CN106735195A - Mim脱脂烧结治具及脱脂烧结工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了MIM脱脂烧结治具及脱脂烧结工艺，MIM脱脂烧结治具包括：治具本体，治具本体置于待烧结产品的下方，治具本体上形成有一用于对待烧结产品进行支撑的支持部，治具本体通过支持部与待烧结产品进行配合，两者配合处预留有第一间隙实现产品收缩，治具本体两侧边与待烧结产品配合处具有第二间隙实现避空；烧结工艺包括如下工序：脱脂摆件、酸脱脂、烧结摆件、烧结和烧结结束，其中酸脱脂包括前冲洗、催化和后冲洗，烧结包括高温脱脂、真空烧结、分压烧结、炉冷和强制冷却。通过上述方式，本发明可以实现大产品、腔体类产品和结构复杂产品的生产，产品强度得到保证，不会产生裂纹和坍塌，不易变形，成品率高，大大提高市场竞争力。
Description
技术领域
本发明涉及MIM脱脂烧结技术领域，特别是涉及一种MIM脱脂烧结治具及脱脂烧结工艺。
背景技术
随着MIM行业的不断发展，很多大产品、腔体类产品和结构复杂的产品被应用于MIM行业，对MIM的要求也越来越高，产品的脱脂和烧结也越来越困难。
腔体类和复杂的大产品在脱脂和烧结过程中，材料中的粘结剂和添加剂会随着脱脂和烧结的过程被慢慢处理掉，产品的强度会慢慢变弱，腔体和结构复杂的产品会产生变裂纹和坍塌，在烧结收缩力的拉扯和产品自身重力的影响下，产品会产生变形，目前一直没有合适的支持治具和烧结工艺才克服上述问题。
针对这样的行业现象，需要设计相应的治具做支持进行脱脂、烧结。我司独立研究开发出了具有提高脱脂、烧结品质和应用于复杂产品的脱脂、烧结治具和脱脂、烧结工艺，目前市场上没有成熟的可用的此类烧结治具和烧结工艺。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种MIM脱脂烧结治具及脱脂烧结工艺，能够实现大产品、腔体类产品和结构复杂产品的生产，产品的强度得到保证，不会产生裂纹和坍塌，不易变形，成品率高，大大提高了市场竞争力。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种MIM脱脂烧结治具，其特征在于，包括：治具本体，治具本体置于待烧结产品的下方，
在治具本体上形成有一支持部用于对待烧结产品进行支撑，治具本体通过支持部与待烧结产品进行配合，两者的配合处预留有第一间隙实现产品收缩，治具本体的两侧边与待烧结产品的配合处具有第二间隙实现避空。
在本发明一个较佳实施例中，所述治具本体的顶端部形成有支持部，支持部呈阶梯形状设置。
在本发明一个较佳实施例中，所述治具本体的外形和尺寸与待烧结产品的外形和尺寸相互配合设置。
在本发明一个较佳实施例中，所述待烧结产品内部为一空腔结构，治具本体的支持部向上突出并与空腔结构相互配合。
在本发明一个较佳实施例中，所述第一间隙的大小为0.05mm~0.2mm。
在本发明一个较佳实施例中，所述治具本体与待烧结产品的第一间隙之间还设有一防粘层。
在本发明一个较佳实施例中，所述防粘层为氧化铝粉层。
在本发明一个较佳实施例中，所述治具本体和待烧结产品具有同等的收缩率。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种MIM脱脂烧结治具的脱脂烧结工艺，包括如下步骤：
a、脱脂摆件
取治具本体放置在氧化铝板上作为支撑块，然后再将待烧结产品放置在治具本体上面；
b、酸脱脂
具体步骤如下：
