CN113118445B - 轻量化高强度mim材料及其制备方法、转轴和电子设备 - Google Patents

轻量化高强度mim材料及其制备方法、转轴和电子设备 Download PDF

Info

Publication number
CN113118445B
CN113118445B CN201911426072.1A CN201911426072A CN113118445B CN 113118445 B CN113118445 B CN 113118445B CN 201911426072 A CN201911426072 A CN 201911426072A CN 113118445 B CN113118445 B CN 113118445B
Authority
CN
China
Prior art keywords
strength
mim
mim material
ceramic powder
low
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911426072.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113118445A (zh
Inventor
朱旭
王岗超
马春军
汪欢
姜文杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huawei Technologies Co Ltd
Original Assignee
Huawei Technologies Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huawei Technologies Co Ltd filed Critical Huawei Technologies Co Ltd
Priority to CN201911426072.1A priority Critical patent/CN113118445B/zh
Publication of CN113118445A publication Critical patent/CN113118445A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113118445B publication Critical patent/CN113118445B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/22—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip
    • B22F3/225—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces for producing castings from a slip by injection molding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00—Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/10—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material
    • B22F1/103—Metallic powder containing lubricating or binding agents; Metallic powder containing organic material containing an organic binding agent comprising a mixture of, or obtained by reaction of, two or more components other than a solvent or a lubricating agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/10—Sintering only
    • B22F3/1017—Multiple heating or additional steps
    • B22F3/1021—Removal of binder or filler
    • B22F3/1025—Removal of binder or filler not by heating only
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F1/00—Details not covered by groups G06F3/00 - G06F13/00 and G06F21/00
    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
    • G06F1/1613—Constructional details or arrangements for portable computers
    • G06F1/1615—Constructional details or arrangements for portable computers with several enclosures having relative motions, each enclosure supporting at least one I/O or computing function
    • G06F1/1616—Constructional details or arrangements for portable computers with several enclosures having relative motions, each enclosure supporting at least one I/O or computing function with folding flat displays, e.g. laptop computers or notebooks having a clamshell configuration, with body parts pivoting to an open position around an axis parallel to the plane they define in closed position
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M1/00—Substation equipment, e.g. for use by subscribers
    • H04M1/02—Constructional features of telephone sets
    • H04M1/0202—Portable telephone sets, e.g. cordless phones, mobile phones or bar type handsets
    • H04M1/0206—Portable telephones comprising a plurality of mechanically joined movable body parts, e.g. hinged housings
    • H04M1/0208—Portable telephones comprising a plurality of mechanically joined movable body parts, e.g. hinged housings characterized by the relative motions of the body parts
    • H04M1/0214—Foldable telephones, i.e. with body parts pivoting to an open position around an axis parallel to the plane they define in closed position
    • H04M1/0216—Foldable in one direction, i.e. using a one degree of freedom hinge
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M1/00—Substation equipment, e.g. for use by subscribers
    • H04M1/02—Constructional features of telephone sets
    • H04M1/0202—Portable telephone sets, e.g. cordless phones, mobile phones or bar type handsets
    • H04M1/0206—Portable telephones comprising a plurality of mechanically joined movable body parts, e.g. hinged housings
    • H04M1/0208—Portable telephones comprising a plurality of mechanically joined movable body parts, e.g. hinged housings characterized by the relative motions of the body parts
    • H04M1/0225—Rotatable telephones, i.e. the body parts pivoting to an open position around an axis perpendicular to the plane they define in closed position
    • H04M1/0227—Rotatable in one plane, i.e. using a one degree of freedom hinge
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M1/00—Substation equipment, e.g. for use by subscribers
    • H04M1/02—Constructional features of telephone sets
    • H04M1/0202—Portable telephone sets, e.g. cordless phones, mobile phones or bar type handsets
    • H04M1/026—Details of the structure or mounting of specific components

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

本发明实施例提供一种轻量化高强度MIM材料，包括高强度MIM材料基体和分散在高强度MIM材料基体中的低密度陶瓷粉末，高强度MIM材料基体的屈服强度≥140MPa，低密度陶瓷粉末的密度小于6.0g/cm3，所述低密度陶瓷粉末在轻量化高强度MIM材料中的质量占比为1％‑15％，MIM材料内部具有多孔孔洞，多孔孔洞的体积占比为3％‑20％。该轻量化高强度MIM材料，通过在高强度MIM材料基体中添加适量的低密度陶瓷粉末共烧结得到，低密度陶瓷粉末的引入和多孔孔洞的存在能够有效降低材料的密度。本发明实施例还提供了该轻量化高强度MIM材料的制备方法，采用该MIM材料制备的结构件和终端。

