一种水溶性盐芯式金属粉末注射成形工艺制造技术

本发明专利技术提供的一种水溶性盐芯式金属粉末注射成形工艺涉及金属粉末注射成形技术领域，该工艺包括混料、水溶性盐芯制备、镶嵌模芯并合模、注射成形、脱芯干燥、脱脂和烧结。本发明专利技术采用熔融浇注的水溶性盐芯形成零件内腔，水溶性盐芯可以在室温下通过干净自来水溶解脱除，脱除时间短，安全，绿色环保，能有效解决采用聚合物型芯脱芯带来的生产安全、环境污染和生坯强度降低等潜在问题。同时采用本工艺制得的零件制品内部组织均匀、致密度高、产品表面光洁度好、尺寸精度高、产品质量稳定，为批量生产小型精密具有封闭或复杂内腔结构的各种金属材料的零部件节约了大量时间和成本，具有较好的经济效益和良好的应用前景。

Water soluble salt core metal powder injection molding process

The invention provides a water soluble salt core type metal powder injection molding process relates to the technical field of metal powder injection molding, the process includes mixing, water soluble salt core preparation, mold core and mosaic mold, injection molding, core drying, debinding and sintering. The invention adopts melt pouring water soluble salt core parts forming cavity, water soluble salt core can be dissolved at room temperature through the clean tap water removal, removal time is short, safe, green environmental protection, can effectively solve the polymer core core of production safety, environmental pollution and reduce the potential problems of green strength. At the same time, the internal organization of the parts produced uniform, high density, good surface smoothness, high precision, stable product quality, for the mass production of small precision is closed or metal material cavity structure of complex parts saving a lot of time and cost, and has good economic benefit and good application prospect.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属粉末注射成形
，具体地说是一种针对具有复杂内腔结构的零件的水溶性盐芯式金属粉末注射成形工艺。
技术介绍
金属注射成形作为一种制造高质量精密零件的近净成形技术，具有常规粉末冶金和机加工方法无法比拟的优势，在批量制造复杂形状的小零件，尤其是那些采用其他生产工艺需要多个装配或成形工序才能实现的零件时，体现出了巨大的技术和成本上的优势。其工艺步骤是，首先将金属粉末与粘结剂在密炼机中进行均匀混合，再将破碎后的颗粒状喂料经注射机进行注射成形，并形成具有一定强度的坯体，然后经过各种脱脂工艺将生坯中的粘结剂组元脱除，最后在烧结炉中将脱脂坯高温烧结而制得最终产品。但是金属注射成形工艺需要模具进行注射成形，对于批量生产的具有复杂内腔结构的零件，存在模具制造难度高、成形困难、加工成本高、加工方法繁琐等缺点，甚至无法采用模具注射成形，而且即使成形后，脱模也非常困难，严重影响产品的质量，且生产效率低。