CN1290652C - 一种制备复杂形状和高尺寸精度钨零部件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备复杂形状和高尺寸精度钨零部件的方法，属于注射成形技术技术领域。将钨粉末利用高能球磨机球磨2～12小时得到球磨粉末，然后加入由重量百分比为40～70%石蜡、15～35%高密度聚乙烯、10～30%聚丙烯和3～10%硬脂酸组成的粘结剂，将球磨粉末与粘结剂混合成均匀的喂料，喂料中粉末的体积比为50～62%，喂料在注射机上注射成形，注射温度为120～170℃，注射压力为80～140Mpa。注射坯体脱脂和预烧结后，在烧结炉中2100～2400℃的温度下烧结，保温1～10小时，烧结产品经后续处理，得到钨零部件。其优点在于：材料利用率几乎达100%，制备的钨零部件的致密度大于93%，纯度大于99%，尺寸精度在±0.5%之内；且生产成本低。
Description
技术领域
本发明属于注射成形技术技术领域，特别是提供了一种制备复杂形状和高尺寸精度钨零部件的方法。
背景技术
金属钨具有高的熔点(3410℃)、高的密度(19.3g/m3)、高的弹性模量和强度以及低的仍膨胀系数等一系列优良特性，在现代国防、原子能工业、电真空、电光源等工程应用领域中占有重要地位。由于熔点高，高致密度的钨需要的烧结温度很高，通常采用垂熔方法烧结，该方法只能生产棒材或块体材料，无法烧结复杂形状的零部件，加上钨的硬度高、脆性大，加工性能很差，很难直接利用机械加工的方法制备出复杂形状和高尺寸精度的钨零部件。采用化学气相沉积法虽然能够制备复杂形状的钨制品，但生产效率低，成本高。
粉末注射成形是世界上目前最热门的材料成形技术之一，该技术的最大特点是克服了传统粉末压制工艺难以直接生产复杂形状零部件，而后续机加工工序长、原料利用率低、成本高的缺点，特别适合薄壁、复杂形状零部件的近终形批量化生产。由于成形过程为流动充模，成形坯密度均匀，因此，所制备的产品尺寸精度高，并且具有组织均匀、性能优越的特点。可见，将粉末注射成形技术应用在复杂形状和高尺寸精度钨零部件生产中，可望彻底解决目前面临的困难。
发明内容
本发明的目的在于一种制备复杂形状和高尺寸精度钨零部件的方法，解决了金属钨的高尺寸精度和复杂形状零部件的成形问题。
本发明是通过以下步骤实现的：
1.原料粉末的制备。利用高能球磨机将钨粉末球磨2～12小时，得到球磨粉末。
2.喂料的制备。将步骤1得到的粉末与粘结剂混合均匀制成喂料，喂料中粉末所占体积比为50～62％，最佳为54～58％；其粘结剂由重量百分比为40～70％石蜡、15～35％高密度聚乙烯、10～30％聚丙烯和3～10％硬脂酸组成。
3.注射成形。喂料在注射机上注射成形，注射温度为120～170℃，注射压力为80～140MPa。
4.脱脂和预烧结。注射坯采用溶剂脱脂+后续热脱脂的脱脂工艺，首先在三氯乙烯中将注射坯溶剂脱脂2～12小时，然后烘干。热脱脂和预烧结在20～1500℃间进行，共需要时间为8～20小时。
5.烧结。注射坯体脱脂和预烧结后，在烧结炉中2100～2400℃的温度下烧结，保温1～10小时，烧结产品经后续处理，得到钨零部件。
本发明的优点在于：
1、利用高能球磨机球磨粉碎粉末，粉末粒度更细小，烧结活性增加，可以有效降低烧结温度和提高产品的密度。高能球磨还改变了粉末的粒度和粒度分布，有利于提高粉末在喂料中的体积比，减小产品烧结时收缩率。
2、将钨金属粉末与粘结剂混合后，得到的喂料混合均匀，喂料在注射成形机上注射成形得到的成形坯密度均匀，烧结时产品收缩一致。烧结产品不需任何机加工处理，喂料可重复利用，材料利用率几乎达100％。
3、采用溶剂脱脂和热脱脂相结合的工艺，不仅缩短了整个脱脂用时，同时减少了变形风险，提高了生产效率和成品率，所生产的产品尺寸精度高，性能均匀一致，且可批量生产，成本低。采用该方法制备的钨零部件的致密度大于93％，纯度大于99％，尺寸精度在±0.5％之内。
具体实施方式
实施例1：
将钨粉末在高能球磨机中球磨4小时，粘结剂由60％石蜡、25％高密度聚乙烯、10％聚丙烯和5％的硬脂酸组成，粉末的体积比为56％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混合后，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为160℃，注射压力为90MPa，所得的注射坯在三氯乙烯中萃取脱脂4小时，再在60℃温度下干燥30分钟后置于气氛脱脂炉中进行热脱脂，热脱脂时间为8小时，将脱脂坯在1300℃的氢气炉中进行预烧结1小时后，置于中频感应炉中进行烧结，烧结温度为2300℃，烧结时间为6小时，烧结产品经后续处理即得到钨零部件。
实施例2：
将钨粉末在高能球磨机中球磨6小时，粘结剂由55％石蜡、25％高密度聚乙烯、15％聚丙烯和5％的硬脂酸组成，粉末的体积比为56％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混合后，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为160℃，注射压力为100Mpa，所得的注射坯在三氯乙烯中萃取脱脂2小时，再在60℃温度下干燥30分钟后置于气氛脱脂炉中进行热脱脂，热脱脂时间为8小时，将脱脂坯在1300℃的氢气炉中进行预烧结1小时后，置于中频感应炉中进行烧结，烧结温度为2300℃，烧结时间为6小时，烧结产品经后续处理即得到钨零部件。
