一种金属注射成型用喂料、制备方法及注塑成型方法与流程

金属材料;冶金;铸造;磨削;抛光设备的制造及处理,应用技术1.本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种金属注射成型用喂料、制备方法及注塑成型方法。背景技术：2.现代科技的发展对材料制品的要求越来越高，很多时候需要各种形状复杂的金属零部件来满足使用要求，而金属注射成型(metal injection molding，mim)技术可以低廉的价格获得各种形状复杂的金属零部件，越来越受到关注。金属注射成型将塑料注塑成形和粉末冶金技术结合起来，以石蜡、油、塑料等作粘结剂，使金属粉末具有良好的流动性和成形性，金属注射成型产品尺寸精度较高(±0.3％左右)，材料利用率高，可实现自动连续生产，在生产小型复杂形状的精密金属零部件方面具有很大的优势。3.而金属注射成型技术中的粘结剂是其技术核心，包括粘结剂的组成及脱除。粘结剂具有两个基本功能：提供喂料的流动性和保持产品形状，分别由粘结剂中的充填剂和骨架成分保证。目前常用的粘结剂多是塑基粘结剂，其充填剂、骨架成分分别是聚甲醛、聚乙烯或聚丙烯等高聚物，另加少量的表面活性剂和助剂，聚甲醛是粘结剂的主要成分，其重量比为85％-92％。4.粘结剂的脱除即脱脂是整个金属注射成型制程中极为关键的一步，关系到烧结后产品的尺寸、性能和外观好坏，而粘结剂脱除过程的难易与好坏主要取决于粘结剂的组成成分。通常脱脂过程分为两步，第一步是用酸性催化方法即催化脱脂脱除主要成分聚甲醛，第二步是脱除骨架成分和剩余助剂即热脱脂。现催化脱脂媒介主要是硝酸，但由于环保原因，硝酸使用越来越受到限制，而草酸因其无害作为催化脱脂媒介得到越来越广泛的应用，但现时草酸脱脂使用多不稳定，且同时适合硝酸脱脂和草酸脱脂的粘结剂体系更是欠缺，这给金属注射成型加工过程造成极大困扰。技术实现要素：5.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种金属注射成型用喂料、制备方法及注塑成型方法，解决了现有技术中存在的上述技术问题。6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：7.一种金属注射成型用喂料，包括金属粉末、粘结剂，所述粘结剂包括以下重量百分比组成：聚甲醛85％-92％、高密度聚乙烯3％～5％、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物2％～4％、表面活性剂1％～2.5％、助剂3.8％～6.5％；以聚甲醛作为充填剂，高密度聚乙烯和乙烯与乙酸乙烯酯共聚物作为骨架组成；其中：助剂采用润滑剂、分散剂和抗氧化剂的组合，润滑剂为2.5％～4.0％，所述分散剂为0.8％～1.5％，所述抗氧化剂为0.5％～1.0％；8.所述金属粉末的粒径范围在2-70um；9.所述金属粉末与粘结剂的物质的量配比范围是6：1～10：1，同时高密度聚乙烯与乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的质量比为2：1-5：4之间。10.进一步的，所述粘结剂包括以下重量百分比组成：聚甲醛86.8％-88％、高密度聚乙烯4.5％、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物2.5％、表面活性剂1.0％～1.2％、润滑剂2.5％～2.9％、分散剂0.8～1.4％、抗氧化剂0.7％。11.进一步的，所述金属粉末采用铁基合金粉末。12.进一步的，所述表面活性剂采用硬脂酸、润滑剂采用石蜡、分散剂为乙撑双硬脂酸酰胺、抗氧化剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。[0013]所述的金属注射成型用喂料的制备方法，包括以下步骤：[0014]s1、首先将金属粉末在160～200℃温度环境下预热，并保温15-20min；[0015]s2、按照重量份配比，将粘结剂的各成分混合；[0016]s3、在180～200℃温度条件下将混合的粘结剂加入到金属粉末中，并密炼1～2h，使粘结剂和金属粉末混合均匀，随后降温至160℃，并挤出造粒。[0017]所述的金属注射成型用喂料的制备方法，所述s1中预热时对金属粉末采用不断搅拌方式混合。