一種氫化鈦粉末注射成形用餵料產品及其製備方法與流程
2023-05-10 20:20:38 2
本發明涉及金屬注射成形技術領域，尤其涉及一種氫化鈦粉末注射成形用餵料產品及其製備方法。
背景技術：
鈦粉末注射成形(ti-mim)技術，能夠製造近淨成形、複雜形狀的鈦零件，能克服鈦產品機加工困難和加工餘量大的問題，因此被廣泛應用。使用價格低廉的氫化鈦(tih2)粉末作為注射成形的原料粉末，並且開發新型高效注射成形用的粘結劑體系是降低生產成本和提高產品性能的有效途徑。
目前，常規的氫化鈦粉末注射成形用餵料產品，在注射成形過程中存在明顯的不足：1、餵料產品組成中所選用的粘結劑相容性差，所得餵料在注射成形中加工流動性差，注射過程中存有氣泡、飛邊等缺陷。2、所製備的坯件溶劑脫脂率低，脫脂時間長、溫度高，通常為在60℃～80℃下，脫脂10～24h，且脫脂坯缺陷多、保形性差。3、部分坯件雖然具有較高的脫脂率，但也正因為其脫脂率高，在使用中所得脫脂坯存在孔隙大、孔隙率高的缺陷，進而造成了脫脂坯密度和強度等性能較低，導致終產品性能不高。4、注射成形過程中晶粒容易長大，真空燒結後的燒結坯多有變形，且表面不光滑，有鼓泡，尺寸精度和表面精度不高，致使所製得終產品的密度等諸多性能有待進一步提高，例如，採用常規餵料產品經注射成形後所製得的鈦產品，其相對密度(％)為97.95～98.96，硬度(hv)為380～388，屈服強度(mpa)為254～264，抗拉強度(mpa)為325～346，延伸率(％)為18～20。
技術實現要素：
本發明的第一目的在於提供一種氫化鈦粉末注射成形用餵料產品，該餵料產品注射成形過程中溶劑脫脂率高，所製備的脫脂坯缺陷少、保形性好、孔隙率適宜，且能保證終產品具有優異的組織與力學性能。
本發明的另一目的在於提供上述氫化鈦粉末注射成形用餵料產品的製備方法，該製備方法具有設備工藝及操作簡單易行，易於工業化等諸多有點。
本發明的第一目的具體是通過以下技術方案來實現的：
一種氫化鈦粉末注射成形用餵料產品，其原料由粘結劑和氫化鈦粉末組成，其特徵在於：所述粘結劑佔所述餵料產品總質量的10％～15％；所述粘結劑由固體石蠟(pw)、液體石蠟(lpw)、聚丙烯(pp)、稀土(re)、硬脂酸(sa)和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)組成；所述粘結劑各組分的質量百分含量分別為pw30％～50％、lpw10％～20％、pp35％～40％、re1％～5％、sa2％～10％、eva1％～5％。
作為進一步明確，上述稀土由ceh2、lah2、ndh2、yh2、ceb6、lab6、ndb2、yb6中的任意一種或幾種組成。
作為進一步優化，上述稀土由ceh2、lah2、ndh2、yh2中的任意一種或幾種，與ceb6、lab6、ndb2、yb6中的任意一種或幾種混合組成，且稀土硼化物的添加總量小於等於粘結劑總質量的0.15％。通過進一步限定稀土組成中稀土硼化物的添加總量，在保證了注射成形鈦具有優異的組織和力學性能的同時，又避免了導致其緻密度降低。
作為進一步優化，上述氫化鈦粉末的平均粒度為9～11μm。
作為進一步明確，上述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)中的醋酸乙烯的質量含量為20％。
本發明的另一目的通過以下技術方案來實現的：
上述氫化鈦粉末注射成形用餵料產品的製備方法，其特徵在於，包括以下步驟：