Description

轻量化高强度MIM材料及其制备方法、转轴和电子设备
技术领域
本发明实施例涉及MIM材料技术领域，特别是涉及轻量化高强度MIM材料及其制备方法、转轴和电子设备。
背景技术
折叠新形态手机整机重量远高于传统形态手机，其中，转轴重量占比较大。为保证折叠手机转轴的强度、可靠性、可制造性和成本，转轴零件多选用高强度的不锈钢粉末经MIM(Metal injection Molding，金属注射成型)工艺或非晶压铸工艺制备。但不锈钢(密度7.6-7.9g/cm3)和非晶合金(密度6.6-6.9g/cm3)密度较高，为获得减重收益，因而在确保转轴可靠性的前提下，开发轻量化高强度材料迫在眉睫。
发明内容
鉴于此，本发明实施例提供一种轻量化高强度MIM材料，其兼具轻量化和高强度特性，以在一定程度上解决现有转轴材料密度较高，导致手机整机较重的问题。
具体地，本发明实施例第一方面提供一种轻量化高强度MIM材料，包括高强度MIM材料基体和分散在所述高强度MIM材料基体中的低密度陶瓷粉末，所述高强度MIM材料基体的屈服强度≥140MPa，所述低密度陶瓷粉末的密度小于6.0g/cm3，所述低密度陶瓷粉末在所述轻量化高强度MIM材料中的质量占比为1％-15％，所述MIM材料内部具有多孔孔洞，所述多孔孔洞的体积占比为3％-20％。
本发明实施例提供的MIM材料，通过在高强度MIM材料基体中添加适量低密度陶瓷粉末，并通过控制MIM材料内部适量多孔孔洞的形成，有效降低了材料密度，并保持了较高强度。
本发明实施方式中，所述低密度陶瓷粉末在所述轻量化高强度MIM材料中的质量占比为3％-10％。
本发明实施方式中，所述低密度陶瓷粉末的密度小于4.0g/cm3。
本发明实施方式中，所述多孔孔洞的体积占比为6％-15％。
本发明实施方式中，所述高强度MIM材料基体包括MIM不锈钢、MIM合金钢、MIM高温合金或MIM钴合金。
本发明实施方式中，所述低密度陶瓷粉末包括氧化铝、碳化铝、氮化铝、氧化镁、碳化镁、氮化镁、氮化钛、碳化钛、氧化钛、氧化硅和碳化硼中的一种或多种。
本发明实施方式中，所述多孔孔洞为闭孔结构，孔径为10μm-100μm。
本发明实施方式中，所述MIM材料的晶体结构中，所述低密度陶瓷粉末构成的低密度相弥散均匀分布在所述高强度MIM材料基体构成的高强度相中。
本发明实施方式中，所述MIM材料的密度为4.5-7.5g/cm3。
本发明实施方式中，所述MIM材料的屈服强度为140MPa-1000MPa。
本发明实施例第一方面提供的轻量化高强度MIM材料，通过在高强度MIM材料基体中添加适量的低密度陶瓷粉末共烧结得到，低密度陶瓷粉末的引入和多孔孔洞的存在能够有效降低材料的密度，而且通过合理控制低密度陶瓷粉末的加入量和多孔孔洞的体积占比可以使材料强度仍然处于较高水平，因而兼具轻量化和高强度特性；将该材料应用于各种有减重需求的结构件，例如折叠式电子设备转轴、铰链、摄像头支架、USB插口，升降摄像头底座和传动零件等，可以在保证结构件强度的条件下满足电子产品轻量化需求，提升产品竞争力。
第二方面，本发明实施例还提供了一种轻量化高强度MIM材料的制备方法，包括：
将高强度MIM材料粉末、低密度陶瓷粉末与粘结剂混合得到混合物，再将所得混合物进行加热混炼后，经冷却、制粒，得到喂料；
将所得喂料进行注射成型，得到生坯；
将所得生坯经脱脂、烧结后得到轻量化高强度MIM材料，所述轻量化高强度MIM材料包括高强度MIM材料基体和分散在所述高强度MIM材料基体中的低密度陶瓷粉末，所述高强度MIM材料基体的屈服强度≥140MPa，所述低密度陶瓷粉末的密度小于6.0g/cm3，所述低密度陶瓷粉末在所述轻量化高强度MIM材料中的质量占比为1％-15％，所述MIM材料内部具有多孔孔洞，所述多孔孔洞的体积占比为3％-20％。
本发明实施方式中，所述混合物中，所述粘结剂的质量占比为5％-15％。加入较大量的粘结剂有利于形成多孔结构。
本发明实施方式中，所述高强度MIM材料粉末D50为10μm-30μm，D90为40μm-60μm。选择较大粒径的高强度MIM材料粉末，有利于形成多孔结构。
本发明实施方式中，所述低密度陶瓷粉末D50为2μm-3μm，D90为4μm-6μm。
