一種用于粉末注射成型的粘結(jié)劑及其應(yīng)用方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及粉末注射成型領(lǐng)域，特別是涉及一種用于粉末注射成型的粘結(jié)劑及其應(yīng)用方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]粉末注射成型技術(shù)是一種將金屬或陶瓷粉末與粘結(jié)劑的混合料注射于模具型腔中的成形方法，它將成熟的現(xiàn)代聚合物注射成型豚粉末冶金技術(shù)完美結(jié)合在一起，具有一次能成型出復(fù)雜形狀的工件、工件尺寸精度高、無需機(jī)械加工并且易于實(shí)現(xiàn)高效率自動(dòng)化生產(chǎn)等長(zhǎng)處，特別適用于大批量制造形狀復(fù)雜、高精密度、高性能材質(zhì)的小型機(jī)械零件，是一種先進(jìn)的零部件加工工藝，尤其是最近幾年來在通訊業(yè)及更多高科技行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，已經(jīng)成為一個(gè)快速發(fā)展的新工藝領(lǐng)域。
[0003]粉末注射成型技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)在于添加的粘結(jié)劑的性能，其中一個(gè)重要性能是脫除性能。由于粘結(jié)劑只是一個(gè)幫助實(shí)現(xiàn)成形的中間介質(zhì)，因此需要在隨后的工藝過程中能方便地將其去除。粘結(jié)劑的脫除是粉末注射成形技術(shù)的關(guān)鍵步驟，一方面脫脂技術(shù)本身會(huì)直接影響能否獲得無缺陷、無變形優(yōu)質(zhì)脫脂坯，從而極大影響最終燒結(jié)制品的品質(zhì)，另一方面脫脂是粉末注射成形生產(chǎn)中花費(fèi)時(shí)間最長(zhǎng)最為緩慢的工序，對(duì)生產(chǎn)效率、能源消耗和產(chǎn)品成本影響很大。
[0004]目前用于粉末注射成型的粘結(jié)劑，一般包括蠟、聚乙烯和硬脂酸。具體組成和含量各有不同，相應(yīng)地，熱脫過程也各有不同，但基本都是先溶劑脫脂，再熱脫脂。這種脫脂過程較為復(fù)雜，且溶劑脫脂下，坯體在溶劑中容易產(chǎn)生溶脹，影響坯體質(zhì)量。且溶劑一般是選用三氯乙烯或者氯丙烷，這些溶劑通常有毒。另外，目前也有提出催化脫脂粘結(jié)劑，然而這種粘結(jié)劑的設(shè)備投入大，且粘結(jié)劑在酸性氣氛作用下發(fā)生分解，裂解產(chǎn)物也有毒，整體對(duì)環(huán)境危害較大。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種用于粉末注射成型的粘結(jié)劑及其應(yīng)用方法，其脫脂過程簡(jiǎn)單易控，脫脂效率較高，且脫脂過程不會(huì)對(duì)坯體質(zhì)量造成影響，且清潔環(huán)保。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決:
[0007]一種用于粉末注射成型的粘結(jié)劑，按質(zhì)量百分比計(jì)算，包括:5?10%的液體石蠟，5?15%的萘，15?20%的固體石蠟，10?20%的微晶蠟，15?20%的巴西棕櫚蠟，15?30%的第一高分子聚合物，10?20%的第二高分子聚合物，I?5%的硬脂酸；其中，所述第一高分子聚合物和第二高分子聚合物選自如下四種的任兩種:聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
[0008]一種如上所述的粘結(jié)劑的應(yīng)用方法，包括以下步驟:1)將粘結(jié)劑與金屬或者陶瓷粉末混合得到混合喂料；2)將所述混合喂料注射成型得到生坯件；3)脫脂與燒結(jié):將所述生坯件放入燒結(jié)爐內(nèi)，控制爐內(nèi)溫度從室溫以2?5°C /min的升溫速率升溫至600°C，完成熱脫過程；然后按照燒結(jié)工藝從600°C升溫至燒結(jié)溫度，保溫后隨爐冷卻至室溫，得到制品O
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對(duì)比的有益效果是:
[0010](I)本發(fā)明的一種用于粉末注射成型的粘結(jié)劑及其應(yīng)用方法，粘結(jié)劑中采用不同裂解溫度的物質(zhì)組成，特別是低溫裂解的組分，采用各種不同溫度裂解的蠟以及萘，且各組分盡量均勻分布。該粘結(jié)劑，通過采用適當(dāng)?shù)纳郎厮俾始纯蓪?shí)現(xiàn)粘結(jié)劑的不同種類物質(zhì)的逐步脫除，從而實(shí)現(xiàn)快速通過熱分解形式脫除粘結(jié)劑。粘結(jié)劑脫除時(shí)間可以控制在幾小時(shí)內(nèi)全部脫除干凈。粘結(jié)劑中包含多種裂解溫度的組分，且含量精心設(shè)計(jì)，這樣才可僅通過熱脫，無需事先溶劑脫脂過程。整個(gè)脫脂過程簡(jiǎn)單易控，且脫脂效率也較高。
[0011](2)脫脂過程通過控制升溫速率，使不同裂解溫度的組分有序地逐步分解，不致瞬間產(chǎn)生大量裂解揮發(fā)氣體出現(xiàn)體積急劇膨脹的現(xiàn)象，從而坯體中不致產(chǎn)生鼓包缺陷。由于無需溶劑脫除過程，因此坯體也不會(huì)產(chǎn)生溶脹。整個(gè)脫脂過程對(duì)坯體質(zhì)量有保證。
[0012](3)本發(fā)明粘結(jié)劑直接通過熱分解形式脫除，不需要對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響的酸催化劑，因此是一種清潔環(huán)保的粘結(jié)劑。
[0013](4)該粘結(jié)劑制得的生坯可以直接進(jìn)入燒結(jié)爐，實(shí)現(xiàn)脫脂和燒結(jié)在同一設(shè)備內(nèi)完成。減少溶劑脫脂到熱脫脂過程，以及脫脂到燒結(jié)過程的搬運(yùn)，從而減少生坯在搬運(yùn)過程造成的傷害，特別相比較催化脫脂生坯特別容易在運(yùn)輸過程產(chǎn)生不良。
【【具體實(shí)施方式】】
[0014]本發(fā)明對(duì)粘結(jié)劑的組分進(jìn)行研宄，提出一種全新的粘結(jié)劑組分。首先，現(xiàn)有的蠟基粘結(jié)劑，如其中的蠟質(zhì)含量較多(60%以上)，則一般需先通過溶劑脫脂，利用溶劑溶解蠟質(zhì)組分后才通過熱脫環(huán)節(jié)脫除其余組分。否則，如直接進(jìn)行熱脫，大量的蠟質(zhì)物質(zhì)瞬間裂解揮發(fā)，將產(chǎn)生大量氣體造成生坯出現(xiàn)鼓包缺陷。這也是現(xiàn)有的粘結(jié)劑脫脂時(shí)，先經(jīng)溶劑脫脂后才進(jìn)行熱脫脂的原因。本發(fā)明對(duì)粘結(jié)劑中的蠟質(zhì)組分進(jìn)行改進(jìn)，采用各種不同裂解溫度的蠟質(zhì)，且各蠟質(zhì)組分盡量均勻分布，配合升溫速率的控制，實(shí)現(xiàn)逐步有序熱脫，從而可省略溶劑脫脂環(huán)節(jié)，且不致產(chǎn)生坯體體積膨脹、鼓包的缺陷。
[0015]本【具體實(shí)施方式】的用于粉末注射成型的粘結(jié)劑，按質(zhì)量百分比計(jì)算，包括:5?10%的液體石蠟，5?15%的萘，15?20%的固體石蠟，10?20%的微晶蠟，15?20%的巴西棕櫚蠟，15?30%的第一高分子聚合物，10?20%的第二高分子聚合物，I?5%的硬脂酸；其中，所述第一高分子聚合物和第二高分子聚合物選自如下四種的任兩種:聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。粘結(jié)劑體系制備喂料后，經(jīng)過注射生坯放入燒結(jié)爐，生坯在爐內(nèi)熱脫過程工藝為以2?5°C /min升溫速率升溫至600°C，可實(shí)現(xiàn)粘結(jié)劑完全脫除，然后再按燒結(jié)工藝升溫進(jìn)行燒結(jié)得到成品。
[0016]上述粘結(jié)劑組分中，兩種高分子聚合物是起支撐作用的大分子有機(jī)物。萘及蠟類在粘結(jié)劑中起到增塑和潤滑的作用，確保粘結(jié)劑具有一定的流動(dòng)性。硬脂酸起到偶聯(lián)劑的作用，可提高有機(jī)物與無機(jī)粉末之間的相容性。
