本發(fā)明涉及金屬成型領(lǐng)域，具體而言，涉及一種用于金屬注射成型的喂料及其制備方法。
背景技術(shù)：
金屬注射成型(Metal Injection Molding，簡稱MIM)由塑料注射成型引伸而來，金屬注射成型技術(shù)與塑料注射成型技術(shù)同樣具備一次性成型復(fù)雜形狀制品、產(chǎn)品尺寸精度高和無需機(jī)械加工或只需微量加工等優(yōu)點(diǎn)。同時，金屬注射成型技術(shù)還克服了傳統(tǒng)塑料成型技術(shù)中制品強(qiáng)度不高的缺點(diǎn)。
金屬注射成型通常包括喂料的制備、注射成型、脫脂和燒結(jié)等步驟。喂料的制備是十分重要的一環(huán)，喂料通常由金屬粉末和粘結(jié)劑捏合而成，其中粘結(jié)劑的組分構(gòu)成尤為關(guān)鍵，直接影響著混合、注射成型、脫脂等工序，對注射成型坯的質(zhì)量、脫脂及尺寸精度、合金成分等有很大的影響。好的粘結(jié)劑需要具備良好的流動性和強(qiáng)度，并且在后續(xù)工序中能夠十分方便的脫去，不影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和構(gòu)成。目前來看，市售的用于金屬注射成型的喂料都掌握在國外的大公司手上，制約著國內(nèi)該行業(yè)的快速發(fā)展，研究并開發(fā)用于金屬注射成型的喂料十分必要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種用于金屬注射成型的喂料，其流動性良好，容易注射成型，成型后得到的注射坯具有足夠的強(qiáng)度，喂料中的粘結(jié)劑易于脫除，不會影響最終產(chǎn)品的質(zhì)量和組成。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于金屬注射成型的喂料的制備方法，其操作簡單方便，能夠高效地得到所需的用于金屬注射成型的喂料，得到的喂料分布均勻、流動性好。
本發(fā)明的實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的：
一種用于金屬注射成型的喂料，由金屬粉末和粘結(jié)劑混合制成，其中，粘結(jié)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.2～10.5％，金屬粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為89.5～90.8％，金屬粉末的激光粒度分布D90為18-30μm；按重量份數(shù)計(jì)，粘結(jié)劑包括聚甲醛75～85份，高分子聚合物6～12份，增塑劑3～8份，表面活性劑0.5～1.5份，相容劑1～5份和潤滑劑1～5份。
一種上述用于金屬注射成型的喂料的制備方法，包括：將聚甲醛、高分子聚合物、相容劑、增塑劑、表面活性劑和潤滑劑于150～200℃混合均勻后得到粘結(jié)劑；再將粘結(jié)劑和金屬粉末混合制得喂料。
本發(fā)明實(shí)施例的有益效果是：本發(fā)明提供的一種用于金屬注射成型的喂料，粘結(jié)劑和金屬粉末的比例適當(dāng)，配合金屬粉末合適的粒度，能夠保證喂料的分布均勻、流動性優(yōu)異。喂料的粘結(jié)劑采用聚甲醛作為基底，在后續(xù)脫脂中能夠用酸催化脫除，脫除迅速而且脫脂率高。選用的高分子聚合物增強(qiáng)了注射坯的強(qiáng)度，使其在成型過程中不發(fā)生變形。而相容劑、增塑劑、表面活性劑和潤滑劑則從多方面對粘結(jié)劑進(jìn)行改性，各組分互相配合之下，在保證喂料流動性的同時也保有了足夠的強(qiáng)度，得到的產(chǎn)品尺寸精度高、雜質(zhì)含量少。本發(fā)明提供的一種用于金屬注射成型的喂料，操作簡便，能高效地得到均勻的喂料并且不對喂料中各種成分造成破壞，很好的保障了喂料的使用效果。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