本发明实施方式中，所述粘结剂包括聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)的混合物。
本发明实施方式中，所述加热混炼的温度为140℃-220℃，时间为1h-5h。
本发明实施方式中，所述注射成型的具体操作为：将所述喂料注射于模具中，注射温度为140℃-180℃，注射压力为5MPa-14MPa，模具温度控制在30℃-45℃，模具压力控制在2MPa-10MPa，保压0.6s-5s后，冷却得到生坯。
本发明实施方式中，所述脱脂操作为：采用气化硝酸催化脱脂，将所述生坯置于100℃-120℃脱脂炉中，硝酸浓度＞98％。
本发明实施方式中，所述烧结的操作参数为：在真空或保护气氛下，先以3-6℃/min速率升温至580℃-620℃保温0.5-3h，然后以3-6℃/min升温至1000℃-1350℃保温1-6h。
本发明实施例第二方面提供的制备方法，工艺简单，适于工业化生产。
本发明实施例还提供一种结构件，其采用本发明实施例第一方面所述的轻量化高强度MIM材料制成。该结构件可以是电子产品中有减重需求的结构件，例如折叠式电子设备转轴、铰链、摄像头支架、USB插口，升降摄像头底座和传动零件等。采用本发明实施例提供的结构件，可以在保证结构件强度的条件下满足电子产品轻量化需求，提升产品竞争力。
本发明实施例还提供一种转轴，包括采用本发明实施例第一方面所述的轻量化高强度MIM材料制成的构件。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括第一主体和第二主体，所述电子设备还包括本发明实施例所述的转轴，所述第一主体与所述转轴的一端连接，所述第二主体与所述转轴的相对另一端连接，所述第一主体和所述第二主体通过所述转轴翻折。该电子设备可以是笔记本电脑、折叠手机等需要使用转轴的电子设备。
附图说明
图1为本发明实施例提供的轻量化高强度MIM材料的截面结构示意图；
图2为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例进行说明。
目前，折叠式电子设备转轴多采用高强度MIM不锈钢或非晶合金压铸材料制备。但不锈钢(密度7.6-7.9g/cm3)和非晶合金(密度6.6-6.9g/cm3)密度较高，不利于电子设备整机减重。为此，本发明实施例提供一种轻量化高强度MIM材料，可用于制备折叠式电子设备转轴，在确保转轴可靠性的前提下有效降低整机重量。
如图1所示，为本发明实施例提供的轻量化高强度MIM材料100的截面结构示意图，轻量化高强度MIM材料100包括高强度MIM材料基体10和分散在高强度MIM材料基体10中的低密度陶瓷粉末11，高强度MIM材料基体10的屈服强度≥140MPa，低密度陶瓷粉末11的密度小于6.0g/cm3，低密度陶瓷粉末11在轻量化高强度MIM材料100中的质量占比为1％-15％，同时，MIM材料100内部具有多孔孔洞12，多孔孔洞12的体积占比为3％-20％。
本发明实施例提供的MIM材料，通过在高强度MIM材料基体中添加低密度陶瓷粉末共烧结，形成高强度相和低密度相共存的双相组织结构材料，得到了兼具高强度和低密度的MIM材料。其中，高强度MIM材料基体密度较大，将其用于制备折叠式电子设备转轴，不利于整机减重，而低密度陶瓷粉末具有密度较小，其引入能够有效降低材料的密度，但陶瓷粉末的引入大概率降低材料强度，通过控制适合加入量可同时保证材料仍具有较高强度，满足结构件的使用要求。另外，通过控制MIM材料内部适量多孔孔洞的形成，可以进一步有效降低材料密度。
MIM(Metal injection Molding，金属注射成型)是一种将粉末冶金与塑料成形工艺相结合的制造工艺技术，具体是先将所选粉末与粘结剂进行混合，然后将混合料进行制粒再注射成形所需要的形状。成形以后排除粘结剂，再对脱脂坯进行烧结。MIM工艺适合各种粉末材料的成形，能直接成形几何形状复杂的小型零件(重量为0.03g-200g)，且制备所得零件尺寸精度高(±0.1％～±0.5％)，表面光洁度好(粗糙度1-5μm)。
