專利名稱：一種制備復(fù)雜形狀和高尺寸精度鎢零部件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于注射成形技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種制備復(fù)雜形狀和高尺寸精度鎢零部件的方法。
背景技術(shù)：
金屬鎢具有高的熔點(3410℃)、高的密度(19.3g/m3)、高的彈性模量和強(qiáng)度以及低的仍膨脹系數(shù)等一系列優(yōu)良特性，在現(xiàn)代國防、原子能工業(yè)、電真空、電光源等工程應(yīng)用領(lǐng)域中占有重要地位。由于熔點高，高致密度的鎢需要的燒結(jié)溫度很高，通常采用垂熔方法燒結(jié)，該方法只能生產(chǎn)棒材或塊體材料，無法燒結(jié)復(fù)雜形狀的零部件，加上鎢的硬度高、脆性大，加工性能很差，很難直接利用機(jī)械加工的方法制備出復(fù)雜形狀和高尺寸精度的鎢零部件。采用化學(xué)氣相沉積法雖然能夠制備復(fù)雜形狀的鎢制品，但生產(chǎn)效率低，成本高。
粉末注射成形是世界上目前最熱門的材料成形技術(shù)之一，該技術(shù)的最大特點是克服了傳統(tǒng)粉末壓制工藝難以直接生產(chǎn)復(fù)雜形狀零部件，而后續(xù)機(jī)加工工序長、原料利用率低、成本高的缺點，特別適合薄壁、復(fù)雜形狀零部件的近終形批量化生產(chǎn)。由于成形過程為流動充模，成形坯密度均勻，因此，所制備的產(chǎn)品尺寸精度高，并且具有組織均勻、性能優(yōu)越的特點?？梢?，將粉末注射成形技術(shù)應(yīng)用在復(fù)雜形狀和高尺寸精度鎢零部件生產(chǎn)中，可望徹底解決目前面臨的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于一種制備復(fù)雜形狀和高尺寸精度鎢零部件的方法，解決了金屬鎢的高尺寸精度和復(fù)雜形狀零部件的成形問題。
本發(fā)明是通過以下步驟實現(xiàn)的1.原料粉末的制備。利用高能球磨機(jī)將鎢粉末球磨2～12小時，得到球磨粉末。
2.喂料的制備。將步驟1得到的粉末與粘結(jié)劑混合均勻制成喂料，喂料中粉末所占體積比為50～62％，最佳為54～58％；其粘結(jié)劑由重量百分比為40～70％石蠟、15～35％高密度聚乙烯、10～30％聚丙烯和3～10％硬脂酸組成。
3.注射成形。喂料在注射機(jī)上注射成形，注射溫度為120～170℃，注射壓力為80～140MPa。
4.脫脂和預(yù)燒結(jié)。注射坯采用溶劑脫脂+后續(xù)熱脫脂的脫脂工藝，首先在三氯乙烯中將注射坯溶劑脫脂2～12小時，然后烘干。熱脫脂和預(yù)燒結(jié)在20～1500℃間進(jìn)行，共需要時間為8～20小時。
5.燒結(jié)。注射坯體脫脂和預(yù)燒結(jié)后，在燒結(jié)爐中2100～2400℃的溫度下燒結(jié)，保溫1～10小時，燒結(jié)產(chǎn)品經(jīng)后續(xù)處理，得到鎢零部件。
本發(fā)明的優(yōu)點在于1、利用高能球磨機(jī)球磨粉碎粉末，粉末粒度更細(xì)小，燒結(jié)活性增加，可以有效降低燒結(jié)溫度和提高產(chǎn)品的密度。高能球磨還改變了粉末的粒度和粒度分布，有利于提高粉末在喂料中的體積比，減小產(chǎn)品燒結(jié)時收縮率。
2、將鎢金屬粉末與粘結(jié)劑混合后，得到的喂料混合均勻，喂料在注射成形機(jī)上注射成形得到的成形坯密度均勻，燒結(jié)時產(chǎn)品收縮一致。燒結(jié)產(chǎn)品不需任何機(jī)加工處理，喂料可重復(fù)利用，材料利用率幾乎達(dá)100％。
3、采用溶劑脫脂和熱脫脂相結(jié)合的工藝，不僅縮短了整個脫脂用時，同時減少了變形風(fēng)險，提高了生產(chǎn)效率和成品率，所生產(chǎn)的產(chǎn)品尺寸精度高，性能均勻一致，且可批量生產(chǎn)，成本低。采用該方法制備的鎢零部件的致密度大于93％，純度大于99％，尺寸精度在±0.5％之內(nèi)。
具體實施例方式