分別稱取粘結劑的各組分、氫化鈦粉末，之後將其混合均勻，放入預熱好的密煉機中在175℃～190℃下，混煉2h～4h，後將混煉好的熔融狀態的餵料取出，冷卻後在破碎機中破碎，再通過制粒機制粒，最後放入真空乾燥箱保存或抽真空包裝保存，即製得氫化鈦粉末注射成形用餵料產品。
本發明具有以下有益效果：
本發明提供了一種氫化鈦粉末注射成形用餵料產品，該餵料產品組成中所選用的粘結劑各組分相容性好，所得餵料產品流變性能佳，注射過程中無氣泡、飛邊等缺陷；所製備的坯件在正庚烷中脫脂，於40～60℃下脫脂4～5小時，即可脫除99％以上的可溶性粘接劑-pw、lpw、sa，且脫脂坯缺陷少、保形性好，脫脂坯密度和強度等性能較高，進而提高了注射成形鈦的燒結緻密度，燒結坯的孔隙平均尺寸均小於10μm，孔隙率僅為0.2％～0.6％，避免了晶粒長大，改善了鈦的組織與力學性能(終產品的相對密度(％)為99.46～99.53，硬度(hv)為398～400，屈服強度(mpa)為498～502，抗拉強度(mpa)為649～667，延伸率(％)為28～30)，使得真空燒結後的燒結坯不變形，表面光滑、無鼓泡，具有較高的尺寸精度和表面精度。此外，本發明提供的上述製備方法，具有設備工藝及操作簡單易行，易於工業化等諸多有點。
附圖說明
圖1為本發明實施例1中應用所得餵料產品，經注射成形、脫脂後所得的脫脂坯斷口的sem圖譜。
圖2為本發明實施例1中應用所得餵料產品製備所得的終產品即金屬鈦產品斷口處的sem圖譜。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本發明進行具體描述，在此指出以下實施例只用於對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護範圍的限制，本領域的技術熟練人員可以根據上述發明內容對本發明作出一些非本質的改進和調整。
實施例1
一種氫化鈦粉末注射成形用餵料產品，其原料由粘結劑和平均粒度為9～11μm的氫化鈦粉末組成，其中，粘結劑佔餵料產品總質量的14％；粘結劑由固體石蠟(pw)、液體石蠟(lpw)、聚丙烯(pp)、稀土(re)、硬脂酸(sa)和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(eva)組成，這些原料都採用常規市售產品，其中，固體石蠟為上海華靈康復機械廠生產的切片石蠟，它由高純度石蠟和微晶蠟製作而成；液體石蠟是成都科龍化工試劑廠生產的，聚丙烯是中國石油化工有限公司生產的優品級，稀土是廣州甕江試劑有限公司生產的，硬脂酸是成都科龍化工試劑廠生產的，含量大於99.0％，eva產自美國杜邦，且乙酸乙烯的質量含量為20％；粘結劑中各組分的質量百分含量分別為pw35％、lpw15％、pp38％、re4％、sa6％、eva2％；稀土由ceh2、lah2、ndh2和yh2按照質量比為1:1:1:1的比例組成。
本例中所述氫化鈦粉末注射成形用餵料產品的製備方法，包括以下步驟：
分別稱取粘結劑的各組分、氫化鈦粉末，之後將其混合均勻，放入預熱好的密煉機中在185℃下，混煉3h，後將混煉好的熔融狀態的餵料取出，冷卻後在破碎機中破碎，再通過制粒機制粒，最後抽真空包裝保存，即製得氫化鈦粉末注射成形用餵料產品。
此外，在應用本例中所得餵料產品注射成形製備鈦產品過程中，先將餵料產品加入注射成形機內，於注射溫度為160～190℃，注射壓力為60～127mpa，模溫為112～125℃條件下注射成形，製備出坯件；再將坯件置於正庚烷中脫脂，脫脂溫度為40～60℃，脫脂時間為4～5h，得到脫脂坯；後將脫脂坯置於低壓燒結爐內進行燒結，燒結溫度1200～1350℃，保溫120～240min，即得到金屬鈦產品。
