YT5硬质合金注射成形新型溶剂脱脂工艺研究.pdf

2007 年 9 月 Sep.2007 第 24 卷第 3 期 Vol.24 No.3 硬 质 合 金 CEMENTED CARBIDE !!!! ! !!!! ! 材料工艺 YT5 硬质合金注射成形新型溶剂脱脂工艺研究 高建祥 1 周兴灵 1 曲选辉 2 (1.湖南工业大学材料与冶金工程系, 湖南株洲, 412000; 2.北京科技大学材料科学与工程学院, 北京 100083) 摘 要 脱脂是整个注射成形工艺中的关键步骤。本文以 YT5 硬质合金为对象 , 以正 庚烷作为溶剂 , 系统研究了以多组元聚合物为粘结剂的注射坯样的溶剂脱脂行为。考 查了粘结剂体系组成、脱脂温度、脱脂时间、样品厚度、样品形状对坯样脱脂率的影响及 其原因。实验结果表明 : 在本实验所使用的三组粘结剂体系中 , 改进型蜡基粘结剂溶剂 脱脂速度最快 , 脱脂效果最好 , 40 ℃、3 h 条件下该粘结剂体系中能被溶剂溶解的组元 的脱除率达到 98%; 随脱脂温度的升高、脱脂时间的延长 , 粘结剂脱除率增大 ; 溶剂脱 脂初期为扩散控制 , 后期为溶解控制 ; 粘结剂平均脱除速率与生坯表面积成正比 , 与生 坯厚度成反比 ; 脱脂完成后 , 脱脂坯边缘和中心组织均匀一致。 关键词 YT5 硬质合金 注射成形 多组元聚合物粘结剂 溶剂脱脂 * 国家杰出青年科学基金(课题编号:和国家重点基础研究发展规划(课题编号: G2000067203)资助课题 作者简介: 高建祥 , 男 , 1977 年生 , 硕士 , 湖南工业大学材料与冶金工程系 E- mail: pimgao@163.com PIM( 粉末注射成形) 是当今世界最热门的异型 零件成形技术。该技术一次成形材料利用率高, 表面 光洁度好, 生产成本低, 特别适合于大批量生产体积 小、形状复杂的零部件[1]。脱脂是注射成形工艺过程 中最重要也是最困难的步骤之一[2, 3], 控制不当将引 起脱脂坯变形、成分波动等缺陷, 进而影响最终产品 的性能。因此, 研究、开发新型的粘结剂和脱脂技术 具有重要的意义。脱脂方法大体上可分为热脱脂、溶 剂脱脂、虹吸脱脂和催化脱脂四类。其中热脱脂是应 用最多的脱脂方法, 它具有适应范围广、投资小、操 作简单等优点。其缺点是脱脂时间长, 生产效率低, 容易产生脱脂缺陷[4, 5]。虹吸脱脂速率较快 , 但由于 坯块与虹吸材料相互粘结及成本高等原因, 实际应 用较少[6, 7]。催化脱脂工艺脱脂速率快 , 制品变形极 小, 但工艺中用于催化脱脂的酸蒸汽对设备及环境 有不利影响[8, 9]。溶剂脱脂是把生坯浸于加热的溶剂 或溶剂蒸汽中 , 生坯中可 溶的粘结剂 组分通过溶 解- 扩散反应溶于溶剂中 , 从而达到脱除粘结剂的 目的。该方法不仅能大幅度缩短脱脂时间, 提高生产 效率 , 而且制品变形小 , 不会引起有害成分波动 , 是 粉末注射成形特别是对成分波动要求高的粉末注射 成形理想的脱脂方法[10]。 本文研究了粘结剂体系组成、脱脂温度、脱脂时 间、样品厚度及形状等对硬质合金注射坯样粘结剂 脱除率的影响, 并探讨了其内在原因。 1 实验方法 原料粉末采用 YT5 硬质合金混合粉 , 其物理化 学特性见表 1。粉末形貌见图 1, 形状为不规则多角 状。本实验所用粘结剂体系分为 A、B、C 三个体系 , 由以下几组元构成 : 石蜡(PW)、微晶腊 ( MW) 、植物 油( VO) 、乙烯- 乙酸乙烯酯共聚物( EVA) 、高密度聚 乙烯 ( HDPE) 、线性低密度聚乙烯 ( LLDPE) 、硬脂酸 ( SA) 、邻苯二甲酸二辛酯( DOP) 。首先将粉末和 A、 B、C 三组粘结剂在 XSS- 300 转矩流变仪 上进行混 炼 , 得相应 1#、2#、3# 喂料 , 三组喂料混炼温度分别 为 140 ℃、130 ℃、120 ℃, 混炼时间均为 2 h, 粉末装 硬 质 合 金 第 24 卷 载量均为 57vol%。混炼后的喂料在 LSJ20 型螺杆式 塑料挤出装置上制粒, 1#、2#、3# 喂料制粒温度分别 为 140 ℃、130 ℃、120 ℃。然后在 SZ- 28 型注射成形 机上注射出各种形状的生坯 , 注射坯样分别称重后 浸入正庚烷中进行溶剂脱脂 , 加热方式为水 浴加 热 , 温度由仪表自动控制 , 溶剂脱脂后进行风干称 重, 计算试样的粘结剂脱除率。端面观察在 JSM35C 电子扫描电镜上进行。 2 实验结果与讨论 2.1 粘结剂体系的组成对脱脂率的影响 以 6 mm×6 mm×42 mm 矩形生坯为例, 溶剂脱 脂温度为 40 ℃。粘结剂体系构成见表 2, 各组粘结 剂 中 溶 剂 能 溶 解 的 组 分 所 占 百 分 比 均 为 75wt%