實施例1將鎢粉末在高能球磨機(jī)中球磨4小時，粘結(jié)劑由60％石蠟、25％高密度聚乙烯、10％聚丙烯和5％的硬脂酸組成，粉末的體積比為56％，將粉末與粘結(jié)劑在SK-160型開放式煉膠機(jī)上混合后，再在PSJ32型混煉擠出機(jī)上制粒，使喂料進(jìn)一步均勻，喂料在CJ80-E型注射機(jī)上注射成形，注射溫度為160℃，注射壓力為90MPa，所得的注射坯在三氯乙烯中萃取脫脂4小時，再在60℃溫度下干燥30分鐘后置于氣氛脫脂爐中進(jìn)行熱脫脂，熱脫脂時間為8小時，將脫脂坯在1300℃的氫氣爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)1小時后，置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2300℃，燒結(jié)時間為6小時，燒結(jié)產(chǎn)品經(jīng)后續(xù)處理即得到鎢零部件。
實施例2將鎢粉末在高能球磨機(jī)中球磨6小時，粘結(jié)劑由55％石蠟、25％高密度聚乙烯、15％聚丙烯和5％的硬脂酸組成，粉末的體積比為56％，將粉末與粘結(jié)劑在SK-160型開放式煉膠機(jī)上混合后，再在PSJ32型混煉擠出機(jī)上制粒，使喂料進(jìn)一步均勻，喂料在CJ80-E型注射機(jī)上注射成形，注射溫度為160℃，注射壓力為100Mpa，所得的注射坯在三氯乙烯中萃取脫脂2小時，再在60℃溫度下干燥30分鐘后置于氣氛脫脂爐中進(jìn)行熱脫脂，熱脫脂時間為8小時，將脫脂坯在1300℃的氫氣爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)1小時后，置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2300℃，燒結(jié)時間為6小時，燒結(jié)產(chǎn)品經(jīng)后續(xù)處理即得到鎢零部件。
實施例3將鎢粉末在高能球磨機(jī)中球磨8小時，粘結(jié)劑由50％石蠟、25％高密度聚乙烯、15％聚丙烯和10％的硬脂酸組成，粉末的體積比為54％，將粉末與粘結(jié)劑在SK-160型開放式煉膠機(jī)上混合后，再在PSJ32型混煉擠出機(jī)上制粒，使喂料進(jìn)一步均勻，喂料在CJ80-E型注射機(jī)上注射成形，注射溫度為150℃，注射壓力為100Mpa，所得的注射坯在三氯乙烯中萃取脫脂4小時，再在60℃溫度下干燥30分鐘后置于氣氛脫脂爐中進(jìn)行熱脫脂，熱脫脂時間為6小時，將脫脂坯在1300℃的氫氣爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)1小時后，置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2300℃，燒結(jié)時間為4小時，燒結(jié)產(chǎn)品經(jīng)后續(xù)處理即得到鎢零部件。
實施例4將鎢粉末在高能球磨機(jī)中球磨8小時，粘結(jié)劑由45％石蠟、25％高密度聚乙烯、25％聚丙烯和5％的硬脂酸組成，粉末的體積比為52％，將粉末與粘結(jié)劑在SK-160型開放式煉膠機(jī)上混合后，再在PSJ32型混煉擠出機(jī)上制粒，使喂料進(jìn)一步均勻，喂料在CJ80-E型注射機(jī)上注射成形，注射溫度為150℃，注射壓力為100Mpa，所得的注射坯在三氯乙烯中萃取脫脂4小時，再在40℃溫度下干燥30分鐘后置于氣氛脫脂爐中進(jìn)行熱脫脂，熱脫脂時間為6小時，將脫脂坯在1300℃的氫氣爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)1小時后，置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2300℃，燒結(jié)時間為4小時，燒結(jié)產(chǎn)品經(jīng)后續(xù)處理即得到鎢零部件。
實施例5將鎢粉末在高能球磨機(jī)中球磨10小時，粘結(jié)劑由40％石蠟、35％高密度聚乙烯、25％聚丙烯和5％的硬脂酸組成，粉末的體積比為52％，將粉末與粘結(jié)劑在SK-160型開放式煉膠機(jī)上混合后，再在PSJ32型混煉擠出機(jī)上制粒，使喂料進(jìn)一步均勻，喂料在CJ80-E型注射機(jī)上注射成形，注射溫度為160℃，注射壓力為100Mpa，所得的注射坯在三氯乙烯中萃取脫脂2小時，再在30℃溫度下干燥60分鐘后置于氣氛脫脂爐中進(jìn)行熱脫脂，熱脫脂時間為8小時，將脫脂坯在1300℃的氫氣爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)1小時后，置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2300℃，燒結(jié)時間為4小時，燒結(jié)產(chǎn)品經(jīng)后續(xù)處理即得到鎢零部件。
實施例6