b1、前冲洗：将摆放好的待烧结产品和治具本体一起摆放在脱脂炉内，关闭炉门，然后对炉腔进行加热，待加热至100~140℃时往炉腔内通入氮气，并保持在100~140℃冲洗50~80min；
b2、催化：继续向炉内通入氮气，同时采用硝酸作为催化剂，通过计量泵向炉腔内通入气态硝酸：
第一阶段，通入硝酸的流量为2.0~3.8g/min，并保持在100~140℃对其催化反应100~140min；
第二阶段，通入硝酸的流量为2.5~3.5g/min，并保持在100~140℃对其催化反应200~300min；
第三阶段，通入硝酸的流量为3.0~4.0g/min，并保持在100~140℃对其催化反应200~300min；
在硝酸催化作用下，产品中的聚甲醛分解成甲醛气体，甲醛气体与空气燃烧并生成水和二氧化碳后排出；
b3、后冲洗：停止向脱脂炉炉腔内注酸，保持向炉腔内通入氮气，时间为20~40min，炉腔内的废气由氮气排出来，并取出待烧结产品和治具本体；
c、烧结摆件
取出步骤b中经过酸酸脱脂后的待烧结产品和治具本体，在待烧结产品和治具本体之间均匀的铺上一层氧化铝粉；
d、烧结
将步骤c中待烧结产品和治具本体摆好并装进烧结炉一起进行烧结，具体步骤如下：
d1、高温脱脂：将烧结炉内温度从室温以4.2~5.2℃/min的升温速率升至250~300℃，高温脱脂50~80min；再以1.0~1.6℃/min的升温速率升至300~800℃，进行高温脱脂350~420min，将产品中的塑胶类杂质除去，然后得到高温脱脂后的产品；
d2、真空烧结：将步骤d1中经过高温脱脂后的产品继续以2.8~3.8℃/min的升温速率对烧结炉内进行加热，升温至800~1000℃，在真空度小于20Kpa的条件下保持烧结50~80min；
d3、分压烧结：真空烧结结束后，按照2.7~3.7℃/min的升温速率继续对炉内进行加热，升温至1000℃~1380℃，在20~30Kpa的条件下烧结100~160min；然后将烧结炉内温度保持在1380℃，在真空度25~30Kpa的条件下保持烧结150~200min；
d4、炉冷：分压烧结后，按照4.3~5.3℃/min的速度对烧结炉内进行降温冷却，保持冷却时间为80~120min，冷却至800~900℃；
d5、强制冷却：然后再以2.3~3.3℃/min的速度对烧结炉进行继续冷却，保持冷却时间为250~330min，冷却至40~60℃并继续降至室温即可；
e、烧结结束
烧结结束，拿出产品，将产品和治具分开，并将产品上残留的氧化铝粉清理干净，待后续加工或完成加工。
本发明的有益效果是：本发明MIM脱脂烧结治具及脱脂烧结工艺能够实现大产品、腔体类产品和结构复杂产品的生产，产品的强度得到保证，不会产生裂纹和坍塌，不易变形，成品率高，大大提高了市场竞争力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明的MIM脱脂烧结中治具本体一较佳实施例的结构示意图；
图2是图1的主视图；
图3是本发明的MIM脱脂烧结中待烧结产品一较佳实施例的结构示意图；
图4是图3的主视图；
图5是本发明的MIM脱脂烧结中治具本体与待烧结产品配合使用时一较佳实施例的结构示意图；
附图中各部件的标记如下：100、治具本体，101、支持部，200、待烧结产品，201、空腔结构，300、第一间隙，400、第二间隙，500、防粘层。
具体实施方式
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，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图5，本发明实施例包括：