根據附圖1和2可知，脫脂坯顆粒之間形成了大量孔隙，其孔隙率為20～30vol％，這既使得後續燒結過程順利打開表面開孔和內部連通孔道，縮短了後續燒結時間，又保證了脫脂坯具有適宜的強度，提高了終產品內部緻密，使得燒結坯的孔隙平均尺寸均小於10μm，孔隙率僅為0.2％～0.6％，且顆粒大小均勻。
經檢測本例中所製得的鈦產品，其相對密度(％)為99.46，硬度(hv)為398，屈服強度(mpa)為502，抗拉強度(mpa)為650，延伸率(％)為28。
實施例2
一種氫化鈦粉末注射成形用餵料產品，其原料由粘結劑和平均粒度為9～11μm的氫化鈦粉末組成，且粘結劑佔餵料產品總質量的11％；粘結劑由pw、lpw、pp、re、sa和eva組成，這些原料都採用常規市售產品，其中，eva產自美國杜邦，且乙酸乙烯的質量含量為20％；粘結劑中各組分的質量百分含量分別為pw40％、lpw17％、pp36％、re4％、sa2％、eva1％；稀土由ceh2、lah2和ceb6分別按照佔粘結劑總質量的3％、0.85％和0.15％比例組成。
本例中所述氫化鈦粉末注射成形用餵料產品的製備方法，包括以下步驟：
分別稱取粘結劑的各組分、氫化鈦粉末，之後將其混合均勻，放入預熱好的密煉機中在180℃下，混煉3.5h，後將混煉好的熔融狀態的餵料取出，冷卻後在破碎機中破碎，再通過制粒機制粒，最後抽真空包裝保存，即製得氫化鈦粉末注射成形用餵料產品。
此外，在應用本例中所得餵料產品注射成形製備鈦產品過程中，先將餵料產品加入注射成形機內，於注射溫度為160～190℃，注射壓力為60～127mpa，模溫為112～125℃條件下注射成形，製備出坯件；再將坯件置於正庚烷中脫脂，脫脂溫度為40～60℃，脫脂時間為4～5h，得到脫脂坯；後將脫脂坯置於低壓燒結爐內進行燒結，燒結溫度1200～1350℃，保溫120～240min，即得到金屬鈦產品。
經檢測本例中所製得的鈦產品，其相對密度(％)為99.51，硬度(hv)為400，屈服強度(mpa)為498，抗拉強度(mpa)為649，延伸率(％)為30。
實施例3
一種氫化鈦粉末注射成形用餵料產品，其原料由粘結劑和平均粒度為9～11μm的氫化鈦粉末組成，且粘結劑佔餵料產品總質量的13％；粘結劑由pw、lpw、pp、re、sa和eva組成，這些原料都採用常規市售產品，其中，eva產自美國杜邦，且乙酸乙烯的質量含量為20％；粘結劑中各組分的質量百分含量分別為pw33％、lpw12％、pp35％、re5％、sa10％、eva5％；稀土由ceh2、ndh2、yh2和lab6、ndb2分別按照佔粘結劑總質量的1.3％、2％、1.55％和0.05％、0.10％比例組成。
本例中所述氫化鈦粉末注射成形用餵料產品的製備方法，包括以下步驟：
分別稱取粘結劑的各組分、氫化鈦粉末，之後將其混合均勻，放入預熱好的密煉機中在190℃下，混煉4h，後將混煉好的熔融狀態的餵料取出，冷卻後在破碎機中破碎，再通過制粒機制粒，最後放入真空乾燥箱保存，即製得氫化鈦粉末注射成形用餵料產品。
此外，在應用本例中所得餵料產品注射成形製備鈦產品過程中，先將餵料產品加入注射成形機內，於注射溫度為180～190℃，注射壓力為100～127mpa，模溫為120～125℃條件下注射成形，製備出坯件；再將坯件置於正庚烷中脫脂，脫脂溫度為55～60℃，脫脂時間為4.5～5h，得到脫脂坯；後將脫脂坯置於低壓燒結爐內進行燒結，燒結溫度1300～1350℃，保溫220～240min，即得到金屬鈦產品。
經檢測本例中所製得的鈦產品，其相對密度(％)為99.53，硬度(hv)為400，屈服強度(mpa)為500，抗拉強度(mpa)為667，延伸率(％)為30。