实施例3：
将钨粉末在高能球磨机中球磨8小时，粘结剂由50％石蜡、25％高密度聚乙烯、15％聚丙烯和10％的硬脂酸组成，粉末的体积比为54％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混合后，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为150℃，注射压力为100Mpa，所得的注射坯在三氯乙烯中萃取脱脂4小时，再在60℃温度下干燥30分钟后置于气氛脱脂炉中进行热脱脂，热脱脂时间为6小时，将脱脂坯在1300℃的氢气炉中进行预烧结1小时后，置于中频感应炉中进行烧结，烧结温度为2300℃，烧结时间为4小时，烧结产品经后续处理即得到钨零部件。
实施例4：
将钨粉末在高能球磨机中球磨8小时，粘结剂由45％石蜡、25％高密度聚乙烯、25％聚丙烯和5％的硬脂酸组成，粉末的体积比为52％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混合后，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为150℃，注射压力为100Mpa，所得的注射坯在三氯乙烯中萃取脱脂4小时，再在40℃温度下干燥30分钟后置于气氛脱脂炉中进行热脱脂，热脱脂时间为6小时，将脱脂坯在1300℃的氢气炉中进行预烧结1小时后，置于中频感应炉中进行烧结，烧结温度为2300℃，烧结时间为4小时，烧结产品经后续处理即得到钨零部件。
实施例5：
将钨粉末在高能球磨机中球磨10小时，粘结剂由40％石蜡、35％高密度聚乙烯、25％聚丙烯和5％的硬脂酸组成，粉末的体积比为52％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混合后，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为160℃，注射压力为100Mpa，所得的注射坯在三氯乙烯中萃取脱脂2小时，再在30℃温度下干燥60分钟后置于气氛脱脂炉中进行热脱脂，热脱脂时间为8小时，将脱脂坯在1300℃的氢气炉中进行预烧结1小时后，置于中频感应炉中进行烧结，烧结温度为2300℃，烧结时间为4小时，烧结产品经后续处理即得到钨零部件。
实施例6：
将钨粉末在高能球磨机中球磨10小时，粘结剂由65％石蜡、15％高密度聚乙烯、15％聚丙烯和5％的硬脂酸组成，粉末的体积比为58％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混合后，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为160℃，注射压力为100Mpa，所得的注射坯在三氯乙烯中萃取脱脂6小时，再在60℃温度下干燥30分钟后置于气氛脱脂炉中进行热脱脂，热脱脂时间为6小时，将脱脂坯在1300℃的氢气炉中进行预烧结1小时后，置于中频感应炉中进行烧结，烧结温度为2200℃，烧结时间为8小时，即得到钨零部件。
实施例7：
将钨粉末在高能球磨机中球磨12小时，粘结剂由60％石蜡、20％高密度聚乙烯、15％聚丙烯和5％的硬脂酸组成，粉末的体积比为56％，将粉末与粘结剂在SK-160型开放式炼胶机上混合后，再在PSJ32型混炼挤出机上制粒，使喂料进一步均匀，喂料在CJ80-E型注射机上注射成形，注射温度为150℃，注射压力为100Mpa，所得的注射坯在三氯乙烯中萃取脱脂2小时，再在60℃温度下干燥30分钟后置于气氛脱脂炉中进行热脱脂，热脱脂时间为6小时，将脱脂坯在1300℃的氢气炉中进行预烧结1小时后，置于中频感应炉中进行烧结，烧结温度为2200℃，烧结时间为6小时，烧结产品经后续处理即得到钨零部件。
Claims (2)
1.一种复杂形状和高尺寸精度钨零部件的生产方法，其特征在于：制备工艺为：
a.原料粉末的制备：利用高能球磨机将钨粉末球磨2～12小时，得到球磨粉末；
b.喂料的制备：将步骤a得到的粉末与粘结剂混合均匀制成喂料，喂料中粉末所占体积为50～62％；其粘结剂由重量百分比为40～70％石蜡、15～35％高密度聚乙烯、10～30％聚丙烯和3～10％硬脂酸组成；
c.注射成形：喂料在注射机上注射成形，注射温度为120～170℃，注射压力为80～140MPa；
d.脱脂和预烧结：注射坯采用溶剂脱脂加后续热脱脂的脱脂工艺，首先在三氯乙烯中将注射坯溶剂脱脂2～12小时，然后烘干；热脱脂和预烧结在20～1500℃间进行，共需要时间为8～20小时。
e.烧结：注射坯体脱脂和预烧结后，在烧结炉中2100～2400℃的温度下烧结，保温1～10小时，烧结产品经后续处理，得到钨零部件。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：喂料中粉末所占体积为54～58％。
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