下面對本發(fā)明實(shí)施例的一種用于金屬注射成型的喂料及其制備方法進(jìn)行具體說明。
一種用于金屬注射成型的喂料，由金屬粉末和粘結(jié)劑混合制成，其中，粘結(jié)劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為9.2～10.5％，金屬粉末的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為89.5～90.8％，金屬粉末的激光粒度分布D90為18-30μm；按重量份數(shù)計(jì)，粘結(jié)劑包括聚甲醛75～85份，高分子聚合物6～12份，增塑劑3～8份，表面活性劑0.5～1.5份，相容劑1～5份和潤滑劑1～5份。
進(jìn)一步地，在本發(fā)明其它較佳實(shí)施例中，按重量份數(shù)計(jì)，粘結(jié)劑包括聚甲醛78～83份，高分子聚合物8～12份，增塑劑5～8份，表面活性劑0.5～1份，相容劑1～3份和潤滑劑1～3份。
進(jìn)一步地，在本發(fā)明其它較佳實(shí)施例中，高分子聚合物為聚乙烯、聚丙烯和無規(guī)共聚聚乙烯中的至少一種，聚甲醛為均聚甲醛和共聚甲醛中的至少一種。聚甲醛在170℃左右開始融化，其熱解溫度接近300℃，能夠滿足常規(guī)的混料要求。聚甲醛在后續(xù)處理中可以用酸催化脫脂，脫脂速度快、脫脂率高。而高分子聚合物則是在催化脫脂后的注射坯中起支撐作用，保持注射坯形狀，因此必須在有足夠的強(qiáng)度的同時，還要有一定的耐酸性，而且為了后續(xù)預(yù)燒結(jié)中能夠方便的脫去，所選的高分子聚合物還必須具備熱塑性。
進(jìn)一步地，在本發(fā)明其它較佳實(shí)施例中，增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯和鄰苯二甲酸二丁酯中的至少一種。增塑劑可以改變粘結(jié)劑的流動性，利于注射過程的順利進(jìn)行。
進(jìn)一步地，在本發(fā)明其它較佳實(shí)施例中，表面活性劑為硬脂酸鋅。表面活性劑可以加強(qiáng)金屬粉末和粘結(jié)劑之間的相互作用，讓喂料混合得更加均勻，表面活性劑多為硬脂酸一類試劑，但為了避免聚甲醛在酸性條件下分解，而采用硬脂酸鹽，具體為硬脂酸鋅。
進(jìn)一步地，在本發(fā)明其它較佳實(shí)施例中，相容劑為乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯丙烯酸共聚物和丙烯酸酯共聚物的至少一種。相容劑的主要作用是讓聚甲醛和高分子聚合物能夠更好的混溶，避免粘結(jié)劑在注射時產(chǎn)生相分離。這類相容劑一般含有與聚甲醛相似的碳氧鍵和與高分子聚合物相似的脂肪鏈來起到過渡的作用。
進(jìn)一步地，在本發(fā)明其它較佳實(shí)施例中，潤滑劑包括石蠟、蜂蠟、茶油和花生油中的至少一種。潤滑劑多為一些小分子填充物，可以在粘合劑中的聚合物分子間作為填充并起到潤滑的作用，增加粘合劑的流動性。
一種上述用于金屬注射成型的喂料的制備方法，包括：將聚甲醛、高分子聚合物、相容劑、增塑劑、表面活性劑和潤滑劑于150～200℃混合均勻后得到粘結(jié)劑；再將粘結(jié)劑和金屬粉末混合制得喂料。
進(jìn)一步地，在本發(fā)明其它較佳實(shí)施例中，將聚甲醛、高分子聚合物、相容劑于195～200℃的真空環(huán)境下混合均勻得到混合料，降溫至150～160℃，向混合料中加入增塑劑、表面活性劑、潤滑劑混合均勻后得到粘結(jié)劑。先在195～200℃下混合，可以保證混合溫度在各高分子組分的熔點(diǎn)之上，讓高分子組分能夠充分熔化并混合均勻，再降至150～160℃加入小分子組分，可以盡量避免小分子組分在高溫下被破壞。
進(jìn)一步地，在本發(fā)明其它較佳實(shí)施例中，將金屬粉末預(yù)熱到150～160℃，向預(yù)熱后的金屬粉末中加入粘結(jié)劑，保持150～160℃捏合2～3h，再經(jīng)擠出并破碎后，得到喂料。將金屬粉末預(yù)熱到與粘合劑相當(dāng)?shù)臏囟仍谟谡澈蟿┗旌?，可以防止粘結(jié)劑由于溫度變化過大而造成塑性降低從而混料不均的情況出現(xiàn)，以獲得跟均勻的喂料。