將鎢粉末在高能球磨機(jī)中球磨10小時，粘結(jié)劑由65％石蠟、15％高密度聚乙烯、15％聚丙烯和5％的硬脂酸組成，粉末的體積比為58％，將粉末與粘結(jié)劑在SK-160型開放式煉膠機(jī)上混合后，再在PSJ32型混煉擠出機(jī)上制粒，使喂料進(jìn)一步均勻，喂料在CJ80-E型注射機(jī)上注射成形，注射溫度為160℃，注射壓力為100Mpa，所得的注射坯在三氯乙烯中萃取脫脂6小時，再在60℃溫度下干燥30分鐘后置于氣氛脫脂爐中進(jìn)行熱脫脂，熱脫脂時間為6小時，將脫脂坯在1300℃的氫氣爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)1小時后，置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2200℃，燒結(jié)時間為8小時，即得到鎢零部件。
實施例7將鎢粉末在高能球磨機(jī)中球磨12小時，粘結(jié)劑由60％石蠟、20％高密度聚乙烯、15％聚丙烯和5％的硬脂酸組成，粉末的體積比為56％，將粉末與粘結(jié)劑在SK-160型開放式煉膠機(jī)上混合后，再在PSJ32型混煉擠出機(jī)上制粒，使喂料進(jìn)一步均勻，喂料在CJ80-E型注射機(jī)上注射成形，注射溫度為150℃，注射壓力為100Mpa，所得的注射坯在三氯乙烯中萃取脫脂2小時，再在60℃溫度下干燥30分鐘后置于氣氛脫脂爐中進(jìn)行熱脫脂，熱脫脂時間為6小時，將脫脂坯在1300℃的氫氣爐中進(jìn)行預(yù)燒結(jié)1小時后，置于中頻感應(yīng)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)溫度為2200℃，燒結(jié)時間為6小時，燒結(jié)產(chǎn)品經(jīng)后續(xù)處理即得到鎢零部件。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)雜形狀和高尺寸精度鎢零部件的生產(chǎn)方法，其特征在于制備工藝為a.原料粉末的制備利用高能球磨機(jī)將鎢粉末球磨2～12小時，得到球磨粉末；b.喂料的制備將步驟a得到的粉末與粘結(jié)劑混合均勻制成喂料，喂料中粉末所占體積為50～62％；其粘結(jié)劑由重量百分比為40～70％石蠟、15～35％高密度聚乙烯、10～30％聚丙烯和3～10％硬脂酸組成；c.注射成形喂料在注射機(jī)上注射成形，注射溫度為120～170℃，注射壓力為80～140MPa；d.脫脂和預(yù)燒結(jié)注射坯采用溶劑脫脂加后續(xù)熱脫脂的脫脂工藝，首先在三氯乙烯中將注射坯溶劑脫脂2～12小時，然后然后烘干；熱脫脂和預(yù)燒結(jié)在20～1500℃間進(jìn)行，共需要時間為8～20小時。e.燒結(jié)注射坯體脫脂和預(yù)燒結(jié)后，在燒結(jié)爐中2100～2400℃的溫度下燒結(jié)，保溫1～10小時，燒結(jié)產(chǎn)品經(jīng)后續(xù)處理，得到鎢零部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于喂料中粉末所占體積為54～58％。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制備復(fù)雜形狀和高尺寸精度鎢零部件的方法，屬于注射成形技術(shù)技術(shù)領(lǐng)域。將鎢粉末利用高能球磨機(jī)球磨2～12小時得到球磨粉末，然后加入由重量百分比為40～70％石蠟、15～35％高密度聚乙烯、10～30％聚丙烯和3～10％硬脂酸組成的粘結(jié)劑，將球磨粉末與粘結(jié)劑混合成均勻的喂料，喂料中粉末的體積比為50～62％，喂料在注射機(jī)上注射成形，注射溫度為120～170℃，注射壓力為80～140MPa。注射坯體脫脂和預(yù)燒結(jié)后，在燒結(jié)爐中2100～2400℃的溫度下燒結(jié)，保溫1～10小時，燒結(jié)產(chǎn)品經(jīng)后續(xù)處理，得到鎢零部件。其優(yōu)點在于材料利用率幾乎達(dá)100％，制備的鎢零部件的致密度大于93％，純度大于99％，尺寸精度在±0.5％之內(nèi)；且生產(chǎn)成本低。
文檔編號B22F3/10GK1669704SQ20051001161
公開日2005年9月21日 申請日期2005年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月22日
發(fā)明者曲選輝, 秦明禮, 張深根, 杜學(xué)麗, 李帥 申請人:北京科技大學(xué)