粉末注射成形鎢鎳硬質合金的製備工藝的製作方法
2024-01-31 00:37:15
本發明涉及粉末注射成型技術領域，特別是涉及粉末注射成形鎢鎳硬質合金的製備工藝。
背景技術：
隨著製造業的快速發展和技術進步，對金屬外觀材料要求越來越高，在保證較好的耐磨、耐腐蝕和耐高溫性能的同時，也要求具有形狀複雜和尺寸精度高的特性。
普通金屬材料經過表面或後處理後，一定程度上能夠滿足外觀裝飾的功能，但其耐磨性和耐腐蝕性能難以達到更加嚴格的要求。
因此在普通金屬材料表面做鎢鋼等合金塗層，以達到耐磨、耐腐蝕的效果。wc-10ni合金的耐磨和耐蝕特性，較好的滿足了外觀材料的要求，但目前製造工藝主要為傳統機加工、粉末冶金等。
同時鎢鋼硬度較高，目前技術水平下，鎢鎳、鎢鈷等硬質合金主要通過傳統粉末冶金壓製成形工藝製備，因加工難度和成本較高，鎢鋼應用於複雜零件的製造仍有較大的限制。
技術實現要素：
本發明主要解決的技術問題是提供一種粉末注射成形鎢鎳硬質合金的製備工藝，保證製得的鎢鎳硬質合金具有較好的強度和衝擊韌性，可以製備形狀結構複雜的零件，加工出來的零件尺寸精度高，性能穩定，同時節約了生產成本。
為解決上述技術問題，本發明採用的一個技術方案是：提供一種粉末注射成形鎢鎳硬質合金的製備工藝，包括如下製備步驟：
a、餵料配置
將wc-10ni粉末和粘結劑在密煉機中混煉，製成wc-10ni餵料；
b、注射成形
將wc-10ni餵料注入注射機的料筒中，然後由注射機噴嘴注入模具中成形，出模製得wc-10ni注射坯；
c、脫脂
將wc-10ni注射坯中的粘結劑脫除，製得wc-10ni脫脂坯；
d、高溫燒結
wc-10ni脫脂坯在保護氣氛作用下，放置在高溫燒結爐中逐步升溫至1400~1460℃，並保溫2~4個小時，然後冷卻至室溫，得到wc-10ni燒結坯。
在本發明一個較佳實施例中，所述粘結劑包括乙烯-丙烯酸酯共聚物、1-丁烯/丙烯共聚物、石蠟、潤滑劑和抗氧化劑。
在本發明一個較佳實施例中，所述鎢鎳硬質合金餵料中各組分的質量百分比如下：wc-10ni粉末90.40~95.89%、乙烯-丙烯酸酯共聚物1.0~2.0%、1-丁烯/丙烯共聚物1.0~2.0%、潤滑劑0.1~0.5%、抗氧劑0.01~0.10%、餘量為石蠟。
在本發明一個較佳實施例中，所述鎢鎳合金粉末由如下重量百分比的組分組成：碳化鎢粉末85.0~90.0%，鎳粉10.0~15.0%。
在本發明一個較佳實施例中，所述石蠟還可用棕櫚蠟或巴西蠟替代。
在本發明一個較佳實施例中，所述潤滑劑為熱可塑性樹脂粉、硬脂酸鋅或硬脂酸鋰，所述抗氧劑為bj2155、b225或b900。
在本發明一個較佳實施例中，所述步驟（a）中，將wc-10ni粉末和粘結劑混合，密煉機內溫度控制在160~200℃，混煉30~60min，密煉機轉速為10~30r/min。
在本發明一個較佳實施例中，所述步驟（b）中，注射成形工藝參數為：注射溫度150~170℃，注射壓力115~135mpa，模溫30~50℃，餵料粉末裝載量52.54~68.75%。
在本發明一個較佳實施例中，所述步驟（d）中wc-10ni脫脂坯分別在300℃條件下保溫30分鐘、然後逐漸升溫至480℃並保溫30分鐘、然後逐漸升溫至650℃並保溫30分鐘、最後逐漸升溫至1400-1460℃並保溫120-240分鐘，最後完成燒結，得到wc-10ni燒結坯。
在本發明一個較佳實施例中，所述wc-10ni粉末的粒徑範圍為0.432-4.752μm。