一种MIM脱脂烧结治具，包括：治具本体100，治具本体100置于待烧结产品200的下方，在治具本体100上形成有一支持部101用于对待烧结产品200进行支撑。
具体地，支持部101形成于治具本体的顶端部，支持部101呈阶梯形状设置。待烧结产品200内部为一空腔结构201，治具本体100的支持部101向上突出并与空腔结构201相互配合。
治具本体100的外形和尺寸与待烧结产品200的外形和尺寸相互配合设置，实现对待烧结产品200全面完整地支撑。
治具本体100通过支持部101与待烧结产品200进行配合，两者的配合处预留有第一间隙300实现产品收缩。
上述第一间隙300的大小为0.05mm~0.2mm，根据具体的产品选择不同的间隙。
在脱脂和烧结的过程中，治具本体100起到支撑待烧结产品200重量的作用，且需要和待烧结产品200同步收缩，因此治具本体100材料选择时选用和待烧结产品200同样材料的MIM材料，或者是和待烧结产品200具有同等收缩率的MIM材料。
例如待烧结产品200是17-4PH的材料，治具本体100必须选用17-4PH的MIM材料，或选用和待烧结产品200材料同等收缩的MIM材料，治具本体100和待烧结产品200配合时，根据具体产品选择不同的间隙。
在脱脂和烧结过程中，将治具本体100放在待烧结产品200下面，对待烧结产品200起到支持的作用，同时治具本体100的两侧边与待烧结产品200的配合处具有第二间隙400，即侧面留第二间隙400实现避空。
治具本体100与待烧结产品200的第一间隙300之间还设有一防粘层500，防止在脱脂烧结时产品和治具粘到一起。
优选地，防粘层500为氧化铝粉层。
采用上述烧结治具进行脱脂烧结的具体工艺过程如下：
实施例一
一种MIM脱脂烧结治具的脱脂烧结工艺，包括如下步骤：
a、脱脂摆件
取治具本体放置在氧化铝板上作为支撑块，然后再将待烧结产品放置在治具本体上面。
b、酸脱脂
具体步骤如下：
b1、前冲洗：将摆放好的待烧结产品和治具本体一起摆放在脱脂炉内，关闭炉门，然后对炉腔进行加热，待加热至110℃时往炉腔内通入氮气，并保持在110℃冲洗70min。
b2、催化：继续向炉内通入氮气，同时采用硝酸作为催化剂，通过计量泵向炉腔内通入气态硝酸：
第一阶段，通入硝酸的流量为2.8g/min，并保持在110℃对其催化反应115min；
第二阶段，通入硝酸的流量为3.2g/min，并保持在110℃对其催化反应235min；
第三阶段，通入硝酸的流量为3.6g/min，并保持在110℃对其催化反应235min；
在硝酸催化作用下，产品中的聚甲醛分解成甲醛气体，甲醛气体与空气燃烧并生成水和二氧化碳后排出。
b3、后冲洗：停止向脱脂炉炉腔内注酸，保持向炉腔内通入氮气，时间为65min，炉腔内的废气由氮气排出来，并取出待烧结产品和治具本体。
c、烧结摆件
取出步骤b中经过酸酸脱脂后的待烧结产品和治具本体，在待烧结产品和治具本体之间均匀的铺上一层氧化铝粉，防止烧结时产品和治具粘结在一起。
d、烧结
将步骤c中待烧结产品和治具本体摆好并装进烧结炉一起进行烧结，具体步骤如下：
d1、高温脱脂：将烧结炉内温度从室温以4.2℃/min的升温速率升至250℃，高温脱脂80min；再以1.0℃/min的升温速率升至800℃，进行高温脱脂420min，将产品中的塑胶类杂质除去，然后得到高温脱脂后的产品。
d2、真空烧结：将步骤d1中经过高温脱脂后的产品继续以2.8℃/min的升温速率对烧结炉内进行加热，升温至1000℃，在真空度小于20Kpa的条件下保持烧结80min。
