本發(fā)明屬于粉末冶金鋁合金金屬注射成型領(lǐng)域，具體涉及外剛內(nèi)柔的金屬注射成型鋁合金產(chǎn)品及其制備方法，屬于一種功能型材料。

背景技術(shù)：

1、金屬注射成型（mim）近幾年來(lái)發(fā)展迅速，因其工藝成本低，效率高，可以定制加工復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬部件，是制造復(fù)雜的小型部件的一種重要技術(shù)。

2、鋁的密度僅為2.7g/cm3，具有很強(qiáng)的比強(qiáng)度，耐腐蝕性能強(qiáng)，可通過(guò)陽(yáng)極氧化或pvd做成各種的外觀顏色，在減重外觀件產(chǎn)品中有重要的價(jià)值，比如手機(jī)框、智能手表殼、無(wú)線耳機(jī)殼，甚至是無(wú)人機(jī)產(chǎn)品、航空航天產(chǎn)品等。然而，常規(guī)的鋁合金并不具備強(qiáng)的耐磨性，且彈性模量通常在70-80?gpa，抵抗彈性變形的能力相對(duì)鋼鐵等常見(jiàn)金屬來(lái)說(shuō)是比較低的。在日常使用中，鋁合金金屬注射成型產(chǎn)品容易受到磕碰而變形，限制了應(yīng)用范圍。

3、金屬基復(fù)合材料（metal?matrix?composite，簡(jiǎn)稱mmc）是以金屬及其合金為基體，與一種或幾種非金屬增強(qiáng)相人工合成的復(fù)合材料，其增強(qiáng)材料大多為無(wú)機(jī)非金屬，如氧化物陶瓷、碳化鎢陶瓷、碳、金屬纖維等。鋁基復(fù)合材料中，通過(guò)選擇合適的增強(qiáng)相，制備的材料具有輕量高強(qiáng)高模量的優(yōu)點(diǎn)，例如常用的增強(qiáng)相有碳化硅（sic）、碳化鈦（tic）、氧化鋁（al2o3），也可使用價(jià)格較高的金剛石（c）、立方氮化硼（cbn）等。上述增強(qiáng)相硬度高，彈性模量高，與鋁合金一起制作成復(fù)合材料，既有鋁合金的輕量化、耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，又有增強(qiáng)相彈性模量高、耐磨、硬度高的特點(diǎn)，是比較理想的材料。

4、在鋁合金注射成型的常見(jiàn)產(chǎn)品中，盡管注射成型是近凈成形的一項(xiàng)工藝，但也存在一些需要機(jī)加工的區(qū)域，比如螺紋孔、微孔等。然而，鋁基復(fù)合材料中的增強(qiáng)相硬度高，又增加了機(jī)加工的難度，甚至是帶來(lái)高昂的機(jī)加工代價(jià)。比如使用金剛石或者立方氮化硼做增強(qiáng)相，普通的車銑鉆幾乎不可能，使用電火花加工成本太高。常見(jiàn)的手機(jī)框、智能表殼、無(wú)線耳機(jī)殼等產(chǎn)品，外表面結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、光滑，可以mim成型無(wú)需額外機(jī)加工；但是內(nèi)表面的螺紋孔、微孔等結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行一定的機(jī)加工。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種外剛內(nèi)柔的金屬注射成型鋁合金產(chǎn)品及其制備方法，整體產(chǎn)品具體外剛內(nèi)柔的特點(diǎn)，從而產(chǎn)品外表面具有硬度高、防磕碰的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)內(nèi)表面也可以進(jìn)行普通的機(jī)加工。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種外剛內(nèi)柔的金屬注射成型鋁合金產(chǎn)品，包括連接在一起的內(nèi)層結(jié)構(gòu)和外層結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)層結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為鋁合金，所述外層結(jié)構(gòu)的材質(zhì)為鋁合金和增強(qiáng)相的復(fù)合材料；所述內(nèi)層結(jié)構(gòu)中的鋁合金與外層結(jié)構(gòu)中的鋁合金成分相同。