[0018]一种金属零部件，由金属注射成型用喂料颗粒制备成型。[0019]所述的金属零部件的注塑成型方法，包括以下步骤：[0020]s1、金属注射成型用喂料根据金属零部件的外形进行注塑，并形成成型毛坯，控制注塑温度为160～220℃，注射压力为60～120mpa；[0021]s2、将成型毛坯进行草酸脱脂作业，控制脱脂的环境温度为115～125℃，通酸时间为360～650min，进酸速度为：3.5～5.5g/min；[0022]s3、将脱脂后的毛坯置于高温中进行烧结作业，控制烧结温度为1310～1320℃，并保温120～150min；其中：烧结成型后收缩率控制在1.215～1.217。[0023]进一步的，所述s1中注塑时，首先对模具加热至80～120℃，随后再进行注塑作业。[0024]进一步的，所述s3中烧结作业时，采用氮气气氛填充。[0025]本发明的有益效果：[0026]1、本发明所提供的粘结剂具有良好的流动性、润湿性和保形性，能够与金属粉末紧密结合，助剂中的乙撑双硬脂酸酰胺的加入，利于金属颗粒和聚合物的分散，进一步提高表面活性和粉与粘结剂料的均匀性。[0027]2、本发明所注射成型毛坯可同时使用硝酸脱脂或草酸脱脂，且均容易脱除，得到的产品尺寸精度高、性能好，在保证注射成型成品率和脱脂、烧结产品合格率的情况下，提供了加工过程的选择可能，增加了生产制造的灵活性。[0028]3、本发明提供的粘合剂中使用聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物作为酸脱性粘结剂体系中的骨架聚合物，不仅增强喂料塑性流动效果，且有利于脱脂过程中维持坯体形状，避免其坍塌或变形；使用聚甲醛作为主要充填剂，提供喂料流动性、填充模具型腔；使用助剂中的乙撑双硬脂酸酰胺与表面活性剂协同作用，增加聚合物和金属粉末颗粒表面活性，使喂料内部分散、粘结更均匀和充分。具体实施方式[0029]下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。[0030]实施例1：[0031]本实施例提供一种金属注射成型用喂料，包括金属粉末、粘结剂，粘结剂包括以下重量百分比组成：共聚甲醛87.1％、高密度聚乙烯4.5％、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物2.5％、硬脂酸1.2％、石蜡2.9％、乙撑双硬脂酸酰胺1.1％、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.7％。使用聚乙烯和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物作为酸脱性粘结剂体系中的骨架聚合物，不仅增强喂料塑性流动效果，且有利于脱脂过程中维持坯体形状，避免其坍塌或变形；使用聚甲醛作为主要充填剂，能够提高粘结剂的抓粉能力，带动粉末流动并充满模具型腔，但喂料在高剪切的状态时，使粉末之间有合适的间隔，以维持粉末良好的正态分布，另外作为长链活化剂的角色，与骨架成分协同作用增加粘结剂与粉末之间的结合度；使用助剂中的乙撑双硬脂酸酰胺与表面活性剂协同作用，增加聚合物和金属粉末颗粒表面活性，使喂料内部分散、粘结更均匀和充分。[0032]金属粉末采用铁基合金粉末。[0033]同时助剂中的乙撑双硬脂酸酰胺的加入，利于金属颗粒和聚合物的分散，进一步提高表面活性和粉与粘结剂料的均匀性。[0034]金属注射成型用喂料的制备方法，包括以下步骤：[0035]s1、首先将金属粉末在180℃温度环境下预热，搅拌(可采用机械搅拌并控制转速为15r/min)，并保温15-20min；[0036]s2、按照重量份配比，将粘结剂的各成分混合；[0037]s3、将混合的粘结剂加入到180℃温度环境下的金属粉末中，密炼2小时，然后降温至160℃，挤出、造粒得到颗粒状的喂料。[0038]金属零部件的注塑成型方法：[0039]s4、喂料制备完成后，根据金属零部件的外形进行注塑(此时模具预热加热温度为80～120℃)，同时控制塑化温度为160～220℃，注射压力为60～120mpa，得到成型毛坯。