一種金屬粉末注射成形用蠟基粘結(jié)劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種金屬粉末注射成形用蠟基粘結(jié)劑，屬于金屬粉末注射成形技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬粉末注射成形（簡稱MM)技術(shù)，是集塑料注塑成形工藝學(xué)、高分子化學(xué)、粉末 冶金工藝學(xué)和金屬材料學(xué)等多學(xué)科相互滲透交叉的產(chǎn)物，利用模具可注射成形坯件并通過 燒結(jié)快速制造高密度、高精度、高強度、三維復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)零件，尤其是一些形狀復(fù)雜利 用機械加工等工藝方法加工或難以加工的小型零件，MIM技術(shù)可以輕松完成。MIM具有成本 低、效率高、一致性好等優(yōu)點，易形成批量生產(chǎn)，被譽為"當今最為熱門的零部件成形技術(shù)"。
[0003] 上世紀90年代前后，我國有關(guān)科研單位和高等院校就相繼申請立項科研，開始了 MIM技術(shù)的開發(fā)研宄。20多年以來，我國科研人員獨立自主開發(fā)技術(shù)，白手起家創(chuàng)造條件， 先后經(jīng)過了基礎(chǔ)技術(shù)研宄、工程化開發(fā)研宄和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展三個不同的階段，陸續(xù)攻克了粘 結(jié)劑體系的制備與脫粘技術(shù)、喂料流動特性與注射成形技術(shù)、材料燒結(jié)理論與工藝控制技 術(shù)、不同制品的設(shè)計與開發(fā)技術(shù)、產(chǎn)品性能與工藝特性的表征技術(shù)等一系列關(guān)鍵技術(shù)。以中 南大學(xué)為代表研宄出了一種由PW-HDPE-EVA-SA組成的粘結(jié)劑，但是這種成份的粘結(jié)劑只 適用于機構(gòu)相對簡單、規(guī)則的產(chǎn)品來使用。后來，隨著金屬粉末注射成形技術(shù)在制造業(yè)得到 認可和重視，以軍工產(chǎn)品為代表的三維結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積小、性能要求高的產(chǎn)品采用了金屬粉 末注射成形生產(chǎn)工藝。在生產(chǎn)這類產(chǎn)品的時候，原有的蠟基粘結(jié)劑體系就顯現(xiàn)出了一些缺 陷。如各組分之間相容性不好，容易產(chǎn)生相分離，注射成形過程中容易產(chǎn)生縮孔等種種內(nèi)部 缺陷；粉末裝載量不高，導(dǎo)致了收縮比大進而導(dǎo)致產(chǎn)品變形大；脫除工藝生產(chǎn)效率低缺點。
[0004] 關(guān)于金屬粉末注射成形喂料中使用的粘結(jié)劑特性，國內(nèi)外有專門的機構(gòu)進行了研 宄并發(fā)表了論文或著作。如：中南大學(xué)梁叔全、黃伯云編寫的《粉末注射成形流變學(xué)》;李益 民、曲選輝、毛精英等發(fā)表的《MIM注射成形物料粘度與流變行為研宄》；許元澤翻譯的范德 雷，維綸著《聚合物性質(zhì)一性能的結(jié)算及其化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)系》等。
[0005] 粉末與粘結(jié)劑及助劑分子的相互作用是兩種，一種是物理相互作用，起因是固體 表面的粗糙、凹凸不同處，容吸部分尺寸較小的粘結(jié)劑分子或者助劑分子；一種是物理化學(xué) 作用，起因于固體表面的未飽和化學(xué)鍵與粘結(jié)劑分子中的某些集團發(fā)生物理化學(xué)作用，而 將粘結(jié)劑或者助劑分子錨固在顆粒表面。在這兩種相互作用下，使得粘結(jié)劑與粉末不至于 分開，但是由于聚合物加入量與潤滑劑量不協(xié)調(diào)時還會產(chǎn)生一種分層作用，很難相溶，這樣 的喂料使用起來就會有注射缺陷。德國的BASF公司另外生產(chǎn)了一種催化脫粘體系的喂料， 曾經(jīng)很好的解決了這個問題，但是這種喂料不適合于鎳鈷基產(chǎn)品的生產(chǎn)，因此，上述問題一 直困擾著國內(nèi)的金屬粉末注射成形從業(yè)人員。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對于原有的金屬粉末注射成形用蠟基粘結(jié)劑體系中的不足，本發(fā)明提供了一種 金屬粉末注射成形用蠟基粘結(jié)劑。