d3、分压烧结：真空烧结结束后，按照2.7℃/min的升温速率继续对炉内进行加热，升温至1300℃，在20Kpa的条件下烧结130min；然后将烧结炉内温度保持在1350℃，在真空度25Kpa的条件下保持烧结200min。
d4、炉冷：分压烧结后，按照4.3℃/min的速度对烧结炉内进行降温冷却，保持冷却时间为110min，冷却至800℃。
d5、强制冷却：然后再以2.3℃/min的速度对烧结炉进行继续冷却，保持冷却时间为280min，冷却至50℃并继续降至室温即可。
e、烧结结束
烧结结束，拿出产品，将产品和治具分开，并将产品上残留的氧化铝粉清理干净，待后续加工或完成加工。
实施例二
一种MIM脱脂烧结治具的脱脂烧结工艺，包括如下步骤：
a、脱脂摆件
取治具本体放置在氧化铝板上作为支撑块，然后再将待烧结产品放置在治具本体上面。
b、酸脱脂
具体步骤如下：
b1、前冲洗：将摆放好的待烧结产品和治具本体一起摆放在脱脂炉内，关闭炉门，然后对炉腔进行加热，待加热至120℃时往炉腔内通入氮气，并保持在120℃冲洗60min。
b2、催化：继续向炉内通入氮气，同时采用硝酸作为催化剂，通过计量泵向炉腔内通入气态硝酸：
第一阶段，通入硝酸的流量为2.5g/min，并保持在120℃对其催化反应120min；
第二阶段，通入硝酸的流量为3.0g/min，并保持在120℃对其催化反应240min；
第三阶段，通入硝酸的流量为3.5g/min，并保持在120℃对其催化反应240min；
在硝酸催化作用下，产品中的聚甲醛分解成甲醛气体，甲醛气体与空气燃烧并生成水和二氧化碳后排出。
b3、后冲洗：停止向脱脂炉炉腔内注酸，保持向炉腔内通入氮气，时间为60min，炉腔内的废气由氮气排出来，并取出待烧结产品和治具本体。
c、烧结摆件
取出步骤b中经过酸酸脱脂后的待烧结产品和治具本体，在待烧结产品和治具本体之间均匀的铺上一层氧化铝粉，防止烧结时产品和治具粘结在一起。
d、烧结
将步骤c中待烧结产品和治具本体摆好并装进烧结炉一起进行烧结，具体步骤如下：
d1、高温脱脂：将烧结炉内温度从室温以4.7℃/min的升温速率升至300℃，高温脱脂60min；再以1.3℃/min的升温速率升至800℃，进行高温脱脂400min，将产品中的塑胶类杂质除去，然后得到高温脱脂后的产品。
d2、真空烧结：将步骤d1中经过高温脱脂后的产品继续以3.3℃/min的升温速率对烧结炉内进行加热，升温至1000℃，在真空度小于20Kpa的条件下保持烧结60min。
d3、分压烧结：真空烧结结束后，按照3.2℃/min的升温速率继续对炉内进行加热，升温至1380℃，在20Kpa的条件下烧结120min；然后将烧结炉内温度保持在1380℃，在真空度25Kpa的条件下保持烧结180min。
d4、炉冷：分压烧结后，按照4.8℃/min的速度对烧结炉内进行降温冷却，保持冷却时间为100min，冷却至900℃。
d5、强制冷却：然后再以2.8℃/min的速度对烧结炉进行继续冷却，保持冷却时间为300min，冷却至50℃并继续降至室温即可。
e、烧结结束
烧结结束，拿出产品，将产品和治具分开，并将产品上残留的氧化铝粉清理干净，待后续加工或完成加工。
实施例三
一种MIM脱脂烧结治具的脱脂烧结工艺，包括如下步骤：
a、脱脂摆件
取治具本体放置在氧化铝板上作为支撑块，然后再将待烧结产品放置在治具本体上面。
b、酸脱脂
具体步骤如下：
b1、前冲洗：将摆放好的待烧结产品和治具本体一起摆放在脱脂炉内，关闭炉门，然后对炉腔进行加热，待加热至130℃时往炉腔内通入氮气，并保持在130℃冲洗80min。