本发明实施方式中，高强度MIM材料基体10可以是MIM不锈钢、MIM合金钢、MIM高温合金、MIM钴合金等具有高强度，且适于采用MIM成型的材料体系。其中，MIM不锈钢可以但不限于是316L不锈钢、17-4PH不锈钢、304L不锈钢、303不锈钢、420不锈钢、430不锈钢、PANACEA不锈钢、630不锈钢、420不锈钢、4605不锈钢和8704不锈钢中的一种或多种。MIM合金钢可以但不限于是100Cr6合金钢、4140合金钢、8620合金钢、8740合金钢、4605合金钢、FN02合金钢、FN04合金钢、FN08合金钢中的一种或多种。MIM高温合金可以是镍基高温合金，例如INCOL713镍基高温合金。MIM钴合金可以是F75钴合金。
高强度MIM材料基体10的屈服强度要求≥140MPa，具体地可根据产品的强度需求进行选择。例如，本发明一实施方式中，可以是选择屈服强度≥400MPa的MIM材料基体。
本发明实施方式中，低密度陶瓷粉末11可以是密度小于6.0g/cm3的陶瓷粉末，进一步地，可以是密度小于4.0g/cm3的陶瓷粉末。密度越小越有利于材料减重。具体可以是但不限于氧化铝、碳化铝、氮化铝、氧化镁、碳化镁、氮化镁、氮化钛、碳化钛、氧化钛、氧化硅和碳化硼中的一种或多种。选择较低密度的陶瓷粉末有利于材料实现轻量化。而且，低密度陶瓷粉末熔点较高，可以耐受MIM工艺较高的烧结温度。可以理解地，不同种类陶瓷粉末与高强度MIM材料基体构成晶体结构的情况不同，因此，在进行陶瓷粉末的选择时，除考虑密度因素外，还需要考虑与高强度MIM材料基体的结合因素。
本发明实施方式中，MIM材料的晶体结构中，低密度陶瓷粉末构成的低密度相弥散均匀分布在高强度MIM材料基体构成的高强度相中。低密度相弥散均匀分布可以使最终产品兼顾高强度和高韧性，避免陶瓷粉末聚集成大颗粒导致材料变脆，韧性降低。陶瓷粉末硬度高，弥散均匀分布可以形成强化相，有利于提高材料的整体力学性能。
本发明实施方式中，陶瓷粉末虽然可以降低MIM材料的密度，提高材料弹性模量和硬度，但是会降低材料延伸率，对于大多数MIM材料基体，还会降低其屈服强度，因此为保证MIM材料密度降低的同时，保持较高的延伸率和屈服强度，将分散在MIM材料中的低密度陶瓷粉末11的质量占比控制在1％-15％。进一步地，可以是将低密度陶瓷粉末11的质量占比控制在3％-10％，更进一步地，将低密度陶瓷粉末11的质量占比控制在5％-8％。
本发明实施方式中，轻量化高强度MIM材料中多孔孔洞的形成，有利于大幅降低材料密度。但在密度降低的同时多孔孔洞的形成也会一定程度上降低材料力学性能，为维持材料的整体强度，需将多孔孔洞的体积占比控制在合适的范围，具体地，本发明实施方式中，多孔孔洞12的体积占比控制在3％-20％。更具体地，多孔孔洞12的体积占比控制在6％-15％，进一步地，多孔孔洞12的体积占比控制在8％-12％。
本发明实施方式中，轻量化高强度MIM材料中的多孔孔洞为闭孔结构。其中，闭孔是指多孔固体中不与外界连通的空腔和孔道。多孔孔洞均匀分布在轻量化高强度MIM材料中。在本发明一些实施方式中，孔洞的尺寸可为10μm-100μm；在本发明另一些实施方式中，孔洞的尺寸可为20μm-80μm。在本发明其他一些实施方式中，孔洞的尺寸还可为30μm-60μm。本发明实施方式中，孔洞的形状不限，可以是规则或非规则形状，具体地例如可以是球形、类球形等。
本发明实施方式中，轻量化高强度MIM材料的密度为4.5g/cm3-7.5g/cm3，屈服强度为140MPa-1000MPa。对于大多数MIM材料体系，相对于高强度MIM材料基体，轻量化高强度MIM材料的密度有所降低，屈服强度也有较小幅度的降低，但能够满足折叠式电子设备转轴应用需求。而对于少数MIM材料体系(如316L不锈钢)，相对于高强度MIM材料基体，轻量化高强度MIM材料的屈服强度也可能相对提升。
本发明实施例提供的轻量化高强度MIM材料，可应用于各种有减重需求的结构件，例如折叠式电子设备转轴等。铰链、摄像头支架、USB插口、升降摄像头底座和传动零件等。
相应地，本发明实施例还提供了一种轻量化高强度MIM材料的制备方法，包括：
(1)将高强度MIM材料粉末、低密度陶瓷粉末与粘结剂混合得到混合物，再将所得混合物进行加热混炼后，经冷却、制粒，得到喂料；
(2)将所得喂料进行注射成型，得到生坯；