該粘結(jié)劑具有各組分之間相容性要好，不易產(chǎn)生相分離； 易于成形、易于脫除、無污染、無毒性等優(yōu)點，尤其適用于金屬粉末注射成形鎳鈷基產(chǎn)品的 生產(chǎn)中。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種金屬粉末注射成形用蠟基粘結(jié)劑，其特征是，其組分 及其重量比為：石蠟10-15%，E蠟30-45%，聚甲基丙烯酸甲酯模塑粉（PMMA) 5-10%，乙 烯-醋酸乙烯共聚物（EVA) 3-8%，高密度聚乙烯（HDPE) 35-45%，硬脂酸（SA) 1-4%，抗氧化 劑 BHT 0· 5-1. 5%。
[0008] 優(yōu)選配比（重量比）：石蠟12%，E蠟34%，聚甲基丙烯酸甲酯模塑粉5%，乙 烯-醋酸乙烯共聚物5 %，高密度聚乙烯40 %，硬脂酸3 %，抗氧化劑BHT 1 %。
[0009] 上述賭基粘合劑進一步制備賭基喂料，包括以下步驟：
[0010] (1)首先將金屬粉末放入混料設(shè)備中；
[0011] ⑵然后將稱量好的石蠟、E蠟、乙烯-醋酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯、硬質(zhì)酸、抗 氧化劑BHT -起放入混料設(shè)備中，啟動混料設(shè)備，將物料混合均勻；
[0012] (3)將聚甲基丙烯酸甲酯模塑粉溶入丙酮中；然后將溶好的聚甲基丙烯酸甲酯模 塑粉放入混料設(shè)備中，再進行混料作業(yè)，直至粘結(jié)劑完全融化，并保溫8-12min ;
[0013] (4)放料，冷卻后進彳丁造粒，喂料制作完成。粘結(jié)劑的質(zhì)量比例占賭基喂料總質(zhì)量 比例的7-8%。
[0014] 備注：丙酮的用量為能溶解聚甲基丙烯酸甲酯模塑粉即可。
[0015] 本發(fā)明粘結(jié)劑體系中，E蠟是一種硬性部分皂化蒙旦酯蠟，對溶劑具有極強的保持 力，亦可用作塑料成型加工過程中的潤滑劑提高擠壓成形速度，增大模具流量，脫模便利。 抗氧化劑BHT的加入防止粉末或粘結(jié)劑各組分的氧化和分解；同時保留了原有體系中硬脂 酸，硬脂酸在粘結(jié)劑和粉末顆粒之間起到橋接作用，防止兩項分離，保證喂料混料均勻。本 發(fā)明中粘結(jié)劑的成分高熔點與低熔點組分均由多種組分構(gòu)成。在低熔點組分的設(shè)計上，石 蠟具有良好的潤濕性能，E蠟成形冷卻后又具有很好的硬度；高熔點組分聚甲基丙烯酸甲 酯模塑粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物和高密度聚乙烯各組分相容性好，且各組分的分解溫度 存在差異，有利于分步驟脫除，同時滿足毛坯保形性的要求。
[0016] 本發(fā)明的有益效果是：與傳統(tǒng)的PW-HDPE-EVA-SA蠟基粘結(jié)劑相比，本發(fā)明的粘結(jié) 劑體系成份為石蠟+E蠟+PMMA+EVA+HDPE+SA+BTH。相對于原體系，本發(fā)明粘結(jié)劑具有以下 良好性能：1、粘結(jié)劑各組分相容性好，不會出現(xiàn)粉末偏聚以及粘結(jié)劑與粉末兩項分離的現(xiàn) 象；2、流動性好，溫度對黏度影響小，冷卻時黏度能夠迅速變化，冷卻后堅固穩(wěn)定；3、與粉 末黏接性能好，沒有化學(xué)反應(yīng)；混合與注射過程中性能穩(wěn)定；4、脫脂性好，不同組分具有不 同的性能，最終產(chǎn)品無毒，分解溫度高于注射溫度；5、生產(chǎn)成本低，對環(huán)境無污染，具有很好 的潤滑性能?，F(xiàn)在已經(jīng)很成熟的應(yīng)用到金屬粉末注射成形鎳鈷基產(chǎn)品的生產(chǎn)中。
【附圖說明】
[0017] 圖1為加工的軍工產(chǎn)品的照片，從圖1可以看出：該軍工產(chǎn)品的三維結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝 配精度要求高。
【具體實施方式】
[0018] 實施例1 :
[0019] 本發(fā)明粘結(jié)劑配比（重量比）：石蠟12%，E蠟34%，聚甲基丙烯酸甲酯模塑粉 (PMMA372模塑粉）5 %，乙烯-醋酸乙烯共聚物5 %，高密度聚乙烯40 %，硬脂酸3 %，抗氧化 劑 BHT 1%。