b2、催化：继续向炉内通入氮气，同时采用硝酸作为催化剂，通过计量泵向炉腔内通入气态硝酸：
第一阶段，通入硝酸的流量为2.2g/min，并保持在130℃对其催化反应100min；
第二阶段，通入硝酸的流量为2.8g/min，并保持在130℃对其催化反应240min；
第三阶段，通入硝酸的流量为3.4g/min，并保持在130℃对其催化反应240min；
在硝酸催化作用下，产品中的聚甲醛分解成甲醛气体，甲醛气体与空气燃烧并生成水和二氧化碳后排出。
b3、后冲洗：停止向脱脂炉炉腔内注酸，保持向炉腔内通入氮气，时间为60min，炉腔内的废气由氮气排出来，并取出待烧结产品和治具本体。
c、烧结摆件
取出步骤b中经过酸酸脱脂后的待烧结产品和治具本体，在待烧结产品和治具本体之间均匀的铺上一层氧化铝粉，防止烧结时产品和治具粘结在一起。
d、烧结
将步骤c中待烧结产品和治具本体摆好并装进烧结炉一起进行烧结，具体步骤如下：
d1、高温脱脂：将烧结炉内温度从室温以5.2℃/min的升温速率升至300℃，高温脱脂70min；再以1.6℃/min的升温速率升至800℃，进行高温脱脂380min，将产品中的塑胶类杂质除去，然后得到高温脱脂后的产品。
d2、真空烧结：将步骤d1中经过高温脱脂后的产品继续以3.8℃/min的升温速率对烧结炉内进行加热，升温至950℃，在真空度小于20Kpa的条件下保持烧结60min。
d3、分压烧结：真空烧结结束后，按照3.7℃/min的升温速率继续对炉内进行加热，升温至1380℃，在20Kpa的条件下烧结110min；然后将烧结炉内温度保持在1380℃，在真空度25Kpa的条件下保持烧结180min。
d4、炉冷：分压烧结后，按照5.3℃/min的速度对烧结炉内进行降温冷却，保持冷却时间为100min，冷却至700℃。
d5、强制冷却：然后再以3.3℃/min的速度对烧结炉进行继续冷却，保持冷却时间为330min，冷却至50℃并继续降至室温即可。
e、烧结结束
烧结结束，拿出产品，将产品和治具分开，并将产品上残留的氧化铝粉清理干净，待后续加工或完成加工。
在实施例一~实施例三中，产品和治具可以一起脱脂，适当延长了脱脂时间，同时烧结工艺也保证产品和治具可以同时使用。
实施例一~实施例三的MIM脱脂烧结治具的脱脂烧结工艺，可以实现尺寸大的产品、腔体累产品和结构复杂产品的生产。
例如，目前生产外形最大的产品为167.62*87.42*46.01mm，最重的产品可达860g，从外形和产品重量上看，都取得了很大的进步，大大提高了市场的竞争能力。
本发明MIM脱脂烧结治具及脱脂烧结工艺的有益效果是：
产品和治具可以一起脱脂，适当延长了脱脂时间，同时烧结工艺也保证产品和治具可以同时使用；
可以实现大产品、腔体类产品和结构复杂产品的生产，产品的强度得到保证，不会产生裂纹和坍塌，不易变形，成品率高，大大提高了市场竞争力。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (9)
1.一种MIM脱脂烧结治具，其特征在于，包括：治具本体，治具本体置于待烧结产品的下方，
在治具本体上形成有一支持部用于对待烧结产品进行支撑，治具本体通过支持部与待烧结产品进行配合，两者的配合处预留有第一间隙实现产品收缩，治具本体的两侧边与待烧结产品的配合处具有第二间隙实现避空。
2.根据权利要求1所述的MIM脱脂烧结治具，其特征在于，所述治具本体的顶端部形成有支持部，支持部呈阶梯形状设置。
3.根据权利要求2所述的MIM脱脂烧结治具，其特征在于，所述治具本体的外形和尺寸与待烧结产品的外形和尺寸相互配合设置。