進(jìn)一步地，在本發(fā)明的其它較佳實(shí)施例中，還包括將捏合完成的喂料擠出并冷卻后切割成顆粒料，以方便注射成型時使用。
以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的特征和性能作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
實(shí)施例1
本實(shí)施例提供一種用于金屬注射成型的喂料，由以下步驟制得：
將75kg均聚甲醛、8kg聚乙烯、3kg乙烯丙烯酸共聚物加入到真空攪拌機(jī)中，于200℃的真空環(huán)境下混合均勻得到混合料，降溫至160℃，向混合料中加入5kg鄰苯二甲酸二辛酯、0.5kg硬脂酸鋅、4kg石蠟混合均勻后得到粘結(jié)劑。
將943kg金屬粉末加入捏合機(jī)中并預(yù)熱到160℃，向預(yù)熱后的金屬粉末中加入上述粘結(jié)劑，保持160℃捏合2h，用擠料機(jī)擠出成條，并破碎成顆粒狀，得到喂料。
實(shí)施例2
本實(shí)施例提供一種用于金屬注射成型的喂料，由以下步驟制得：
將78kg均聚甲醛、10kg聚乙烯、2kg乙烯-醋酸乙烯共聚物加入到真空攪拌機(jī)中，于200℃的真空環(huán)境下混合均勻得到混合料，降溫至160℃，向混合料中加入6kg鄰苯二甲酸二辛酯、1kg硬脂酸鋅、1kg石蠟混合均勻后得到粘結(jié)劑。
將934kg金屬粉末加入捏合機(jī)中并預(yù)熱到160℃，向預(yù)熱后的金屬粉末中加入上述粘結(jié)劑，保持160℃捏合2h，用擠料機(jī)擠出成條，并破碎成顆粒狀，得到喂料。
實(shí)施例3
本實(shí)施例提供一種用于金屬注射成型的喂料及其制備方法，由以下步驟制得：
將80kg均聚甲醛、7kg聚丙烯、3kg乙烯丙烯酸共聚物加入到真空攪拌機(jī)中，于200℃的真空環(huán)境下混合均勻得到混合料，降溫至160℃，向混合料中加入5kg鄰苯二甲酸二辛酯、1kg硬脂酸鋅、3kg石蠟混合均勻后得到粘結(jié)劑。
將922kg金屬粉末加入捏合機(jī)中并預(yù)熱到160℃，向預(yù)熱后的金屬粉末中加入上述粘結(jié)劑，保持160℃捏合2h，用擠料機(jī)擠出成條，并破碎成顆粒狀，得到喂料。
實(shí)施例4
本實(shí)施例提供一種用于金屬注射成型的喂料及其制備方法，由以下步驟制得：
將85kg均聚甲醛、12kg聚乙烯、1kg丙烯酸酯共聚物加入到真空攪拌機(jī)中，于195℃的真空環(huán)境下混合均勻得到混合料，降溫至160℃，向混合料中加入4kg鄰苯二甲酸二辛酯、1.5kg硬脂酸鋅、1kg花生油混合均勻后得到粘結(jié)劑。
將1019kg金屬粉末加入捏合機(jī)中并預(yù)熱到160℃，向預(yù)熱后的金屬粉末中加入上述粘結(jié)劑，保持160℃捏合2h，用擠料機(jī)擠出成條，并破碎成顆粒狀，得到喂料。
實(shí)施例5
本實(shí)施例提供一種用于金屬注射成型的喂料及其制備方法，由以下步驟制得：
將83kg均聚甲醛、6kg聚丙烯、2kg丙烯酸酯共聚物加入到真空攪拌機(jī)中，于200℃的真空環(huán)境下混合均勻得到混合料，降溫至150℃，向混合料中加入8kg鄰苯二甲酸二丁酯、0.5kg硬脂酸鋅、3kg蜂蠟混合均勻后得到粘結(jié)劑。
將912kg金屬粉末加入捏合機(jī)中并預(yù)熱到160℃，向預(yù)熱后的金屬粉末中加入上述粘結(jié)劑，保持160℃捏合2h，用擠料機(jī)擠出成條，并破碎成顆粒狀，得到喂料。
實(shí)施例6
本實(shí)施例提供一種用于金屬注射成型的喂料及其制備方法，由以下步驟制得：
將77kg均聚甲醛、10kg無規(guī)共聚聚乙烯、3kg乙烯-醋酸乙烯共聚物加入到真空攪拌機(jī)中，于195℃的真空環(huán)境下混合均勻得到混合料，降溫至150℃，向混合料中加入3kg鄰苯二甲酸二丁酯、0.5kg硬脂酸鋅、5kg蜂蠟混合均勻后得到粘結(jié)劑。