本發明的有益效果是：本發明粉末注射成形鎢鎳硬質合金的製備工藝製得的鎢鎳硬質合金具有較好的強度和衝擊韌性，燒結後鎢鎳合金樣品具有較高的緻密度、良好的保形性、耐磨性、耐腐蝕性和耐熱性，可以製備形狀結構複雜的零件，加工出來的零件尺寸精度高，零件內部各區域成分均勻，保證了零件的性能穩定，在原材料加工成本上產生很大的經濟效益。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖，其中，
圖1為本發明粉末注射成形鎢鎳硬質合金的製備工藝的流程示意圖；
圖2為本發明粉末注射成形wc-10ni金屬粉末粒徑分布及含量示意圖；
附圖中各部件的標記如下：1、wc-10ni金屬粉末顆粒粒徑大小，2、相應粒徑區間中顆粒的百分含量。
具體實施方式
下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖1至圖2，本發明實施例包括：
實施例一
一種粉末注射成形鎢鎳硬質合金的製備工藝，包括如下製備步驟：
a、餵料配置
將原料組分按照如下重量百分比混合，wc-10ni粉末93.60%、乙烯-丙烯酸酯共聚物1.20%、1-丁烯/丙烯共聚物1.20%、石蠟3.50%、硬脂酸鋅0.45%、b2250.05%。
其中鎢鎳合金粉末按照如下重量百分比混合：碳化鎢粉末85%，鎳粉15%，wc-10ni粉末的粒徑範圍為0.432-4.752μm。
按照上述比例將原料組分混合，在密煉機中混煉，在120~200℃下，混煉50min，密煉機轉速為25r/min，製成wc-10ni餵料。
b、注射成形
將步驟（a）中wc-10ni餵料注入注射機的料筒中，然後由注射機噴嘴注入模具中成形，出模製得wc-10ni注射坯，其中注射溫度為155℃，注射壓力135mpa，模溫40℃，餵料粉末裝載量52.54%。
c、脫脂
將wc-10ni注射坯的粘結劑脫除，製得wc-10ni脫脂坯。
d、高溫燒結
wc-10ni脫脂坯在保護氣氛作用下，放置在高溫燒結爐中逐步升溫然後保溫一段時間，再冷卻至室溫，得到鎢鎳硬質合金，具體步驟為：
wc-10ni脫脂坯分別在300℃條件下保溫30分鐘、然後逐漸升溫至480℃並保溫30分鐘、然後逐漸升溫至650℃並保溫30分鐘、最後逐漸升溫至1400-1460℃並保溫120-240分鐘，最後完成燒結，得到wc-10ni燒結坯。
實施例二
一種粉末注射成形鎢鎳硬質合金的製備工藝，包括如下製備步驟：
a、餵料配置
將原料組分按照如下重量百分比混合，wc-10ni粉末94.05%、乙烯-丙烯酸酯共聚物1.35%、1-丁烯/丙烯共聚物1.55%、棕櫚蠟2.75%、硬脂酸鋅0.28%、bj21550.02%。
其中鎢鎳合金粉末按照如下重量百分比混合：碳化鎢粉末88.5%，鎳粉11.5%，wc-10ni粉末的粒徑範圍為0.432-4.752μm。
按照上述比例將原料組分混合，在密煉機中混煉，在120~200℃下，混煉75min，密煉機轉速為15r/min，製成wc-10ni餵料。
b、注射成形
將步驟（a）中wc-10ni餵料注入注射機的料筒中，然後由注射機噴嘴注入模具中成形，出模製得wc-10ni注射坯，其中注射溫度為155℃，注射壓力120mpa，模溫45℃，餵料粉末裝載量56.69%。
c、脫脂
將wc-10ni注射坯的粘結劑脫除，製得wc-10ni脫脂坯；
d、高溫燒結
wc-10ni脫脂坯在保護氣氛作用下，放置在高溫燒結爐中逐步升溫，並保溫2~4個小時，然後冷卻至室溫，得到鎢鎳硬質合金，具體步驟為：
wc-10ni脫脂坯分別在300℃條件下保溫30分鐘、然後逐漸升溫至480℃並保溫30分鐘、然後逐漸升溫至650℃並保溫30分鐘、最後逐漸升溫至1400-1460℃並保溫120-240分鐘，最後完成燒結，得到wc-10ni燒結坯。
實施例三
一種粉末注射成形鎢鎳硬質合金的製備工藝，包括如下製備步驟：
