塑基粘结剂熔化后转速为20~30r/min,然后将混炼好的粉塑结合体在造粒机造粒,使得喂料进一步的混合均匀;
步骤2、将步骤1所制得之喂料在注射温度为180~190℃、注射压力90~120MPa的条件下注射得到所需形状的生坯;
步骤3、将步骤2所注射之成型坯放入脱脂炉中,在温度为115~140℃、介质为草酸的条件下脱脂4~5h;
步骤4、将草酸触媒脱脂后的生坯置于烧结炉中,在30~600温度下进行热脱脂4~5h,
步骤5、将脱脂好的生坯放入温度为930~960℃的烧结炉中烧结3~4h,烧结气氛为裂解氨,得到铜合金烧结件;测试烧结件的相对烧结密度为97.1%,拉伸强度206~215MPa,硬度为56~61HB,尺寸精度为0.3%以内。
实施例2:
本实施例粘结剂***为塑基粘结剂***,由以下成分组成:聚甲醛POM 84%、高密度聚乙烯HDPE 6%、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA 5.5%、硬脂酸SA 4%、抗氧剂0.5%,将上述组分进行共混,并达到成分均匀,得到塑基粘结剂;所用黄铜粉末粒径500目,粉末装载量为56vol%。
本实施例具体工艺步骤如下:
步骤1、将粒径500目的黄铜粉末和塑基粘结剂依次放入混炼机,在混炼温度为165~175℃下混炼1.2~1.8h,转速为初期10~20r/min,塑基粘结剂熔化后转速为30~40r/min,然后将混炼好的粉塑结合体在造粒机造粒,使得喂料进一步的混合均匀;
步骤2、将步骤1所制得之喂料在注射温度为180~190℃、注射压力90~120MPa的条件下注射得到所需形状的生坯;
步骤3、将步骤2所注射之生坯放入脱脂炉中,在温度为115~140℃、介质为草酸的条件下脱脂5~7h;
步骤4、将草酸触媒脱脂好的生坯放入烧结炉进行热脱脂,热脱脂温度为30~600温度,热脱脂时间为4~5h;
步骤5、将热脱脂后的生坯置于温度为850~960℃的烧结炉中烧结3~4h,烧结气氛为裂解氨,最终得到黄铜合金烧结件;测试烧结件的相对烧结密度为96.7%,拉伸强度218~229MPa,硬度为60~66HB,尺寸精度为0.5%以内。
实施例3:
本实施例粘结剂***为塑基粘结剂***,由以下成分组成:聚甲醛POM 84%、高密度聚乙烯HDPE 6%、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA 5.5%、硬脂酸SA 4%、抗氧剂0.5%,将上述组分进行共混,并达到成分均匀,得到塑基粘结剂。所用纯铜粉末D90粒径400目,粉末装载量为63vol%。
本实施例具体工艺步骤如下:
步骤1、将D90粒径为400目的纯铜粉末和塑基粘结剂依次放入混炼机,在混炼温度为165~175℃下混炼0.8~1.2h,转速为初期10~20r/min,粘结剂熔化后转速为25~35r/min,然后将混炼好的粉塑结合体在造粒机造粒,使得喂料进一步的混合均匀;
步骤2、将步骤1所制得之喂料在注射温度为180~190℃、注射压力90~120MPa的条件下注射得到所需形状的生坯;
步骤3、将步骤2所注射之成型坯放入脱脂炉中,在温度为115~140℃、介质为草酸的条件下脱脂4~5H;
步骤4、将草酸触媒脱脂后的生坯放入烧结炉进行热脱脂:在30~600℃温度下进行热脱脂4~5h;
步骤5、将热脱脂后的生坯在980~1050℃下烧结3~4h,烧结气氛为裂解氨,最终得到铜合金烧结件;测试烧结件的相对烧结密度为96.3%,拉伸强度178~185MPa,延伸率为21.7%~23.3%,热传导系数为326~331W/(m·℃),导电度为61.2%~69.3%IACS,尺寸精度为0.3%以内。
实施例4:
本实施例粘结剂***为塑基粘结剂***,由以下成分组成:聚甲醛POM 90%、高密度聚乙烯HDPE 3.5%、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA 2%、硬脂酸SA 4%、抗氧剂0.5%,将上述组分进行共混,并达到成分均匀,得到塑基粘结剂。所用白铜粉末粒径500目,粉末装载量为:56vol%。
本实施例具体工艺步骤如下:
步骤1、将D90粒径500目的白铜粉末和塑基粘结剂依次放入混炼机,在混炼温度为165~175℃下混炼1~1.5h,转速为初期10~20r/min,塑基粘结剂熔化后转速为30~40r/min,然后将混炼好的粉塑结合体在造粒机造粒,使得喂料进一步的混合均匀;