(3)将所得生坯经脱脂、烧结后得到轻量化高强度MIM材料，所述轻量化高强度MIM材料包括高强度MIM材料基体和分散在所述高强度MIM材料基体中的低密度陶瓷粉末，所述高强度MIM材料基体的屈服强度≥140MPa，所述低密度陶瓷粉末的密度小于6.0g/cm3，所述低密度陶瓷粉末在所述轻量化高强度MIM材料中的质量占比为1％-15％，所述MIM材料内部具有多孔孔洞，所述多孔孔洞的体积占比为3％-20％。
本发明实施方式中，为实现多孔结构，选择粒径较大的原料粉末，利用原料粉末颗粒与颗粒之间的孔隙构建烧结体的多孔结构，具体地，高强度MIM材料粉末的D50为10μm-30μm，D90为40μm-60μm。在本发明一些实施方式中，高强度MIM材料粉末的D50为20μm-30μm。在本发明另一些实施方式中，高强度MIM材料粉末的D50为25μm-30μm。
本发明实施方式中，低密度陶瓷粉末的D50为2μm-3μm，D90为4μm-6μm。较小粒径的陶瓷粉末可以更好地分散在高强度MIM材料粉末中，也能够有效控制陶瓷粉末本身对MIM材料基体带来的不利影响，从而形成性能更好、更均匀的材料。
本发明实施方式中，可根据最终所得轻量化高强度MIM材料中低密度陶瓷粉末的质量含量确定高强度MIM材料粉末、低密度陶瓷粉末的加入量。
本发明实施方式中，粘结剂可以是聚甲醛(POM)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)三者的混合物。具体地，粘结剂可以是90％质量占比的聚甲醛与10％质量占比的PP、PE混合而成，在其他实施方式中，也可以是按其他质量百分配比混合而成。在本发明其他一些实施方式中，也可以选择现有MIM工艺常用的一些粘结剂体系，如石蜡体系等。粘结剂将其粘性流动的特征赋予混合料，有助于成形、模腔填充和粉末装填的均匀性。其中，较大添加量粘结剂的加入有利于构建多孔结构，在烧结过程中，粘结剂会消失，从而有利于在烧结体中留下多孔结构。本发明实施方式中，高强度MIM材料粉末、低密度陶瓷粉末与粘结剂混合得到的混合物中，粘结剂的质量占比为5％-15％，进一步地可以是10％-15％。
本发明实施方式中，加热混炼的温度可以是140℃-220℃，时间可以是1h-5h。其具体参数可根据所选原料进行设定。
本发明实施方式中，注射成型的具体操作可以是：将喂料注射于模具中，注射温度为140℃-180℃，注射压力为5MPa-14MPa，模具温度控制在30℃-45℃，模具压力控制在2MPa-10MPa，保压0.6s-5s后，冷却后得到生坯。
本发明实施方式中，脱脂操作可根据选用的粘结剂体系进行调整，例如POM体系可采用硝酸/草酸催化脱脂方案，石蜡体系可采用溶剂脱脂或者热脱脂。本发明一具体实施方式中，脱脂操作可以是：采用气化硝酸催化脱脂，将生坯置于100℃-120℃脱脂炉中，硝酸浓度＞98％。
本发明实施方式中，烧结的操作参数可为：在真空或保护气氛下，以3-6℃/min速率升温至580℃-620℃保温0.5-3h，然后以3-6℃/min速率升温至1000℃-1350℃保温1-6h。其中，保护气氛可以是氦气、氩气、氮气、氢气气氛等。本发明一些实施方式中，上述第二阶段的烧结保温温度可以是1050℃-1250℃。本发明一具体实施方式中，例如可以是，在真空或保护气氛下，先以5℃/min速率升温至600℃保温1h，然后以5℃/min的速率升温至1050℃保温3h。
本发明实施方式中，为提高材料的强度和韧性，在烧结操作完成后，还可以进行油淬回火处理。具体地，可以是于800℃-950℃奥氏体化后油淬，然后在200℃-600℃回火0.5h-8h。
本发明实施例还提供一种结构件，该结构件采用上述的轻量化高强度MIM材料制成。该结构件可以是电子设备中各种有高强度轻量化需求的结构件，例如折叠式电子设备转轴、铰链、摄像头支架、USB插口、升降摄像头底座和传动零件等。
本发明实施例还提供一种转轴，该转轴包括采用上述的轻量化高强度MIM材料制成的构件。具体地，可以是转轴的部分构件采用本发明实施例的轻量化高强度MIM材料制成，也可以是转轴整体采用本发明实施例的轻量化高强度MIM材料制成。转轴的具体结构可根据实际需要设定，本发明不作特殊限定。
如图2所示，本发明实施例还提供一种电子设备200，其包括第一主体1、第二主体2和本发明实施例上述的转轴3，其中，第一主体1与转轴3一端连接，第二主体2与转轴3的相对另一端连接，第一主体1和第二主体2通过转轴3实现折叠、翻折。该电子设备可以是任意形式的折叠式电子设备，具体可以是笔记本电脑、折叠手机等。
