硬质合金注射成形用黏结剂及其应用制造技术

本发明专利技术属于粉末冶金领域，具体公开了一种硬质合金注射成形用黏结剂及其应用，该黏结剂包含以下质量分数的组分：石蜡６０～７４％、高分子聚合物２０～３０％、增塑剂和／或润滑剂４～８％和表面活性剂２～１０％。该黏结剂的应用包括以下步骤：首先将硬质合金粉末与黏结剂组分混匀后加入到转矩流变仪中进行混炼，呈熔融态后降温并加快转速，最后加入增塑剂；待喂料冷却后将其破碎成喂料颗粒，经注射机多次加热塑化后得到喂料小颗粒；在１００～１４０℃、７０～１２０ＭＰａ条件下进行注射成形；再采用两步脱脂法或一步热脱脂法进行脱脂；最后进行高温烧结制得成品。本发明专利技术的黏结剂具有优良的保形性和抗环境开裂能力，用其制得的硬质合金产品不仅寿命长、效果好，而且工艺效率提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于粉末冶金领域，尤其涉及一种粉末冶金近净成形用黏结剂及在粉末冶 金近净成形中的应用。
技术介绍
硬质合金是用难熔化合物与粘结金属组成的液相烧结粉末冶金复合材料，常规的 工艺流程如下金属粉末制备——硬质合金混合料的制备——成形——成形剂脱除——烧 结——后处理。其中，常见的硬质合金成形技术有模压、挤压、等静压等。硬质合金注射成形技术是在传统的粉末冶金技术和现代塑料成形技术相结合的 基础上新近发展起来的，隶属粉末注射成形技术，该技术的成形坯与最终制品形状接近或 完全相同，精度高，加工余量小，可以成形三维复杂零部件，制品结构均勻，性能优异，是当 今最热门的零部件成形技术。硬质合金注射成形技术的工艺流程主要包括①配制黏结剂； ②硬质合金粉末与黏结剂进行混合、混炼，制取喂料；③破碎制粒或剪切制粒；④注射成形 为一定大小形状的坯块；⑤脱脂；⑥烧结。W098/18973号PCT国际公布专利文献中介绍了一种用粉末注射成形技术制备硬 质合金的方法，该方法中引入的普通石蜡与PP组合的黏结剂在实践中存在流动性不足的 问题，对于非常复杂的硬质合金零部件的注射成形，注射模腔的填充往往不够充分，影响最 终制品的质量。现有技术中还有采用低压注射成型制备硬质合金的方法，由于注射压力很 小，因而要求黏结剂加入量相对较多，因此在产品制备过程中其收缩变形量很大，很难制取 高性能、高尺寸精度的硬质合金(如数控刀片)，最终制得的制品孔隙率也相对较大，难以 满足要求。还有部分蜡基体系的注射成形用黏结剂，由于其中添加了较多的油脂(例如植 物油)，当高分子聚合物加入量较少时，该体系抗环境开裂能力变差，容易在溶剂脱脂过程 中产生裂纹。此外，现有注射成形工艺中需要单独配制黏结剂，再将配制的黏结剂与硬质合 金粉末混合，即将黏结剂的制取与混炼过程分开，这不仅造成了工艺步骤上的繁琐，而且存 在对黏结剂原料的浪费。因此，如何在简化工艺步骤、减小工艺成本的基础上获得结构均 勻、性能优异的高致密注射成形硬质合金制品，这成为本领域技术人员面临的一大技术难 题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有优良的保形性、 抗环境开裂能力好、且产品寿命长的硬质合金注射成形用黏结剂，还提供一种生产效率高、 操作简化、成本低、产品效果好的硬质合金注射成形用黏结剂的应用方法。为解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案为一种硬质合金注射成形用黏结 齐U，该黏结剂包含以下质量分数的组分石蜡(简称PW)60% 74%高分子聚合物20% 30%增塑剂和/或润滑剂4 % 8 %和表面活性剂2% 10%。本专利技术的上述黏结剂中采用石蜡作为基础的流动载体，其是保证粉末填充进模腔 的基础物质，而高分子聚合物在石蜡脱除后起到稳定粉末骨架的作用，其他添加剂可以进 一步改善黏结剂与喂料的流变性能，使注射坯中粉末分布更均勻。该黏结剂体系中各组分 的热力学相容性和化学稳定性良好，在无需添加其他更多组分的情况下，完全可以满足作 为硬质合金注射成形用黏结剂的要求。上述的硬质合金注射成形用黏结剂中，所述高分子聚合物优选为乙烯乙酸共聚物 (简称EVA)、聚乙烯(简称HDPE)、聚丙烯(简称PP)中的至少一种。这几种高分子聚合物 在满足粉末注射成型用黏结剂一股要求的基础上，其剧烈分解温度一股在500°C以下，该温 度下硬质合金粉末中的碳几乎不与其中的任何物质发生化学反应，这十分有利于黏结剂的 充分脱除，也便于原料粉末的配碳计算和后续烧结过程的控碳，非常适合硬质合金的制备 工艺要求。