[0040]此时粘结剂中表面活性剂可以有效润湿金属粉末，有效改善固体表面状态，降低粉末的表面能，促进粘结剂在粉末表面的铺展，表面活性剂在成形剂与金属粉末之间起到桥梁作用，其亲水性基团与金属粉末结合，疏水基团与成形剂结合，提高成形剂与粉末的作用效果。同时，加入表面活性剂可以减少粘结剂与金属粉末的分离，提高粘结剂在金属粉末上的包覆效果。[0041]s5、草酸脱脂：将s4中成型毛坯进行草酸脱脂作业，控制脱脂的环境温度为115～125℃，通酸时间为360～650min，进酸速度为：3.5～5.5g/min，随后将脱脂后的毛坯置于高温中烧结，控制烧结温度为1310～1320℃，并保温120～150min(烧结过程中采用氮气气氛填充)。[0042]s6、硝酸脱脂：将s4中成型毛坯进行硝酸脱脂作业，控制脱脂的环境温度为110～120℃，通酸时间为360～500min，进酸速度为：3.0～4.5g/min，随后将脱脂后的毛坯置于高温中烧结，控制烧结温度1300～1310℃，保温时间为120～150min(烧结过程中采用氮气气氛填充)。[0043]其中脱脂失重率、零件坯脱脂前后强度、烧结收缩率和烧结变形见表1。[0044]实施例2：[0045]本实施例提供一种金属注射成型用喂料，包括金属粉末、粘结剂，粘结剂包括以下重量百分比组成：共聚甲醛87.3％、高密度聚乙烯4.5％、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物2.5％、硬脂酸1.0％、石蜡2.9％、乙撑双硬脂酸酰胺1.1％、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.7％，金属粉末采用铁基合金粉末。[0046]金属注射成型用喂料的制备方法，包括以下步骤：[0047]s1、首先将金属粉末在180℃温度环境下预热，搅拌(可采用机械搅拌并控制转速为15r/min)，并保温15-20min；[0048]s2、按照重量份配比，将粘结剂的各成分混合；[0049]s3、将混合的粘结剂加入到180℃温度环境下的金属粉末中，密炼2小时，然后降温至160℃，挤出、造粒得到颗粒状的喂料。[0050]金属零部件的注塑成型方法：[0051]s4、喂料制备完成后，根据金属零部件的外形进行注塑(此时模具预热加热温度为80～120℃)，同时控制塑化温度为160～220℃，注射压力为60～120mpa，得到成型毛坯。[0052]s5、草酸脱脂：将s4中成型毛坯进行草酸脱脂作业，控制脱脂的环境温度为115～125℃，通酸时间为360～650min，进酸速度为：3.5～5.5g/min，随后将脱脂后的毛坯置于高温中烧结，控制烧结温度为1310～1320℃，并保温120～150min(烧结过程中采用氮气气氛填充)。[0053]s6、硝酸脱脂：将s4中成型毛坯进行硝酸脱脂作业，控制脱脂的环境温度为110～120℃，通酸时间为360～500min，进酸速度为：3.0～4.5g/min，随后将脱脂后的毛坯置于高温中烧结，控制烧结温度1300～1310℃，保温时间为120～150min(烧结过程中采用氮气气氛填充)。[0054]其中脱脂失重率、零件坯脱脂前后强度、烧结收缩率和烧结变形见表1。[0055]实施例3：[0056]本实施例提供一种金属注射成型用喂料，包括金属粉末、粘结剂，粘结剂按重量百分比组成如下：共聚甲醛87.4％、高密度聚乙烯4.5％、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物2.5％、硬脂酸1.2％、石蜡2.9％、乙撑双硬脂酸酰胺0.8％、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.7％，金属粉末采用铁基合金粉末。[0057]金属注射成型用喂料的制备方法，包括以下步骤：[0058]s1、首先将金属粉末在180℃温度环境下预热，搅拌(可采用机械搅拌并控制转速为15r/min)，并保温15-20min；[0059]s2、按照重量份配比，将粘结剂的各成分混合；[0060]s3、将混合的粘结剂加入到180℃温度环境下的金属粉末中，密炼2小时，然后降温至160℃，挤出、造粒得到颗粒状的喂料。[0061]金属零部件的注塑成型方法：[0062]s4、喂料制备完成后，根据金属零部件的外形进行注塑(此时模具预热加热温度为80～120℃)，同时控制塑化温度为160～220℃，注射压力为60～120mpa，得到成型毛坯。