下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。
实施例1
一种轻量化高强度100Cr6 MIM合金钢的制备方法，包括：
S101、将100Cr6混合粉末(D50为20μm)和碳化硼(D50为2μm)以质量比9:1混合均匀后与粘接剂混合得到混合物；混合物中，粘结剂的质量占比为10％，粘结剂由90％质量占比的聚甲醛与10％质量占比的PP、PE混合而成；
S102、将混合物于140℃-220℃加热混炼1h-5h后，经冷却、制粒，得到喂料；
S103、将喂料注射于模具中，注射温度为140℃-180℃，注射压力为5MPa-14MPa，模具温度控制在30℃-45℃，模具压力控制在2MPa-10MPa，保压0.6s-5s后，冷却后得到生坯。
S104、将生坯置于110℃脱脂炉中，采用气化硝酸催化脱脂，硝酸浓度＞98％。
S105、脱脂后，在真空条件下，先以5℃/min速率升温至600℃保温1h，然后以5℃/min的速率升温至1250℃保温1h后，随炉冷却后，接着在870℃奥氏体化后油淬，然后在300℃回火1h，得到轻量化高强度MIM材料。
经测试获知，实施例1轻量化高强度MIM材料的密度为6.15g/cm3，硬度为65HRC(洛氏硬度)，多孔孔洞体积占比为6％。其相比常规MIM工艺所得100Cr6合金钢减重15.2％，硬度提升5HRC。
实施例2
一种轻量化高强度316LMIM不锈钢的制备方法，包括：
S101、将316L不锈钢粉末(D50为12μm)和碳化钛粉末(D50为2μm)以质量比32:5混合均匀后与粘结剂混合得到混合物；混合物中，粘结剂的质量占比为11.4％，粘结剂由90％质量占比的聚甲醛与10％质量占比的PP、PE混合而成；
S102、将混合物于140℃-220℃加热混炼1h-5h后，经冷却、制粒，得到喂料；
S103、将喂料注射于模具中，注射温度为140℃-180℃，注射压力为5MPa-14MPa，模具温度控制在30℃-45℃，模具压力控制在2MPa-10MPa，保压0.6s-5s后，冷却后得到生坯。
S104、将生坯置于110℃脱脂炉中，采用气化硝酸催化脱脂，硝酸浓度＞98％。
S105、脱脂后，在氢气气氛下下，先以5℃/min速率升温至600℃保温1h，然后以5℃/min的速率升温至1320℃保温1h后，随炉冷却后，得到轻量化高强度MIM材料。
经测试获知，实施例2轻量化高强度MIM材料的密度为6.55g/cm3，相比常规316LMIM不锈钢减重16％；屈服强度500MPa，相比常规316L MIM不锈钢提高257％；硬度260HV，相比常规316L MIM提升40％。实施例2轻量化高强度MIM材料的多孔孔洞体积占比为11％。
实施例3
一种轻量化高强度17-4PH MIM不锈钢的制备方法，包括：
S101、将17-4PH不锈钢粉末(D50为25μm)和氧化铝粉末(D50为2μm)以质量比8:1混合均匀后与粘结剂混合得到混合物；混合物中，粘结剂的质量占比为11.8％，粘结剂由90％质量占比的聚甲醛与10％质量占比的PP、PE混合而成；
S102、将混合物于140℃-220℃加热混炼1h-5h后，经冷却、制粒，得到喂料；
S103、将喂料注射于模具中，注射温度为140℃-180℃，注射压力为5MPa-14MPa，模具温度控制在30℃-45℃，模具压力控制在2MPa-10MPa，保压0.6s-5s后，冷却后得到生坯。
S104、将生坯置于110℃脱脂炉中，采用气化硝酸催化脱脂，硝酸浓度＞98％。
S105、脱脂后，在氩气气氛下下，先以5℃/min速率升温至600℃保温1h，然后以5℃/min的速率升温至1350℃保温3h，随炉冷却后，接着在1040℃保温60min后油淬，然后在470℃回火1h，得到轻量化高强度MIM材料。
经测试获知，实施例3轻量化高强度17-4PH MIM不锈钢材料的密度为6.3g/cm3，相比常规17-4PH MIM不锈钢减重17％；弹性模量290GPa，相比常规17-4PH MIM不锈钢提高53％；硬度550HV，相比常规17-4PH MIM不锈钢提升96％。实施例2轻量化高强度17-4PH MIM不锈钢材料的多孔孔洞体积占比为11％。