另外，这几种优选的高分子聚合物无毒无害且价格低廉，在注射坯脱蜡后能很好 地支撑粉末骨架，并消除注射时的残余应力，保证粉末堆积和收缩过程的各向同性。上述的硬质合金注射成形用黏结剂中，所述黏结剂中优选同时包含有所述的增塑 剂和润滑剂，且所述增塑剂优选为邻苯二甲酸二辛酯(简称D0P)，所述润滑剂优选为油酸 (简称OA)；所述表面活性剂优选为硬脂酸(简称SA)或硬脂酸锌。增塑剂分子插入黏结剂 聚合物分子之间，将黏结剂组元分子分隔开，为黏结剂分子运动提供更多自由空间，从而降 低聚合物分子间的各种吸引力。DOP分子内独特的环状和可环化结构不仅能减少聚合物分 子间作用，还能使聚合物分子间的相互滑动更容易，从而改善体系的流变学特性。OA作为润 滑剂在本专利技术中的使用效果良好，既能在粉末与粉末之间形成一层润滑膜，又能同时在粉 末与设备的接触面起到机械润滑作用，减少磨损。而作为表面活化物质，硬脂酸类活性剂在 粉末处理工艺中广泛应用且成本较低，其熔点仅65°C 75°C，可以有效降低粉末与黏结剂 间的表面张力，减小其接触角，从而使粉末分布更均勻。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供一种如上所述的黏结剂在硬质合金注射成 形工艺中的应用，包括以下工艺步骤(1)制备喂料首先将硬质合金粉末与所述黏结剂的各固态组分混合均勻，并将 混勻后的混合物分次加入到转矩流变仪(带“Σ”形滚刀)中进行混炼，当混合物加满并全 部呈熔融态后适当降温，并加快转速；最后加入所述黏结剂中的液态增塑剂，直至所述转矩 流变仪的空腔中充满制得的喂料，且转矩保持平稳；(2)制粒待上述制得的喂料冷却后将其破碎成喂料颗粒，然后将该喂料颗粒装 入一注射机的螺杆腔中，重新加热塑化混炼并注射到料盘中，再次冷却、破碎；重复本步骤 多次(一股重复3 4次即可)直至获得成分均勻的喂料小颗粒；(3)注射成形使所述注射机到达设定的注射温度100°C 140°C后，将上述制得 的喂料小颗粒装入到注射机的料斗中，在70 120MPa的注射压力下将熔融态的喂料注入 到已置备模具的注射模腔中，冷却，固化，成形；(4)脱脂采用两步脱脂法进行脱脂或采用一步热脱脂法进行脱脂；所述两步脱 脂法是指先采用溶剂脱脂法脱除上述成形所得坯体中的石蜡，真空干燥后再采用加热脱脂 法脱除所述坯体中黏结剂的剩余组分；所述一步热脱脂法是指直接将上述成形所得坯体入炉，连续进行热脱脂；(5)烧结将上述脱脂后的坯体继续进行高温烧结，制得硬质合金成品。上述技术方案除了使用本专利技术的黏结剂外，另外一个重要的创新点在于制备喂料步骤的具体操作。现有技术中，制备喂料步骤一股是采用密炼机作为工艺设备，且黏结剂是 先行混合密炼，然后再与硬质合金粉末混合，这样不仅增加了操作步骤，繁琐了操作流程， 而且黏结剂的用量难以精确控制，存在很大浪费。而本专利技术的上述技术方案是直接将黏结 剂组分与硬质合金粉末混合，并置于一种本领域不常用的转矩流变仪中进行混炼，通过在 转矩流变仪中同时产生搅拌、挤压和剪切作用对喂料强力充分混炼，不仅简化了步骤，减少 了对原料的浪费，而且喂料的混合更加均勻，这使得后续注射成形步骤用到的喂料具有更 好的流动性和保型性，对后续的注射成形步骤具有重要意义。此外，上述制备喂料步骤中的混炼是采用先较高温、低转速混炼，再进行较低温、 高转速混炼，这也进一步增强了喂料的均勻一致性，提高了混炼操作的效率和效果。优选 的，上述应用过程的制备喂料步骤中所述混合物加满并全部呈熔融态前的混炼温度控制 在180°C 190°C，且熔融前的转动速率优选控制在15r/min 20r/min ；所述混合物加满 并全部呈熔融态后的降温是指使温度降至15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬质合金注射成形用黏结剂，其特征在于，该黏结剂包含以下质量分数的组分：石蜡６０％～７４％高分子聚合物２０％～３０％增塑剂和／或润滑剂４％～８％和表面活性剂２％～１０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘孙和，罗学全，姚学祥，王社权，李屏，
申请(专利权)人：株洲钻石切削刀具股份有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]