[0020] 蠟基喂料制備方法：首先將稱量并混合好的金屬粉末放入混料設(shè)備中，然后將稱 量好的石蠟、E蠟、乙烯-醋酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯、硬質(zhì)酸和抗氧化劑BHT -起放入 混料設(shè)備中，啟動混料設(shè)備進行混料作業(yè)。5min后將聚甲基丙烯酸甲酯模塑粉溶入丙酮中， 將溶好的聚甲基丙烯酸甲酯模塑粉放入混料設(shè)備中，再進行混料作業(yè)，直至粘結(jié)劑完全融 化，并保溫lOmin。進入放料作業(yè)，冷卻后進行造粒，喂料制作完成。粘結(jié)劑的質(zhì)量比例占總 質(zhì)量比例的7. 8%。
[0021] 對比例：（PW-HDPE-EVA-SA)
[0022] 配比（重量比）：石蠟：59%，高密度聚乙烯：35%，乙烯-醋酸乙烯共聚物：5%，硬 脂fe : 1 %。
[0023] 蠟基喂料制備方法：首先將稱量并混合好的金屬粉末放入混料設(shè)備中；然后將稱 量好的石蠟、乙烯-醋酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯和硬質(zhì)酸一起放入混料設(shè)備中，啟動混 料設(shè)備進行混料作業(yè)直至粘結(jié)劑完全融化，并保溫lOmin。進入放料作業(yè)，冷卻后進行造粒， 喂料制作完成。粘結(jié)劑的質(zhì)量比例占總質(zhì)量比例的7. 8 %。
[0024] 對比試驗：某鎳鈷基軍工產(chǎn)品（如圖1所示）的制作
[0025] 將實施例1的粘結(jié)劑和對比例的粘結(jié)劑應(yīng)用到鎳鈷基輕武器產(chǎn)品的生產(chǎn)上，通過 上述的方法制備蠟基喂料，然后通過注射、溶劑萃取、脫脂、燒結(jié)得到如圖1所示的軍工產(chǎn) 品，具體工藝參數(shù)對比如表1所示，實驗結(jié)果如表2所示。
[0026] 表1本發(fā)明實施例1與對比例的工藝參數(shù)對比
[0027]
【主權(quán)項】
1. 一種金屬粉末注射成形用蠟基粘結(jié)劑，其特征是，其組分及其重量比為：石蠟 10-15 %，E蠟30-45 %，聚甲基丙烯酸甲酯模塑粉5-10 %，乙烯-醋酸乙烯共聚物3-8 %，高 密度聚乙烯35-45%，硬脂酸1-4%，抗氧化劑BHT 0.5-1. 5%。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種金屬粉末注射成形用蠟基粘結(jié)劑，其特征是，其組分及其 重量比為：石蠟12%，E蠟34%，聚甲基丙烯酸甲酯模塑粉5%，乙烯-醋酸乙烯共聚物5%， 高密度聚乙烯40 %，硬脂酸3 %，抗氧化劑BHT 1 %。
3. -種蠟基喂料，其特征是，由下述方法制備而成， (1) 首先將金屬粉末放入混料設(shè)備中； (2) 按權(quán)利要求1或2所述的重量比稱取蠟基粘結(jié)劑的各組分；然后將稱量好的石蠟、 E賭、乙稀-醋酸乙稀共聚物、高密度聚乙稀、硬質(zhì)酸和抗氧化劑BHT -起放入混料設(shè)備中， 啟動混料設(shè)備，將物料混合均勻； (3) 將聚甲基丙烯酸甲酯模塑粉溶入丙酮中；然后將溶好的聚甲基丙烯酸甲酯模塑粉 放入混料設(shè)備中，再進行混料作業(yè)，直至粘結(jié)劑完全融化，并保溫8-12min ; (4) 放料，冷卻后進行造粒。
4. 如權(quán)利要求3所述的一種蠟基喂料，其特征是，所述蠟基粘結(jié)劑的質(zhì)量比例占蠟基 喂料總質(zhì)量比例的7-8%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種金屬粉末注射成形用蠟基粘結(jié)劑。它的組分為：石蠟、E蠟、聚甲基丙烯酸甲酯模塑粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯、硬脂酸和抗氧化劑BHT。首先將金屬粉末放入混料設(shè)備中；然后將石蠟、E蠟、乙烯-醋酸乙烯共聚物、高密度聚乙烯、硬質(zhì)酸、抗氧化劑BHT一起放入混料設(shè)備中，啟動混料設(shè)備，將物料混合均勻；將聚甲基丙烯酸甲酯模塑粉溶入丙酮中，再放入混料設(shè)備中，再進行混料作業(yè)，直至粘結(jié)劑完全融化，并保溫8-12min；放料，冷卻后進行造粒，喂料制作完成。該粘結(jié)劑具有各組分之間相容性要好，不易產(chǎn)生相分離；易于成形、易于脫除、無污染、無毒性等優(yōu)點，尤其適用于金屬粉末注射成形鎳鈷基產(chǎn)品的生產(chǎn)中。
【IPC分類】B22F1-00, B22F3-22
【公開號】CN104801706
【申請?zhí)枴緾N201510202131
【發(fā)明人】嚴遠海, 惠繼恒, 安利平, 郭恒, 李永恒
【申請人】山東金珠材料科技有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年4月23日