4、優(yōu)選的，所述鋁合金為6系鋁合金、7系鋁合金、2系鋁合金或al-mg-cu合金。

5、優(yōu)選的，所述鋁合金中包含0.1wt%-10?wt%的金屬錫。

6、優(yōu)選的，所述增強(qiáng)相為氧化鋁、碳化硅、碳化鈦、碳化鎢、碳化鋯、碳化釩、氮化鈦、氮化鉭、立方氮化硼和金剛石中的一種或多種。

7、優(yōu)選的，所述外層結(jié)構(gòu)中，增強(qiáng)相的體積占比為1%-30%。

8、本發(fā)明所述的外剛內(nèi)柔的金屬注射成型鋁合金產(chǎn)品的制備方法，有三種方案，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

9、方案一，包括以下步驟：

10、s01，將鋁合金粉末與粘結(jié)劑混合制成喂料，記作a粉；將鋁合金粉末、增強(qiáng)相粉末與粘結(jié)劑混合制成喂料，記作b粉；

11、s02，將b粉進(jìn)行注射成型，得到外層結(jié)構(gòu)生坯，將外層結(jié)構(gòu)生坯置于模具中，將a粉進(jìn)行注射成型至所述裝有外層結(jié)構(gòu)生坯的模具中，得到內(nèi)層結(jié)構(gòu)生坯，外層結(jié)構(gòu)生坯和內(nèi)層結(jié)構(gòu)生坯粘結(jié)為整體，得到生坯；或者，將a粉進(jìn)行注射成型，得到內(nèi)層結(jié)構(gòu)生坯，將內(nèi)層結(jié)構(gòu)生坯置于模具中，將b粉進(jìn)行注射成型至所述裝有內(nèi)層結(jié)構(gòu)生坯的模具中，得到外層結(jié)構(gòu)生坯，外層結(jié)構(gòu)生坯和內(nèi)層結(jié)構(gòu)生坯粘結(jié)為整體，得到生坯；

12、s03，將生坯進(jìn)行脫脂處理，得到棕坯；

13、s04，將棕坯進(jìn)行燒結(jié)處理，得到外剛內(nèi)柔的金屬注射成型鋁合金產(chǎn)品。

14、方案二，包括以下步驟：

15、s11，將鋁合金粉末與粘結(jié)劑混合制成喂料，記作a粉；將鋁合金粉末、增強(qiáng)相粉末與粘結(jié)劑混合制成喂料，記作b粉；

16、s12，將a粉進(jìn)行注射成型，得到內(nèi)層結(jié)構(gòu)生坯；將b粉進(jìn)行注射成型，得到外層結(jié)構(gòu)生坯；

17、s13，將內(nèi)層結(jié)構(gòu)生坯和外層結(jié)構(gòu)生坯組合在一起，并進(jìn)行脫脂處理，得到棕坯；

18、s14，將棕坯進(jìn)行燒結(jié)處理，得到外剛內(nèi)柔的金屬注射成型鋁合金產(chǎn)品。

19、優(yōu)選的，s13中，脫脂處理為催化脫脂或者熱脫脂。

20、方案三，包括以下步驟：

21、s21，將鋁合金粉末與粘結(jié)劑混合制成喂料，記作a粉；將鋁合金粉末、增強(qiáng)相粉末與粘結(jié)劑混合制成喂料，記作b粉；

22、s22，將a粉進(jìn)行注射成型，得到內(nèi)層結(jié)構(gòu)生坯；將b粉進(jìn)行注射成型，得到外層結(jié)構(gòu)生坯；

23、s23，將內(nèi)層結(jié)構(gòu)生坯進(jìn)行脫脂處理和燒結(jié)，得到內(nèi)層結(jié)構(gòu)；將外層結(jié)構(gòu)生坯進(jìn)行脫脂處理和燒結(jié)，得到外層結(jié)構(gòu)；

