一種CuSn10合金的注射成形方法
2023-09-15 06:24:55
專利名稱：一種CuSn10合金的注射成形方法
技術領域：
本發明屬於銅合金成形技術領域，特別是提供了一種CuSn10合金注射成形方法。適用於製備高性能、高尺寸精度，複雜形狀的銅合金零部件。
背景技術：
銅是人類最早使用的金屬，也是目前應用最廣泛的金屬之一。銅及銅合金由於具有一系列優良性能電導率與熱導率高，抗腐蝕性能強，強度適中到大等，廣泛應用於摩擦材料、含油軸承、電觸頭材料、導電材料、金剛石製品、過濾器和機械零件等，在汽車、家電電子、通信等領域發揮著重要的作用。
目前製備CuSn10零部件的方法主要有精密鑄造、鑄造+切削加工和粉末冶金法等工藝。精密鑄造或鑄造+切削加工的方法製備的銅合金零件，容易出現成分偏析、組織不均勻、夾雜較多等缺陷，並且這兩項工藝生產效率低，生產成本高，難以實現批量生產。鑄造+切削加工還會造成原材料的大量浪費。傳統的粉末冶金法採用簡單的混粉-壓制-燒結工藝可以製備出較高性能的銅合金，但該方法無法保證壓制的過程中壓坯內部密度的均勻性，易造成銅合金在燒結過程中的膨脹，從而影響零件性能的進一步提高，而且採用該方法無法生產形狀複雜的零件。
金屬注射成形工藝是將傳統粉末冶金與塑料注塑成形技術相結合而形成的一種新的零部件加工技術，與傳統的工藝相比，採用注射成形工藝製備CuSn10合金零件具有以下幾個優點1)能根據使用需要，方便地製成各種複雜形狀的銅合金零部件，如軸承、齒輪、墊圈等；2)可以保證零件內部組織和成分的均勻性，使銅合金獲得良好的導電和導熱性能；3)在燒結過程中能夠在一定程度上抑制銅合金的膨脹，實現在較高溫度下的燒結，有利於獲得優良的力學性能；4)工藝簡單，生產效率高，產品尺寸精度高，並且材料利用率接近100％，能夠有效地降低生產成本。
發明內容
本發明的目的在於，提供一種CuSn10銅合金注射成形方法，能夠實現以較低的成本批量生產形狀複雜、性能優良的銅合金零部件。
本發明採用注射成形方法製備成形坯，然後通過脫脂和燒結製備銅合金零件。具體工藝為1、粘結劑的配製在整個粘結劑中，石蠟PW所佔質量百分比為60～70％，聚苯乙烯PS質量百分比為5～30％，乙酸乙烯共聚物EVA質量百分比為5～30％，硬脂酸SA質量百分比為2％～10％。將四種組元加入轉矩流變儀或雙螺旋擠出機中進行共混，並達到成分均勻；2、混煉將所選用銅合金粉末與所配製的粘結劑按比例在煉膠機上混煉1～1.5小時，混煉溫度為120～130℃，再在混煉擠出機上制粒，使餵料進一步均勻，粉末裝載量為50～66vol％；3、注射成形制粒後在注射溫度為130～150℃，注射壓力為70～90MPa的條件下注射，得到所需形狀的銅合金預成形坯；4、脫脂成形坯的脫脂採用溶劑脫脂+後續熱脫脂的脫脂工藝，首先將預成形坯浸於三氯乙烯中進行溶劑脫脂4～8小時，脫脂溫度為30～40℃，脫脂完成後取出坯件，然後烘乾；熱脫脂在30～550℃之間進行，共需要6～12小時，脫脂後將脫脂坯加熱至600℃～750℃之間進行預燒結；5、燒結將預燒結坯在燒結爐中880～920℃的溫度下燒結，保溫0.5～1小時，體積比為N2∶H2＝(1～5)∶(2～3)的氮氫混合氣。
本發明所選用的銅合金粉末為氣霧化CuSn10合金粉末或水霧化CuSn10合金粉末，粉末的粒徑為6～50μm。
本發明的優點在於採用此方法製備的CuSn10合金，相對密度大於96％，拉伸強度大於200MPa，硬度大於50HB，尺寸精度在±0.5％之內。
具體實施例方式
實施例1原料粘結劑由質量百分比為60％PW、25％PS、5％EVA、10％SA組成，CuSn10粉末粒徑為6μm，粉末裝載量為64vol％。