Claims (23)

1.一种轻量化高强度MIM材料，其特征在于，包括高强度MIM材料基体和分散在所述高强度MIM材料基体中的低密度陶瓷粉末，所述高强度MIM材料基体的屈服强度≥140MPa，所述低密度陶瓷粉末的密度小于6.0g/cm3，所述低密度陶瓷粉末在所述轻量化高强度MIM材料中的质量占比为1％-15％，所述MIM材料内部具有多孔孔洞，所述多孔孔洞的体积占比为3％-20％。
2.如权利要求1所述的MIM材料，其特征在于，所述低密度陶瓷粉末在所述轻量化高强度MIM材料中的质量占比为3％-10％。
3.如权利要求1所述的MIM材料，其特征在于，所述低密度陶瓷粉末的密度小于4.0g/cm3。
4.如权利要求1-3任一项所述的MIM材料，其特征在于，所述多孔孔洞的体积占比为6％-15％。
5.如权利要求1所述的MIM材料，其特征在于，所述高强度MIM材料基体包括MIM不锈钢、MIM合金钢、MIM高温合金或MIM钴合金。
6.如权利要求1所述的MIM材料，其特征在于，所述低密度陶瓷粉末包括氧化铝、碳化铝、氮化铝、氧化镁、碳化镁、氮化镁、氮化钛、碳化钛、氧化钛、氧化硅和碳化硼中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的MIM材料，其特征在于，所述多孔孔洞为闭孔结构，孔径为10-100μm。
8.如权利要求1所述的MIM材料，其特征在于，所述MIM材料的晶体结构中，所述低密度陶瓷粉末构成的低密度相弥散均匀分布在所述高强度MIM材料基体构成的高强度相中。
9.如权利要求1所述的MIM材料，其特征在于，所述MIM材料的密度为4.5g/cm3-7.5g/cm3。
10.如权利要求1所述的MIM材料，其特征在于，所述MIM材料的屈服强度为140MPa-1000MPa。
11.一种轻量化高强度MIM材料的制备方法，其特征在于，包括：
将高强度MIM材料粉末、低密度陶瓷粉末与粘结剂混合得到混合物，再将所得混合物进行加热混炼后，经冷却、制粒，得到喂料；
将所得喂料进行注射成型，得到生坯；
将所得生坯经脱脂、烧结后得到轻量化高强度MIM材料，所述轻量化高强度MIM材料包括高强度MIM材料基体和分散在所述高强度MIM材料基体中的低密度陶瓷粉末，所述高强度MIM材料基体的屈服强度≥140MPa，所述低密度陶瓷粉末的密度小于6.0g/cm3，所述低密度陶瓷粉末在所述轻量化高强度MIM材料中的质量占比为1％-15％，所述MIM材料内部具有多孔孔洞，所述多孔孔洞的体积占比为3％-20％。
12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述混合物中，所述粘结剂的质量占比为5％-15％。
13.如权利要求11-12任一项所述的制备方法，其特征在于，所述高强度MIM材料粉末D50为10μm-30μm，D90为40μm-60μm。
14.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述低密度陶瓷粉末D50为2μm-3μm，D90为4μm-6μm。
15.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括聚甲醛、聚丙烯和聚乙烯的混合物。
16.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述加热混炼的温度为140℃-220℃，时间为1h-5h。
17.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述注射成型的具体操作为：将所述喂料注射于模具中，注射温度为140℃-180℃，注射压力为5MPa-14MPa，模具温度控制在30℃-45℃，模具压力控制在2MPa-10MPa，保压0.6s-5s后，冷却得到生坯。
18.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述脱脂操作为：采用气化硝酸催化脱脂，将所述生坯置于100℃-120℃脱脂炉中，硝酸浓度＞98％。
19.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述烧结的操作参数为：在真空或保护气氛下，先以3-6℃/min速率升温至580℃-620℃保温0.5-3h，然后以3-6℃/min升温至1000℃-1350℃保温1-6h。
20.一种结构件，其特征在于，采用如权利要求1-10任一项所述的轻量化高强度MIM材料制成。
21.一种转轴，其特征在于，包括采用如权利要求1-10任一项所述的轻量化高强度MIM材料制成的构件。
22.一种电子设备，包括第一主体和第二主体，其特征在于，所述电子设备还包括如权利要求21所述的转轴，所述第一主体与所述转轴的一端连接，所述第二主体与所述转轴的相对另一端连接，所述第一主体和所述第二主体通过所述转轴翻折。
23.如权利要求22所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为笔记本电脑或折叠手机。
CN201911426072.1A 2019-12-31 2019-12-31 轻量化高强度mim材料及其制备方法、转轴和电子设备 Active CN113118445B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911426072.1A CN113118445B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 轻量化高强度mim材料及其制备方法、转轴和电子设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911426072.1A CN113118445B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 轻量化高强度mim材料及其制备方法、转轴和电子设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113118445A CN113118445A (zh) 2021-07-16
CN113118445B true CN113118445B (zh) 2022-06-28