24、s24，將內(nèi)層結(jié)構(gòu)和外層結(jié)構(gòu)組合并焊接在一起。

25、上述方案中，粘結(jié)劑包括聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛和聚乙二醇；或者，所述粘結(jié)劑包括石蠟、硬脂酸、聚甲醛和乙二酸二甲酯。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

27、本發(fā)明提供的外剛內(nèi)柔的金屬注射成型鋁合金產(chǎn)品，外層結(jié)構(gòu)使用含增強(qiáng)相的鋁基復(fù)合材料，內(nèi)層結(jié)構(gòu)使用常規(guī)的鋁合金，內(nèi)外層鋁合金基體為同一種材料，如此可保證內(nèi)外層燒結(jié)時(shí)相似的收縮率并且能結(jié)合在一起。外層結(jié)構(gòu)具有剛性特點(diǎn)，內(nèi)層結(jié)構(gòu)具有柔性特點(diǎn)，因此，整體產(chǎn)品具體外剛內(nèi)柔的特點(diǎn)，從而產(chǎn)品外表面具有硬度高、防磕碰的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)內(nèi)表面也可以進(jìn)行普通的機(jī)加工。

28、進(jìn)一步的，在鋁合金金屬注射成型中，鋁合金配方中需添加金屬錫，降低熔點(diǎn)促進(jìn)燒結(jié)，減緩aln的生成速度等，這對(duì)鋁合金金屬注射成型得到高密度產(chǎn)品至關(guān)重要。

29、本發(fā)明外剛內(nèi)柔的金屬注射成型鋁合金產(chǎn)品的制備方法，內(nèi)層結(jié)構(gòu)和外層結(jié)構(gòu)均采用注射成型方法，因此產(chǎn)品具備常規(guī)金屬注射成型的特點(diǎn)，包括可成型復(fù)雜的產(chǎn)品零部件。同時(shí)，針對(duì)市場(chǎng)常見(jiàn)產(chǎn)品，本發(fā)明給出了三種不同的外剛內(nèi)柔產(chǎn)品生產(chǎn)方案。方案一中，將外層結(jié)構(gòu)與內(nèi)層結(jié)構(gòu)整體注射成型，大部分產(chǎn)品均可采用此方案，也是優(yōu)先考慮的方案。如果產(chǎn)品存在薄壁結(jié)構(gòu)，或者細(xì)長(zhǎng)件，如本發(fā)明實(shí)例二中的手機(jī)中框，需要采用方案二。這是因?yàn)橥鈱咏Y(jié)構(gòu)與內(nèi)層結(jié)構(gòu)材料燒結(jié)收縮率存在輕微差異，在薄壁或者細(xì)長(zhǎng)件產(chǎn)品中這種輕微的燒結(jié)收縮率的不一致會(huì)造成產(chǎn)品翹曲。在燒結(jié)過(guò)程中，孔隙率的降低、密度的提高主要的驅(qū)動(dòng)力是表面能的降低，而燒結(jié)焊接主要是以擴(kuò)散為主。在方案二中，燒結(jié)時(shí)主要的變化是外層結(jié)構(gòu)和內(nèi)層結(jié)構(gòu)先各自致密，再燒結(jié)焊接在一起（實(shí)際是同時(shí)發(fā)生的，但前期先以致密為主，后期以擴(kuò)散為主），這樣可避免因燒結(jié)變化率的差異產(chǎn)生較大的變形。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)產(chǎn)品較大時(shí)，就不適合用金屬注射工藝。一般說(shuō)金屬注射成型產(chǎn)品小于200g。本發(fā)明想進(jìn)一步拓展金屬注射成型的適用范圍，比如有些齒輪、帶輪等重量較大，而且對(duì)接觸面力學(xué)性能要求高，因此提出方案三，通過(guò)成型外層結(jié)構(gòu)和內(nèi)層結(jié)構(gòu)，分別對(duì)其燒結(jié)致密，然后再采用釬焊的辦法焊接在一起，如此，可制作重量稍微重一些的產(chǎn)品。因此，本發(fā)明制備方法適用范圍非常廣。