为解决此问题，许多研究人员也做了大量研究，取得了一些成果。论文“金属注射成形—涡轮增压器部件制造新工艺”(巴斯夫(中国)有限公司，汽车与配件，2011，11，49-51)提出一种失芯(Lostcore)技术，采用聚甲醛制造型芯，然后随同零件脱脂过程脱除型芯来获得复杂中空结构零件。但是，这样不仅增加了热脱脂时间，降低生产效率，而且聚甲醛分解会产大量有害气体，给生产安全和环境带来危害。为此，专利号CN103962559的专利公开了一种熔芯式金属注射成形工艺，该工艺采用聚甲醛成形型芯，注射完成后通过将带型芯的内模制件置于高温烘箱，加热使型芯全部熔化以获得复杂内腔结构。虽然该方法解决了由于聚甲醛分解带来的生产安全和环境危害，但熔化脱芯时的高温会造成粘接剂的软化或部分分解，使得生坯强度下降甚至变形，而且由于聚合物黏度较大，熔化脱芯很难完全脱除，易在零件内腔表面附着残留。水溶性盐芯作为一种铸造型芯，由于其具有脱芯工艺简单，只需要将其放入水中就可以完成脱芯，从而近几年来备受关注。但是在铸造过程中，由于铸造条件的限制，对水溶性盐芯也提出了苛刻的要求，最起码需要水溶性盐芯具有很好的耐热性，一般的在轻合金成形中，需要承受600～700℃高温。当应用于高压铸造时，不仅需要耐高温，还要求水溶性盐芯具有较高的强度，以承受高压液态金属的冲击。对此人们对如何提高水溶性盐芯的强度和耐高温性能，进行了研究，但是效果却不是很理想。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术将水溶性盐芯与金属粉末注射成形相结合，提供了一种水溶性盐芯式金属粉末注射成形工艺，不仅实现了具有复杂内腔结构的零件的批量生产，而且由于应用于金属粉末注射成形工艺，降低了水溶性盐芯的使用条件，不需要水溶性盐芯具有很高的强度和耐高温性能。另外，该工艺以水溶性无机盐为主要原料制作型芯，工艺简单，适用范围广，不但可以实现零件的复杂内腔结构成形，而且水溶性盐芯可以在室温下通过干净自来水溶解脱除，脱除时间短，安全，绿色环保。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种水溶性盐芯式金属粉末注射成形工艺，包括以下步骤，(1)混料：将金属粉末和粘接剂按一定比例放入密炼机内，在密闭环境条件下进行搅拌，制得适于注射的粒状喂料，在搅拌的过程中温度控制在180～220℃，其中粘接剂的质量分数控制在10％～12％；(2)水溶性盐芯制备：以水溶性无机盐作为主要原料，将水溶性无机盐熔化，在熔融的水溶性无机盐中加入质量分数为3％～8％的添加剂，搅拌均匀后注入盐芯模具中，凝固后开模取出水溶性盐芯，修整，干燥保存；加入添加剂的作用主要有两方面，一方面可以提高水溶性盐芯的强度，另一方面改善水溶性盐芯凝固时的收缩特性，虽然添加剂对水溶性盐芯有强化的作用，但是若加入的量过多会存在熔体流动性差，从而造成不利于浇注的问题，为此所述添加剂的质量分数控制在3％～8％；(3)镶嵌水溶性盐芯并合模：将水溶性盐芯在定位结构的导引下嵌入到成形模具内，并合模；(4)注射成形：利用注射成形机将粒状喂料注射到合模后的成形模具的模腔内，经保压、冷却固化后得到生坯；(5)脱芯干燥：将带有水溶性盐芯的生坯放入干净自来水中，溶解掉水溶性盐芯，将脱芯后的生坯放入真空干燥箱内干燥，温度控制在40～45℃；(6)脱脂：采用溶剂脱脂和酸催化脱脂两步脱脂工艺，先将生坯放在40～60℃的三氯乙烷中浸泡脱脂6-12小时，然后在分解氨气氛中进行酸催化脱脂，脱脂温度为110～130℃，用于提供酸性条件的HNO3的流量为0.005-0.05毫升每分钟，脱脂时间为2-6小时；(7)烧结：将脱脂后的生坯在真空条件下进行烧结，烧结温度为1200～1500℃，烧结时间为60～180分钟。根据本专利技术的一个具体实施方式，步骤(1)中所述的粘接剂为聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、聚苯乙烯、醋酸乙烯、石蜡、蜂蜡中的一种或几种。根据本专利技术的另一个具体实施方式，步骤(2)中所述的水溶性无机盐为氯化盐、硫酸盐、碳酸盐、硝酸盐中的一种或几种。根据本专利技术的又一个具体实施方式，步骤(2)中所述的添加剂为莫来石、硼酸铝、氮化硅、碳化硅或氧化铝中的一种或几种。