Family

ID=76771515

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911426072.1A Active CN113118445B (zh) 2019-12-31 2019-12-31 轻量化高强度mim材料及其制备方法、转轴和电子设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113118445B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116480677B (zh) * 2021-09-17 2024-03-15 荣耀终端有限公司 转轴结构件及其制备方法和应用
CN115404397A (zh) * 2022-08-12 2022-11-29 维沃移动通信有限公司 复合材料、复合材料的制备方法以及电子设备

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6852272B2 (en) * 2001-03-07 2005-02-08 Advanced Ceramics Research, Inc. Method for preparation of metallic and ceramic foam products and products made
DE10149793B4 (de) * 2001-10-05 2006-04-13 Hesse, Thomas, Dipl.-Ing. Verfahren zur Herstellung von Sinterkörpern aus einer plastischen Formmasse enthaltend Pulver, Wachs und Lösungsmittel
JP2006299405A (ja) * 2005-03-24 2006-11-02 Mitsubishi Materials Corp 多孔質金属または多孔質セラミックスの製造方法
US8329091B2 (en) * 2009-01-30 2012-12-11 Widener University Porous metallic structures
CN102557594B (zh) * 2011-12-23 2013-10-30 中国海洋大学 一种高强度低密度陶瓷空心球及其制备方法
CN104057090A (zh) * 2013-03-20 2014-09-24 江苏天一超细金属粉末有限公司 打印金属、陶瓷制品的金属、陶瓷粉末与聚合物混融材料及聚合物在成型品中的脱除方法
CN106493369B (zh) * 2016-12-13 2018-08-03 重庆文理学院 金属粉末注射成型用粘结剂
CN109175360B (zh) * 2018-11-13 2019-11-26 武汉理工大学 基于粉末烧结法原位实现高锰铝高强钢多孔化的制备工艺

Also Published As

Publication number Publication date
CN113118445A (zh) 2021-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110935878B (zh) 一种钛合金零件的注射成形方法
US10087332B2 (en) Sinterable metal paste for use in additive manufacturing
CN103537702B (zh) 高抗弯强度纳米WC-Co合金粉末以及WC-Co合金制品的制备方法
CN108421985B (zh) 一种制备氧化物弥散强化中熵合金的方法
CN113118445B (zh) 轻量化高强度mim材料及其制备方法、转轴和电子设备
CN105385871A (zh) 一种多元纳米复合强化耐热铝基复合材料的制备方法
CN109848420A (zh) 一种440c不锈钢金属粉末注射成形方法及其制品
CN104694895A (zh) 一种W-Ti合金靶材及其制造方法
CN109338193B (zh) 一种无芯-环结构金属陶瓷合金及其制备方法
CN103834823B (zh) 一种硬质合金制品的制备方法
CN110052615A (zh) 一种选区激光熔化制备高强铝合金的方法
CN112077313A (zh) 采用粉末冶金制备低密度钢复杂零件的方法
CN100453666C (zh) 一种Al2O3颗粒增强铝基复合材料的无压浸渗制备方法
CN111304479A (zh) 一种VCrNbMoW难熔高熵合金制备方法
CN107790729B (zh) 一种利用粉末注射成形技术制备高性能铝合金的方法
CN114086078A (zh) Fe-Mn-Al-C系轻质钢及其制备方法、终端、钢结构件和电子设备
CN109778018B (zh) 铝碳化硅材料的制备方法及制备得到的铝碳化硅材料
CN114150175A (zh) 一种利用粉末注射成形技术制备Al-Zn-Mg-Cu系铝合金的方法
CN110983152B (zh) 一种Fe-Mn-Si-Cr-Ni基形状记忆合金及其制备方法
KR101331027B1 (ko) 균일한 분포의 나노 기공을 가지는 메탈폼 제조방법 및 이에 의해 제조된 메탈폼
JP4779997B2 (ja) 焼結体の製造方法
CN102310196B (zh) 电场作用下烧结制备微小零件的方法
CN113774249A (zh) 一种颗粒定向排列增强铜基自润滑复合材料及其制备方法
AU2010284750B2 (en) A process for producing a metal-matrix composite of significant deltaCTE between the hard base-metal and the soft matrix
CN111922345A (zh) 一种喷射成形过程中产生的粉末副产物的综合利用方法及产物的应用

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant