[发明专利]一种金属粉末凝胶-挤压成形方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属粉末凝胶挤压成形方法，属于粉末冶金生产工艺中金属零部件制备领域，特别是提供了一种近净成形金属棒材、管材及复杂形状零件的金属粉末凝胶-挤压成形方法。

背景技术

模压成型是目前金属及合金粉末成型的主要方法之一。粉末注射成形结合了传统粉末冶金和塑料注射成形技术的优点，突破了传统金属粉末模压成形工艺在产品形状上的限制。但是大尺寸的产品总因由于模具成本、制造缺陷、设备容量和加工时间等因素而受到了限制。20世纪80年代，粉末塑化体挤压成形技术的出现，丰富了金属和陶瓷粉末的成形工艺，使得粉末冶金制备的金属零件向微型化、精密化发展，大大的提高了材料利用率及加工成本。然而上述方法共同的缺点就是脱脂过程繁琐耗时，容易形成坯体缺陷。此外，较高的成型压力导致生产耗能高，生产效率低下。

发明内容

本发明的目的在于克服传统粉末注射成形脱脂过程繁琐耗时，容易形成坯体缺陷以及由于较高的成型压力导致生产耗能高、生产效率低下的问题。

一种金属粉末凝胶-挤压成形方法，其特征是首先配制一定浓度的预混液，然后加入金属粉末制成稳定的凝胶体系，再把稳定的凝胶体系进行挤压成型制备成坯体，最后进行烧结成零件，具体方案如下：

1)配制预混液：

(1)采用有机单体和溶剂按体积比1～100∶1配制成浓度为5～50wt％的预混液，有机单体是指甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)或甲基丙烯酸乙酯(EMA)或三甲基丙烷三丙烯酸盐(TMPTA)，溶剂是指甲苯或汽油或长链乙醇。

(2)采用水基单体和交联剂按体积比1～240∶1的比例加入去离子水配制成浓度为5～50wt％的预混液。水基单体是指丙烯酰胺(AM)或甲基丙烯酰胺(MAM)，交联剂是指N，N′-亚甲基双丙烯酰胺(MBAM)或乙二醇二甲基丙烯酸酯(PEGDMA)。

2)配制金属悬浮浆料：

在上述任意一种预混液中加入体积百分数为10～60％的金属粉末(硬质合金粉或钛及钛合金粉)，再加入金属粉末质量的0.05～3wt％的分散剂(分散剂为Solsperse-6000超分散剂或油酸或聚丙烯酸盐)，并调节pH值至9.0～13.0。

3)制备稳定胶体：

将上述配制的金属悬浮浆料进行搅拌，亦可球磨1～4h，制成粘度适中、稳定的体系；保持体系温度在10～50℃，再分别加入0.1～10wt％的催化剂(过氧化苯甲酰(BPO)或N，N，N′，N′-四甲基乙二胺(TEMED))和引发剂(二甲基苯胺或过硫酸铵(APS))进行均匀搅拌，并同时真空除气制成金属粉末浆料。

4)挤压成形：严格控制固化时间在0.5～30min之间，将上述的金属粉末浆料倒入挤压机中，根据金属粉末特性，在40～60℃下，先预压(0.1～3MPa)并保压使其致密固化，然后以0.1～10MPa的压力和10～100cm/min速度挤出坯料，切断制得坯体。

5)坯体经整形干燥(40～100℃)，真空烧结得到最终金属产品。

在本发明中，采用凝胶注模成形技术与挤压技术相结合，一方面由于有机物含量低，不需要专门的脱脂工序。成形时需要的压力低，容易实现产品致密化和高强度，而且大大改善了成形难度。另一方面，解决了复杂形状成形困难的问题，而且模具机加工简单，生产成本降低；更重要的是在挤压工艺中引入了凝胶体系，提高了坯体的强度，实现了产品致密化，获得了综合性能优良的近净形零件。

本发明优点在于：

1、与压力成形相比，由于金属悬浮凝胶浆料流动性好，避免了由于成形时需要压力过大造成的复杂性状受限及能耗问题，大大改善了成形条件；

2、本发明只需加入不足5wt％的有机物，与注射成形和热压铸成形需加入大量有机粘结剂相比，不需专门脱脂工序，工艺简单，使生产成本大幅降低。

3、突破了传统成形技术，可以制备大尺寸、复杂形状的金属制品。

附图说明

图1为金属零件凝胶挤压成形方法流程图

具体实施方式

实施例1：YG6硬质合金棒材的凝胶挤压成形

1、称取1.5kg的YG6硬质合金粉，加入56ml甲基丙烯酸羟乙酯和56ml甲苯的有机溶液中，混合搅拌均匀；

2、称取4g Solsperse-6000超分散剂加入第1步浆料中，搅拌均匀，制成高浓悬浮浆料；

3、量取0.4g催化剂过氧化苯甲酰和3.6ml引发剂二甲基苯胺加入第2步高浓悬浮浆料中，搅拌均匀并在真空条件下除气3min；