步骤2、将步骤1所制得之喂料在注射温度为180~190℃、注射压力90~120MPa的条件下注射得到所需形状的生坯;
步骤3、将步骤2所注射之成型坯放入脱脂炉中进行草酸触媒脱脂,在温度为115~140℃、介质为草酸的条件下脱脂5~7h;
步骤4、将草酸触媒脱脂后的生坯在温度为30~600温度下的烧结炉中进行热脱脂4~5h;
步骤5、将热脱脂好的生坯放入烧结炉中进行烧结,在950~1050℃下烧结3~4h,烧结气氛为裂解氨,最终得到铜合金零部件;测试烧结件的相对烧结密度为96.9%以上,拉伸强度181~191MPa,延伸率为22.1%~24.3%。
尽管本发明的实施方案已公开如上,但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用,它完全可以被适用于各种适合本发明的领域,对于熟悉本领域的人员而言,可容易地实现另外的修改,因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下,本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的实施例。

Claims (12)

1.一种用于铜及铜合金注射成形的塑基粘结剂,其特征在于,该塑基粘结剂由聚甲醛POM、高密度聚乙烯HDPE、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、硬脂酸SA以及抗氧化剂按照一定的比例进行共混而得到的。
2.根据权利要求1所述的用于铜及铜合金注射成形的塑基粘结剂,其特征在于,所述塑基粘结剂以质量百分比计包括:聚甲醛POM 70%~95%、高密度聚乙烯HDPE 0.5%~10%、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA 0.2%~10%、硬脂酸SA 0.2~4%以及抗氧剂0.1~5.0%。
3.一种使用权利要求1或2所述的用于铜及铜合金注射成形的塑基粘结剂注射成形铜及铜合金零件的方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1.配制塑基粘结剂:将聚甲醛POM、高密度聚乙烯HDPE、乙烯-醋酸乙烯共聚物EVA、硬脂酸SA以及抗氧化剂按照一定的比例进行共混,并达到成分均匀;
S2.混炼、造粒:向炼胶机中加入纯铜粉末或者铜合金粉末,然后加入一定比例的塑基粘结剂,混炼均匀后再通过挤出造粒机制造成喂料;
S3.注射成形:将所述喂料在一定的注射温度和注射压力下注射成形,制造出生坯;
S4.脱脂:在草酸为触媒的催化下,将所述生坯置于脱脂炉中进行草酸触媒脱脂,然后取出生坯,并放入烧结炉中进入热脱脂;
S5.烧结:在还原气氛或者惰性气氛的保护下,在烧结炉中对热脱脂后的生坯进行高温烧结,降温后得到成品。
4.根据权利要求3所述的注射成形铜及铜合金零件的方法,其特征在于,所述S2中,混炼温度为165~175℃,混炼时间为0.8~1.8h。
5.根据权利要求3所述的注射成形铜及铜合金零件的方法,其特征在于,所述S3中,注射温度为170~190℃,注射压力为90~120MPa。
6.根据权利要求3所述的注射成形铜及铜合金零件的方法,其特征在于,所述S4中,草酸触媒脱脂温度为85~145℃,草酸触媒脱脂时间为4~12h。
7.根据权利要求3所述的注射成形铜及铜合金零件的方法,其特征在于,所述S4中,热脱脂的温度为30~600℃,热脱脂时间为4~5h。
8.根据权利要求3所述的注射成形铜及铜合金零件的方法,其特征在于,所述S5中,烧结温度为800~1050℃,烧结时间为2~4h,烧结气氛为裂解氨。
9.根据权利要求8所述的注射成形铜及铜合金零件的方法,其特征在于,纯铜粉末是D90粒径为400~600目的气雾化或水雾化纯铜粉末,烧结温度为900~1050℃。
10.根据权利要求8所述的注射成形铜及铜合金零件的方法,其特征在于,铜合金粉末是D90粒径为400~600目的气雾化或水雾化青铜粉末,烧结温度为850~960℃。
11.根据权利要求8所述的注射成形铜及铜合金零件的方法,其特征在于,铜合金粉末是D90粒径为400~600目的气雾化或水雾化黄铜粉末,烧结温度为800~960℃。
12.根据权利要求8所述的注射成形铜及铜合金零件的方法,其特征在于,铜合金粉末是D90粒径为400~600目的气雾化或水雾化白铜粉末,烧结温度为800~1050℃。
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