[0063]s5、草酸脱脂：将s4中成型毛坯进行草酸脱脂作业，控制脱脂的环境温度为115～125℃，通酸时间为360～650min，进酸速度为：3.5～5.5g/min，随后将脱脂后的毛坯置于高温中烧结，控制烧结温度为1310～1320℃，并保温120～150min(烧结过程中采用氮气气氛填充)。[0064]s6、硝酸脱脂：将s4中成型毛坯进行硝酸脱脂作业，控制脱脂的环境温度为110～120℃，通酸时间为360～500min，进酸速度为：3.0～4.5g/min，随后将脱脂后的毛坯置于高温中烧结，控制烧结温度1300～1310℃，保温时间为120～150min(烧结过程中采用氮气气氛填充)。[0065]其中脱脂失重率、零件坯脱脂前后强度、烧结收缩率和烧结变形见表1。[0066]实施例4：[0067]本实施例提供一种金属注射成型用喂料，包括金属粉末、粘结剂，粘结剂按重量百分比组成如下：共聚甲醛86.8％、高密度聚乙烯4.5％、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物2.5％、硬脂酸1.2％、石蜡2.9％、乙撑双硬脂酸酰胺1.4％、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.7％，金属粉末采用铁基合金粉末。[0068]金属注射成型用喂料的制备方法，包括以下步骤：[0069]s1、首先将金属粉末在180℃温度环境下预热，搅拌(可采用机械搅拌并控制转速为15r/min)，并保温15-20min；[0070]s2、按照重量份配比，将粘结剂的各成分混合；[0071]s3、将混合的粘结剂加入到180℃温度环境下的金属粉末中，密炼2小时，然后降温至160℃，挤出、造粒得到颗粒状的喂料。[0072]金属零部件的注塑成型方法：[0073]s4、喂料制备完成后，根据金属零部件的外形进行注塑(此时模具预热加热温度为80～120℃)，同时控制塑化温度为160～220℃，注射压力为60～120mpa，得到成型毛坯。[0074]s5、草酸脱脂：将s4中成型毛坯进行草酸脱脂作业，控制脱脂的环境温度为115～125℃，通酸时间为360～650min，进酸速度为：3.5～5.5g/min，随后将脱脂后的毛坯置于高温中烧结，控制烧结温度为1310～1320℃，并保温120～150min(烧结过程中采用氮气气氛填充)。[0075]s6、硝酸脱脂：将s4中成型毛坯进行硝酸脱脂作业，控制脱脂的环境温度为110～120℃，通酸时间为360～500min，进酸速度为：3.0～4.5g/min，随后将脱脂后的毛坯置于高温中烧结，控制烧结温度1300～1310℃，保温时间为120～150min(烧结过程中采用氮气气氛填充)。[0076]其中脱脂失重率、零件坯脱脂前后强度、烧结收缩率和烧结变形见表1。[0077]实施例5：[0078]本实施例提供一种金属注射成型用喂料，包括金属粉末、粘结剂，粘结剂包括以下重量百分比组成：共聚甲醛88％、高密度聚乙烯4.5％、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物2.5％、硬脂酸1.0％、石蜡2.5％、乙撑双硬脂酸酰胺0.8％、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.7％，金属粉末采用铁基合金粉末。[0079]金属注射成型用喂料的制备方法，包括以下步骤：[0080]s1、首先将金属粉末在180℃温度环境下预热，搅拌(可采用机械搅拌并控制转速为15r/min)，并保温15-20min；[0081]s2、按照重量份配比，将粘结剂的各成分混合；[0082]s3、将混合的粘结剂加入到180℃温度环境下的金属粉末中，密炼2小时，然后降温至160℃，挤出、造粒得到颗粒状的喂料。[0083]金属零部件的注塑成型方法：[0084]s4、喂料制备完成后，根据金属零部件的外形进行注塑(此时模具预热加热温度为80～120℃)，同时控制塑化温度为160～220℃，注射压力为60～120mpa，得到成型毛坯。