4.根据权利要求3所述的MIM脱脂烧结治具，其特征在于，所述待烧结产品内部为一空腔结构，治具本体的支持部向上突出并与空腔结构相互配合。
5.根据权利要求1所述的MIM脱脂烧结治具，其特征在于，所述第一间隙的大小为0.05mm~0.2mm。
6.根据权利要求1所述的MIM脱脂烧结治具，其特征在于，所述治具本体与待烧结产品的第一间隙之间还设有一防粘层。
7.根据权利要求6所述的MIM脱脂烧结治具，其特征在于，所述防粘层为氧化铝粉层。
8.根据权利要求1所述的MIM脱脂烧结治具，其特征在于，所述治具本体和待烧结产品具有同等的收缩率。
9.一种如权利要求1~8任一项所述的MIM脱脂烧结治具的脱脂烧结工艺，其特征在于，包括如下步骤：
a、脱脂摆件
取治具本体放置在氧化铝板上作为支撑块，然后再将待烧结产品放置在治具本体上面；
b、酸脱脂
具体步骤如下：
b1、前冲洗：将摆放好的待烧结产品和治具本体一起摆放在脱脂炉内，关闭炉门，然后对炉腔进行加热，待加热至100~140℃时往炉腔内通入氮气，并保持在100~140℃冲洗50~80min；
b2、催化：继续向炉内通入氮气，同时采用硝酸作为催化剂，通过计量泵向炉腔内通入气态硝酸：
第一阶段，通入硝酸的流量为2.0~3.8g/min，并保持在100~140℃对其催化反应100~140min；
第二阶段，通入硝酸的流量为2.5~3.5g/min，并保持在100~140℃对其催化反应200~300min；
第三阶段，通入硝酸的流量为3.0~4.0g/min，并保持在100~140℃对其催化反应200~300min；
在硝酸催化作用下，产品中的聚甲醛分解成甲醛气体，甲醛气体与空气燃烧并生成水和二氧化碳后排出；
b3、后冲洗：停止向脱脂炉炉腔内注酸，保持向炉腔内通入氮气，时间为20~40min，炉腔内的废气由氮气排出来，并取出待烧结产品和治具本体；
c、烧结摆件
取出步骤b中经过酸酸脱脂后的待烧结产品和治具本体，在待烧结产品和治具本体之间均匀的铺上一层氧化铝粉；
d、烧结
将步骤c中待烧结产品和治具本体摆好并装进烧结炉一起进行烧结，具体步骤如下：
d1、高温脱脂：将烧结炉内温度从室温以4.2~5.2℃/min的升温速率升至250~300℃，高温脱脂50~80min；再以1.0~1.6℃/min的升温速率升至300~800℃，进行高温脱脂350~420min，将产品中的塑胶类杂质除去，然后得到高温脱脂后的产品；
d2、真空烧结：将步骤d1中经过高温脱脂后的产品继续以2.8~3.8℃/min的升温速率对烧结炉内进行加热，升温至800~1000℃，在真空度小于20Kpa的条件下保持烧结50~80min；
d3、分压烧结：真空烧结结束后，按照2.7~3.7℃/min的升温速率继续对炉内进行加热，升温至1000℃~1380℃，在20~30Kpa的条件下烧结100~160min；然后将烧结炉内温度保持在1380℃，在真空度25~30Kpa的条件下保持烧结150~200min；
d4、炉冷：分压烧结后，按照4.3~5.3℃/min的速度对烧结炉内进行降温冷却，保持冷却时间为80~120min，冷却至800~900℃；
d5、强制冷却：然后再以2.3~3.3℃/min的速度对烧结炉进行继续冷却，保持冷却时间为250~330min，冷却至40~60℃并继续降至室温即可；
e、烧结结束
烧结结束，拿出产品，将产品和治具分开，并将产品上残留的氧化铝粉清理干净，待后续加工或完成加工。
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