將840kg金屬粉末加入捏合機(jī)中并預(yù)熱到160℃，向預(yù)熱后的金屬粉末中加入上述粘結(jié)劑，保持160℃捏合2h，用擠料機(jī)擠出成條，并破碎成顆粒狀，得到喂料。
實(shí)施例7
本實(shí)施例提供一種用于金屬注射成型的喂料及其制備方法，由以下步驟制得：
將81kg均聚甲醛、9kg無規(guī)共聚聚乙烯、5kg乙烯-醋酸乙烯共聚物加入到真空攪拌機(jī)中，于200℃的真空環(huán)境下混合均勻得到混合料，降溫至160℃，向混合料中加入5kg鄰苯二甲酸二丁酯、1.5kg硬脂酸鋅、2kg茶油混合均勻后得到粘結(jié)劑。
將901kg金屬粉末加入捏合機(jī)中并預(yù)熱到160℃，向預(yù)熱后的金屬粉末中加入上述粘結(jié)劑，保持160℃捏合2h，用擠料機(jī)擠出成條，并破碎成顆粒狀，得到喂料。
試驗(yàn)例
取適量實(shí)施例1～7所提供的用于金屬注射成型的喂料，用立式注射劑于160℃下注射成型，并在催化脫脂爐中于120℃下用硝酸進(jìn)行催化脫脂6h，然后于1300℃下進(jìn)行預(yù)燒結(jié)，并升溫至2400℃燒結(jié)制得長約為40mm、寬約為30mm、高約為5mm的立方體試驗(yàn)樣本，并進(jìn)行如下測試：
1.用游標(biāo)卡尺精確測量試驗(yàn)樣本的長、寬和高，并與標(biāo)準(zhǔn)樣進(jìn)行比對，通過下式進(jìn)行計(jì)算：A＝|a-a0|/a0，B＝|b-b0|/b0，C＝|c-c0|/c0；其中，A、B、C分別為長度誤差、寬度誤差和高度誤差，a、b、c分別為試驗(yàn)樣本的長、寬和高，a0、b0、c0的具體值分別為40mm，30mm和5mm，計(jì)算結(jié)果如表1所示；
2.用天平稱量脫脂前注射坯的質(zhì)量和脫脂并干燥后的注射坯的質(zhì)量，通過下式計(jì)算脫脂率：D＝(m1-m2)/m0；其中，D為脫脂率，m1為脫脂前注射坯的質(zhì)量，m2為脫脂并干燥后的注射坯，m0為所使用的粘合劑的質(zhì)量，計(jì)算結(jié)果如表1所示；
3.用游標(biāo)卡尺測量燒結(jié)前的注射坯的長、寬和高，通過下式計(jì)算收縮率：α＝a/a1，β＝b/b1，γ＝c/c1；其中，α、β、γ分別為長度收縮率、寬度收縮率和高度收縮率，a、b、c分別為試驗(yàn)樣本的長、寬和高，a1、b1、c1分別為燒結(jié)前的注射坯的長、寬和高，計(jì)算結(jié)果如表1所示。
表1實(shí)施例1～7所提供的喂料的注射成型效果測試
由表1可以看出，采用本實(shí)施例1～7所提供的用于金屬注射成型的喂料所制備的試驗(yàn)樣本尺寸誤差不超過1.3％，具有很高的尺寸精度。該喂料在催化脫脂步驟中，6h內(nèi)聚甲醛的脫脂率最高達(dá)到92％，脫除速度快，脫脂率高。在后續(xù)燒結(jié)步驟中，收縮率84％～88％之間，獲得的試驗(yàn)樣本密度和力學(xué)強(qiáng)度都非常優(yōu)異。
綜上所述，本發(fā)明提供的一種用于金屬注射成型的喂料，粘結(jié)劑和金屬粉末的比例適當(dāng)，配合金屬粉末合適的粒度，能夠保證喂料的分布均勻、流動性優(yōu)異。喂料的粘結(jié)劑采用聚甲醛作為基底，在后續(xù)脫脂中能夠用酸催化脫除，脫除迅速而且脫脂率高。選用的高分子聚合物增強(qiáng)了注射坯的強(qiáng)度，使其在成型過程中不發(fā)生變形。而相容劑、增塑劑、表面活性劑和潤滑劑則從多方面對粘結(jié)劑進(jìn)行改性，各組分互相配合之下，在保證喂料流動性的同時也保有了足夠的強(qiáng)度，得到的產(chǎn)品尺寸精度高、不變形、雜質(zhì)含量少。本發(fā)明提供的一種用于金屬注射成型的喂料，操作簡便，能高效地得到均勻的喂料并且不對喂料中各種成分造成破壞，很好的保障了喂料的使用效果。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。