[0017]組分中，選用裂解溫度不同的多種物質(zhì)，例如萘的裂解溫度在200?250°C，液體石蠟的裂解溫度在230?270°C，固體石蠟的裂解溫度在250?300°C，微晶蠟的裂解溫度在280?320°C，巴西棕櫚蠟的裂解溫度在250?350°C，聚合物是高溫裂解物質(zhì)，且也選用兩種不同裂解溫度的聚合物，同時(shí)各物質(zhì)的組分盡量均勻分散開，從而熱脫環(huán)節(jié)時(shí)，通過控制升溫速率，以一恒定升溫速度(2?5°C /min)升溫，從而達(dá)到不同溫度時(shí)，各組分在不同溫度下裂解揮發(fā)，各組分有序地逐步進(jìn)行分解，且分解過程中均不致瞬間產(chǎn)生大量裂解揮發(fā)氣體出現(xiàn)體積急劇膨脹的現(xiàn)象，從而僅通過熱脫脂過程脫脂也不會(huì)產(chǎn)生鼓泡缺陷。該粘結(jié)劑，僅通過熱脫即可脫除干凈，脫脂工藝簡(jiǎn)單易控，120?300min即可完全脫脂，脫脂效率也較高。整個(gè)脫脂過程不會(huì)對(duì)坯體質(zhì)量造成影響，且清潔環(huán)保。
[0018]需說明的是，上述組分的選擇及其含量的設(shè)計(jì)是重點(diǎn)。由于粘結(jié)劑中，各組分的裂解溫度均不是確定值，具體在哪一溫度裂解不可控，如某一組分含量比例較大，例如微晶蠟含量偏大，可能出現(xiàn)在300°C時(shí)微晶蠟和巴西棕櫚蠟均發(fā)生裂解，這樣將會(huì)產(chǎn)生大量氣體最終導(dǎo)致鼓泡缺陷。因此如組分含量設(shè)計(jì)不當(dāng)，則影響熱脫過程的溫度升溫控制，最終影響熱脫效率以及熱脫后產(chǎn)品的質(zhì)量。粘結(jié)劑的研宄設(shè)計(jì)過程涉及組分的選擇，含量的搭配，升溫過程的調(diào)節(jié)，脫脂效率以及產(chǎn)品質(zhì)量，前后因素關(guān)聯(lián)影響，經(jīng)大量研宄最終確定出上述組分及含量的粘結(jié)劑，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
[0019]如下，通過具體實(shí)施例驗(yàn)證粘結(jié)劑的性能，以及設(shè)置參考例進(jìn)行對(duì)比，以驗(yàn)證方案獲取的困難。
[0020]實(shí)施例1:粘結(jié)劑包括5%的液體石蠟，10%的萘，15%的固體石蠟，20%的微晶蠟，10 %的巴西棕櫚蠟，20 %的聚乙烯，15 %的聚丙烯和5 %的硬脂酸。上述組分含量均以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)。
[0021]上述粘結(jié)劑與金屬粉末(316粉末)混合制備喂料，注射成厚度為2mm的生坯件樣品。熱脫時(shí)，控制爐內(nèi)溫度從室溫以升溫速度2.5°C/min升溫至600°C。當(dāng)以該速度升溫時(shí)，生坯件中不會(huì)產(chǎn)生體積膨脹以及鼓泡現(xiàn)象，且升溫至600°C時(shí)已能完全脫除干凈。當(dāng)以低于2.50C /min的速率升溫時(shí)，到達(dá)600°C時(shí)也能完全脫除干凈，且升溫速率緩慢可更加確保熱脫過程中不產(chǎn)生鼓泡，但升溫速度較慢后，整個(gè)脫除過程將變長(zhǎng)。也即上述粘結(jié)劑最快以2.5°C /min升溫?zé)崦?，最?40min即可完全脫除干凈。熱脫后，無需搬運(yùn)，直接在爐內(nèi)以50C /min升溫至燒結(jié)溫度(1380°C )進(jìn)行燒結(jié)，保溫2H后隨爐冷卻至室溫，得到產(chǎn)品。
[0022]實(shí)施例2:粘結(jié)劑包括5%的液體石蠟，15%的萘，15%的固體石蠟，12%的微晶蠟，15 %的巴西棕櫚蠟，25 %的聚乙烯，10 %的聚丙烯，3 %的硬脂酸。上述組分含量均以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)。
[0023]上述粘結(jié)劑與金屬粉末(316粉末)混合制備喂料，注射成厚度為2mm的生坯件樣品。熱脫時(shí)，控制爐內(nèi)溫度從室溫以升溫速度3.5°C/min升溫至600°C。當(dāng)以該速度升溫時(shí)，生坯件中不會(huì)產(chǎn)生體積膨脹以及鼓泡現(xiàn)象，且升溫至600°C時(shí)已能完全脫除