a、餵料配置
將原料組分按照如下重量百分比混合，wc-10ni粉末91.95%、乙烯-丙烯酸酯共聚物1.85%、1-丁烯/丙烯共聚物1.25%、巴西蠟4.50%、硬脂酸鋰0.37%、b2250.08%。
其中鎢鎳合金粉末按照如下重量百分比混合：碳化鎢粉末90.0%，鎳粉10.0%，wc-10ni粉末的粒徑範圍為0.432-4.752μm。
按照上述比例將原料組分混合，在密煉機中混煉，在120~200℃下，混煉120min，密煉機轉速為30r/min，製成wc-10ni餵料。
b、注射成形
將步驟（a）中wc-10ni餵料注入注射機的料筒中，然後由注射機噴嘴注入模具中成形，出模製得wc-10ni注射坯，其中注射溫度為170℃，注射壓力115mpa，模溫50℃，餵料粉末裝載量68.75%。
c、脫脂
將wc-10ni注射坯中的粘結劑脫除，製得wc-10ni脫脂坯。
d、高溫燒結
wc-10ni脫脂坯在保護氣氛作用下，放置在高溫燒結爐中逐步升溫，並保溫2~4個小時，然後冷卻至室溫，得到鎢鎳硬質合金，具體步驟為：
wc-10ni脫脂坯在300℃條件下保溫30分鐘、然後逐漸升溫至480℃並保溫30分鐘、然後逐漸升溫至650℃並保溫30分鐘、最後逐漸升溫至1400-1460℃並保溫120-240分鐘，最後完成燒結，得到wc-10ni燒結坯。
實施例1~3中wc-10ni粉末為超細金屬粉末，其粒徑分布檢測結果如圖2所示，粉末顆粒粒徑主要分布在0.432-4.752μm範圍內。
採用實施例1~3中方法製得的鎢鎳硬質合金的具體性能參數如下：
由上表可知，wc-10ni燒結密度：≥14.40g/cm3，wc-10ni燒結硬度：≥90hra，wc-10ni收縮率：14-15%，wc-10ni抗彎強度：≥1800n/mm2。
採用粉末注射成形工藝來製備wc-10ni合金，對wc-10ni粉末的挑選、篩分和混合提出嚴格的要求，粘結劑體系設計應充分考慮到金屬粉末的特性，以及注射、燒結工藝的可行性，保證燒結後wc-10ni合金樣品具有較高的緻密度、良好的保形性、耐磨性、耐腐蝕性和耐熱性，並獲得較好的外觀處理效果，具體優點如下：
第一、具有較好的強度和衝擊韌性
wc-10ni合金中wc作為主要成分、ni作為粘結相，兼具wc的高強度特性和ni的良好韌性，同時具有優異的耐腐蝕性能，是製備耐磨、耐蝕零部件的最佳材料之一；
第二、採用金屬粉末注射成形工藝製備複雜、精密零件
通過選擇合適的金屬粉末粒徑和粘結劑體系，獲得良好的餵料流動性和燒結保形性，實現了wc-10ni金屬粉末注射成形工藝製備，可實現形狀複雜、尺寸精度高零件的加工。此外，金屬粉末注射成形工藝零件內部各區域成分均勻，保證了零件性能穩定性；
第三：節約成本
採用金屬粉末注射近淨成形工藝製造wc-10ni合金零件，外形尺寸接近產品最終尺寸，基本無機加工等傳統加工工藝帶來的廢料成本，可在原材料加工成本上產生很大的經濟效益。
本發明粉末注射成形鎢鎳硬質合金的製備工藝的有益效果是：
製備的鎢鎳硬質合金具有較好的強度和衝擊韌性，燒結後鎢鎳合金樣品具有較高的緻密度、良好的保形性、耐磨性、耐腐蝕性和耐熱性，並獲得較好的外觀處理效果；
可以製備形狀結構複雜的零件，加工出來的零件尺寸精度高，零件內部各區域成分均勻，保證了零件的性能穩定；
採用鎢鎳合金製備的零件外形尺寸接近產品最終尺寸，傳統加工工藝帶來的廢料成本，可在原材料加工成本上產生很大的經濟效益。
以上所述僅為本發明的實施例，並非因此限制本發明的專利範圍，凡是利用本發明說明書內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護範圍內。