將粉末與配製好的粘結劑在開放式煉膠機上混煉1.5小時，混煉溫度為125℃，再在混煉擠出機上制粒，使餵料混合均勻。制粒後的餵料在注射溫度為150℃，注射壓力為90MPa的條件下注射，得到所需形狀的銅合金預成形坯，然後將預成形坯浸入三氯乙烯中脫脂8小時，脫脂溫度為30℃，脫脂完成後取出坯件在恆溫乾燥箱內烘乾，熱脫脂在30～550℃之間進行，共脫脂10小時，脫脂後將脫脂坯加熱至650℃進行預燒結，最後將預燒結坯在N2∶H2＝5∶3的氮氫混合氣中於880℃的溫度下燒結0.5小時，即得相對密度96％，拉伸強度213MPa，硬度51HB，尺寸精度在±0.3％之內的銅合金零部件。
實施例2原料粘結劑由質量百分比為70％PW、10％PS、15％EVA、5％SA組成，CuSn10粉末粒徑為6μm，粉末裝載量為56vol％。
將粉末與配製好的粘結劑在開放式煉膠機上混煉1.5小時，混煉溫度為123℃，再在混煉擠出機上制粒，使餵料混合均勻。制粒後的餵料在注射溫度為135℃，注射壓力為80MPa的條件下注射，得到所需形狀的銅合金預成形坯，然後將預成形坯浸入三氯乙烯中脫脂8小時，脫脂溫度為30℃，脫脂完成後取出坯件在恆溫乾燥箱內烘乾，熱脫脂在30～550℃之間進行，共脫脂12小時，脫脂後將脫脂坯加熱至650℃進行預燒結，最後將預燒結坯在N2∶H2＝1∶3的氮氫混合氣中於910℃的溫度下燒結1小時，即得相對密度98％，拉伸強度215MPa，硬度57HB，尺寸精度在±0.4％之內的銅合金零部件。
實施例3原料粘結劑由質量百分比為60％PW、20％PS、12％EVA、8％SA組成，CuSn10粉末粒徑為15μm，粉末裝載量為63vol％。
將粉末與配製好的粘結劑在開放式煉膠機上混煉1小時，混煉溫度為130℃，再在混煉擠出機上制粒，使餵料混合均勻。制粒後的餵料在注射溫度為145℃，注射壓力為75MPa的條件下注射，得到所需形狀的銅合金預成形坯，然後將預成形坯浸入三氯乙烯中脫脂6小時，脫脂溫度為40℃，脫脂完成後取出坯件在恆溫乾燥箱內烘乾，熱脫脂在30～550℃之間進行，共脫脂8小時，脫脂後將脫脂坯加熱至650℃進行預燒結，最後將預燒結坯在N2∶H2＝1∶1的氮氫混合氣中於900℃的溫度下燒結1小時，即得相對密度96％，拉伸強度205MPa，硬度53HB，尺寸精度在±0.2％之內的銅合金零部件。
實施例4原料粘結劑由質量百分比為63％PW、17％PS、15％EVA、5％SA組成，CuSn10粉末粒徑為15μm，粉末裝載量為61vol％。
將粉末與配製好的粘結劑在開放式煉膠機上混煉1小時，混煉溫度為125℃，再在混煉擠出機上制粒，使餵料混合均勻。制粒後的餵料在注射溫度為145℃，注射壓力為90MPa的條件下注射，得到所需形狀的銅合金預成形坯，然後將預成形坯浸入三氯乙烯中脫脂6小時，脫脂溫度為40℃，脫脂完成後取出坯件在恆溫乾燥箱內烘乾，熱脫脂在30～550℃之間進行，共脫脂12小時，脫脂後將脫脂坯加熱至650℃進行預燒結，最後將預燒結坯在N2∶H2＝1∶2的氮氫混合氣中於920℃的溫度下燒結1小時，即得相對密度97％，拉伸強度212MPa，硬度53HB，尺寸精度在±0.2％之內的銅合金零部件。
實施例5原料粘結劑由質量百分比為67％PW、21％PS、10％EVA、2％SA組成，CuSn10粉末粒徑為20μm，粉末裝載量為57vol％。
將粉末與配製好的粘結劑在開放式煉膠機上混煉1小時，混煉溫度為130℃，再在混煉擠出機上制粒，使餵料混合均勻。制粒後的餵料在注射溫度為145℃，注射壓力為85MPa的條件下注射，得到所需形狀的銅合金預成形坯，然後將預成形坯浸入三氯乙烯中脫脂6小時，脫脂溫度為40℃，脫脂完成後取出坯件在恆溫乾燥箱內烘乾，熱脫脂在30～550℃之間進行，共脫脂10小時，脫脂後將脫脂坯加熱至650℃進行預燒結，最後將預燒結坯在N2∶H2＝2∶1的氮氫混合氣中於900℃的溫度下燒結1小時，即得相對密度97％，拉伸強度213MPa，硬度54HB，尺寸精度在±0.5％之內的銅合金零部件。
實施例6原料粘結劑由質量百分比為61％PW、21％PS、12％EVA、6％SA組成，CuSn10粉末粒徑為30μm，粉末裝載量為52vol％。