根据本专利技术的又一个具体实施方式，步骤(4)中所述的注射压力为80～120MPa，注射温度为80～180℃，保压压力为50～70MPa，保压时间为2～5s，冷却时间为10～20s。根据本专利技术的又一个具体实施方式，为了减小熔体和盐芯模具之间的温度梯度，从而降低冷却速度，减小水溶性盐芯的内应力，步骤(2)中所述的盐芯模具在浇注之前对进行预热处理，预热温度为200～300℃。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术提供的一种水溶性盐芯式金属粉末注射成形工艺，通过将水溶性盐芯与金属粉末注射成形相结合，不仅实现了具有复杂内腔结构的零件的批量生产，而且由于应用于金属粉末注射成形工艺，降低了水溶性盐芯的使用条件，不需要水溶性盐芯具有很高的强度和耐高温性能，降低了水溶性盐芯的制作成本。2、本专利技术通过以水溶性无机盐为主要原料制作型芯，不但可以实现零件的复杂内腔结构成形，而且水溶性盐芯可以在室温下通过干净自来水溶解脱除，脱除时间短，安全，绿色环保。3、与高分子型芯相比，本专利技术采用的水溶性盐芯，不易在零件内腔表面附着残留，不仅保证了零件的表面质量，降低了后续处理的难度，而且避免了采用高分子型芯时，由于表面残留而在烧结的过程中在零件的表面形成积碳，从而对零件的性能造成影响本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种水溶性盐芯式金属粉末注射成形工艺，其特征在于：包括以下步骤，(1)混料：将金属粉末和粘接剂按一定比例放入密炼机内，在密闭环境条件下进行搅拌，制得适于注射的粒状喂料，在搅拌的过程中温度控制在180～220℃；(2)水溶性盐芯制备：以水溶性无机盐作为主要原料，将水溶性无机盐熔化，在熔融的水溶性无机盐中加入添加剂，搅拌均匀后注入盐芯模具中，凝固后开模取出水溶性盐芯，修整，干燥保存；(3)镶嵌水溶性盐芯并合模：将水溶性盐芯在定位结构的导引下嵌入到成形模具内，并合模；(4)注射成形：利用注射成形机将粒状喂料注射到合模后的成形模具的模腔内，经保压、冷却固化后得到生坯；(5)脱芯干燥：将带有水溶性盐芯的生坯放入干净自来水中，溶解掉水溶性盐芯，将脱芯后的生坯放入真空干燥箱内干燥，温度控制在40～45℃；(6)脱脂：采用溶剂脱脂和酸催化脱脂两步脱脂工艺，先将生坯放在40～60℃的三氯乙烷中浸泡脱脂6‑12小时，然后在分解氨气氛中进行酸催化脱脂，脱脂温度为110～130℃，HNO3的流量为0.005‑0.05毫升每分钟，脱脂时间为2‑6小时；(7)烧结：将脱脂后的生坯在真空条件下进行烧结，烧结温度为1200～1500℃，烧结时间为60～180分钟。...

【技术特征摘要】
1.一种水溶性盐芯式金属粉末注射成形工艺，其特征在于：包括以下步
骤，
(1)混料：将金属粉末和粘接剂按一定比例放入密炼机内，在密闭环境
条件下进行搅拌，制得适于注射的粒状喂料，在搅拌的过程中温度控制在
180～220℃；
(2)水溶性盐芯制备：以水溶性无机盐作为主要原料，将水溶性无机盐
熔化，在熔融的水溶性无机盐中加入添加剂，搅拌均匀后注入盐芯模具中，
凝固后开模取出水溶性盐芯，修整，干燥保存；
(3)镶嵌水溶性盐芯并合模：将水溶性盐芯在定位结构的导引下嵌入到
成形模具内，并合模；
(4)注射成形：利用注射成形机将粒状喂料注射到合模后的成形模具的
模腔内，经保压、冷却固化后得到生坯；
(5)脱芯干燥：将带有水溶性盐芯的生坯放入干净自来水中，溶解掉水
溶性盐芯，将脱芯后的生坯放入真空干燥箱内干燥，温度控制在40～45℃；
(6)脱脂：采用溶剂脱脂和酸催化脱脂两步脱脂工艺，先将生坯放在40～
60℃的三氯乙烷中浸泡脱脂6-12小时，然后在分解氨气氛中进行酸催化脱
脂，脱脂温度为110～130℃，HNO3的流量为0.005-0.05毫升每分钟，脱脂时
间为2-6小时；
(7)烧结：将脱脂后的生坯在真空条件下进行烧结，烧结温度为1200～
1500℃，烧结时间为60～180分钟。
2.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙志平，张年龙，王致明，
申请(专利权)人：齐鲁工业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37