[0085]s5、草酸脱脂：将s4中成型毛坯进行草酸脱脂作业，控制脱脂的环境温度为115～125℃，通酸时间为360～650min，进酸速度为：3.5～5.5g/min，随后将脱脂后的毛坯置于高温中烧结，控制烧结温度为1310～1320℃，并保温120～150min(烧结过程中采用氮气气氛填充)。[0086]s6、硝酸脱脂：将s4中成型毛坯进行硝酸脱脂作业，控制脱脂的环境温度为110～120℃，通酸时间为360～500min，进酸速度为：3.0～4.5g/min，随后将脱脂后的毛坯置于高温中烧结，控制烧结温度1300～1310℃，保温时间为120～150min(烧结过程中采用氮气气氛填充)。[0087]其中脱脂失重率、零件坯脱脂前后强度、烧结收缩率和烧结变形见表1。[0088]实施例6：[0089]本实施例提供一种金属注射成型用喂料，包括金属粉末、粘结剂，粘结剂包括以下重量百分比组成：共聚甲醛87.1％、高密度聚乙烯4.5％、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物2.5％、硬脂酸1.0％、石蜡3.1％、乙撑双硬脂酸酰胺1.1％、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.7％，金属粉末采用铁基合金粉末。[0090]金属注射成型用喂料的制备方法，包括以下步骤：[0091]s1、首先将金属粉末在180℃温度环境下预热，搅拌(可采用机械搅拌并控制转速为15r/min)，并保温15-20min；[0092]s2、按照重量份配比，将粘结剂的各成分混合；[0093]s3、将混合的粘结剂加入到180℃温度环境下的金属粉末中，密炼2小时，然后降温至160℃，挤出、造粒得到颗粒状的喂料。[0094]金属零部件的注塑成型方法：[0095]s4、喂料制备完成后，根据金属零部件的外形进行注塑(此时模具预热加热温度为80～120℃)，同时控制塑化温度为160～220℃，注射压力为60～120mpa，得到成型毛坯。[0096]s5、草酸脱脂：将s4中成型毛坯进行草酸脱脂作业，控制脱脂的环境温度为115～125℃，通酸时间为360～650min，进酸速度为：3.5～5.5g/min，随后将脱脂后的毛坯置于高温中烧结，控制烧结温度为1310～1320℃，并保温120～150min(烧结过程中采用氮气气氛填充)。[0097]s6、硝酸脱脂：将s4中成型毛坯进行硝酸脱脂作业，控制脱脂的环境温度为110～120℃，通酸时间为360～500min，进酸速度为：3.0～4.5g/min，随后将脱脂后的毛坯置于高温中烧结，控制烧结温度1300～1310℃，保温时间为120～150min(烧结过程中采用氮气气氛填充)。[0098]其中脱脂失重率、零件坯脱脂前后强度、烧结收缩率和烧结变形见表1。[0099]对比例1[0100]与实施例1基本相同，不同之处在于，粘结剂中不含有乙撑双硬脂酸酰胺，粘结剂各个组分质量百分含量相应增加至总和为100％。[0101]表1[0102][0103]注：1.脱脂失重率标准：硝酸失重率≥7.60％，草酸失重率≥7.50％。[0104]2.设计烧结收缩率为1.216±0.001：[0105]同时金属粉末的粒径范围在2-70um。[0106]由表1可知上述实施例1-实施例2的表面活性剂硬脂酸含量不同，实施例3-实施例4的分散剂乙撑双硬脂酸酰胺含量不同，实施例5-实施例6分散剂和润滑剂含量不同，对脱脂方式选择(硝酸脱脂或草酸脱脂)、脱脂失重率、烧结收缩率和烧结变形没有明显影响。[0107]同时对于草酸脱脂跟硝酸脱脂的脱脂失重率相差不大，不影响成型产品保形性的需要，可以满足生产需要。[0108]对比例1所列组分的粘结剂(即不含有乙撑双硬脂酸酰胺)只能用硝酸脱脂，不能用草酸脱脂(会出现烧结时明显变形的情况)，即不能同时用硝酸和草酸脱脂。本技术中采用的粘结剂可以同时使用硝酸或草酸脱脂均易脱除且脱脂后无裂纹、成型毛坯强度高，制得的产品尺寸精度高、性能和外观良好，在保证注射成型成品率和烧结产品合格率的情况下，提供了加工过程的选择可能，增加了生产制造的灵活性。[0109]以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。









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