將粉末與配製好的粘結劑在開放式煉膠機上混煉1小時，混煉溫度為125℃，再在混煉擠出機上制粒，使餵料混合均勻。制粒後的餵料在注射溫度為140℃，注射壓力為110MPa的條件下注射，得到所需形狀的銅合金預成形坯，然後將預成形坯浸入三氯乙烯中脫脂4小時，脫脂溫度為35℃，脫脂完成後取出坯件在恆溫乾燥箱內烘乾，熱脫脂在30～550℃之間進行，共需要6小時，脫脂後將脫脂坯加熱至650℃進行預燒結，最後將預燒結坯在N2∶H2＝2∶1的氮氫混合氣中於910℃的溫度下燒結1小時，即得相對密度96％，拉伸強度207MPa，硬度53HB，尺寸精度在±0.2％之內的零部件。
實施例7原料粘結劑由質量百分比為64％PW、23％PS、6％EVA、7％SA組成，CuSn10粉末粒徑為50μm，粉末裝載量為63vol％。
將粉末與配製好的粘結劑在開放式煉膠機上混煉1小時，混煉溫度為130℃，再在混煉擠出機上制粒，使餵料混合均勻。制粒後的餵料在注射溫度為145℃，注射壓力為85MPa的條件下注射，得到所需形狀的銅合金預成形坯，然後將預成形坯浸入三氯乙烯中脫脂4小時，脫脂溫度為35℃，脫脂完成後取出坯件在恆溫乾燥箱內烘乾，熱脫脂在30～550℃之間進行，共脫脂6小時，脫脂後將脫脂坯加熱至650℃進行預燒結，最後將預燒結坯在N2∶H2＝2∶1的氮氫混合氣中於920℃的溫度下燒結1小時，即得相對密度96％，拉伸強度202MPa，硬度51HB，尺寸精度在±0.5％之內的零部件。
權利要求
1.一種CuSn10合金的注射成形方法，其特徵在於，工藝為a、粘結劑的配製在整個粘結劑中，石蠟PW所佔質量百分比為60～70％，聚苯乙烯PS質量百分比為5～30％，乙酸乙烯共聚物EVA質量百分比為5～30％，硬脂酸SA質量百分比為2～10％；將三種組元加入轉矩流變儀或雙螺旋擠出機中進行共混，並達到成分均勻；b、混煉將所選用銅合金粉末與所配製的粘結劑按比例在型開放式煉膠機上混煉1～1.5小時，混煉溫度為120～130℃，再在混煉擠出機上制粒，使餵料進一步均勻，粉末裝載量為50～66vol％；c、注射成形制粒後在注射溫度為130～150℃，注射壓力為70～90MPa的條件下注射，得到所需形狀的銅合金預成形坯；d、脫脂成形坯的脫脂採用溶劑脫脂+後續熱脫脂的脫脂工藝，首先將預成形坯浸於三氯乙烯中進行溶劑脫脂4～8小時，脫脂溫度為30～40℃，脫脂完成後取出坯件，然後烘乾；熱脫脂在30～550℃之間進行6～14小時，脫脂後將脫脂坯加熱至600℃～750℃之間進行預燒結；e、燒結將預燒結坯在燒結爐中880～920℃的溫度下燒結，保溫0.5～1小時，燒結過程中採用氮氫混合氣氛保護，氣體體積比為N2∶H2＝1～5∶2～3。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所選用的銅合金粉末為氣霧化CuSn10合金粉末或水霧化CuSn10合金粉末，粉末的粒徑為6～50μm。
全文摘要
一種CuSn10合金的注射成形方法，屬於銅合金成形技術領域。工藝為所選擇CuSn10銅合金粒徑為6～50μm。所選粘結劑為不同質量配比的石蠟PW，聚苯乙烯PS乙酸乙烯共聚物EVA，硬脂酸SA組成的聚合物。首先將CuSn10粉末與粘結劑以50～66vol％的裝載量混合、制粒，再進行注射成形。隨後採用溶劑脫脂和熱脫脂工藝脫除粘結劑並於600℃～750℃之間進行預燒結。最後，在還原氣氛或惰性氣氛的保護下燒結製得零部件。本發明的優點在於，能夠實現以較低的成本批量生產形狀複雜、性能優良的銅合金零部件。
文檔編號B01J2/28GK1994627SQ200610169849
公開日2007年7月11日 申請日期2006年12月29日 優先權日2006年12月29日
發明者曲選輝, 何新波, 唐安旭, 任淑彬 申請人:北京科技大學