金属注射成形石蜡基粘结剂体系的性质
粉末注射成型-粘结剂分类及优缺点
粉末注射成型-粘结剂分类及优缺点1. 蜡基粘结剂石蜡是固态高级烷烃的混合物，主要成分的分子式为CnH2n+2,其中n=17?35。
主要组分为直链烷烃，还有少量带个别支链的烷烃和带长侧链的单环环烷烃；直链烷烃中主要是正二十二烷（C 22H 46）和正二十八烷（C 28H 58 ）。
石蜡又称晶形蜡，通常是白色、无味的蜡状固体，在47°G64°C 熔化，密度约0.9g/cm 3, 溶于汽油、二硫化碳、二甲苯、乙醚、苯、氯仿、四氯化碳、石脑油等一类非极性溶剂，不溶于水和甲醇等极性溶剂。
石蜡也是很好的储热材料，其比热容为2.14 - 2.9J -??K 1,熔化热为 200 - 220J ―。
石蜡的主要性能指标是熔点、含油量和安定性。
熔点：石蜡是烃类的混合物，因此它并不像纯化合物那样具有严格的熔点。
所谓石蜡的熔点、是指在规定的条件下，冷却熔化了的石蜡试样，当冷却曲线上第一次出现停滞期的温度。
各种蜡制品都对石蜡要求有良好的耐温性能，即在特定温度r.不熔化或软化变形。
按照使用条件、使用的地区和季节以及使用环境的差异，要求商品石蜡具有一系列不同的熔点。
影响石蜡熔点的主要因素是所选用原料馏分的轻重，从较重馏分脱出的石蜡的熔点较高。
此外，含油量对石蜡的熔点也有很大的影响，石蜡中含油越多，则其熔点就越低。
含油量：是指石蜡中所含低熔点烃类的量。
含油量过高会影响石蜡的色度和储存的安定性，还会使它的硬度降低。
所以从减压馏分中脱出的含油蜡膏，脱油，以降低其含油量。
但大部分石蜡制品中需要含有少量的油，模性能是有利的。
安定性：石蜡制品在造型或涂敷过程中，长期处于热熔状态，性不好，就容易氧化变质、颜色变深，甚至发出臭味。
此外，使用时处于光照条件下石蜡也会变黄。
因此，要求石蜡具有良好的热安定性、氧化安定性和光安定性。
影响石蜡安定性的上要因素是其所含有的微量的非烃化合物和稠环芳烃。
为提高石蜡的安定性，就需要对石蜡进行深度精制，以脱除这些杂质。
翻译-金属基复合材料注射成型工艺总结
金属基复合材料注射成型工艺总结摘要金属注射成型（金属注射成型工艺）是一种成熟制造技术，是能够低成本高效益批量生产复杂零件的制造工艺。
这种独特处理方法能，使它对金属基复合材料的制造有吸引力。
在本文中，通过金属注射成型工艺制造金属基复合材料的研究和发展的状况进行总结，材料系统，制造方法，由此产生的材料特性和微观结构是主要的焦点。
此外，这种复合材料制造技术的不足在本文中也会介绍。
金属注射成型工艺工艺制备金属基复合材料的全部潜力有待探讨。
目录1. 介绍 (3)2. 金属基复合材料注射成型工艺 (4)2.1难熔金属基复合材料 (4)2.2 钛基复合材料 (6)2.3 金属化合物基复合材料 (6)2.4 钢基复合材料 (7)2.5双金属结构 (8)3.微注射成形 (9)4.总结 (10)1. 介绍粉末注射成型（PIM）是一种与塑料注塑成型相结合的成熟的制造技术。
粉末的能力冶金用于加工金属和陶瓷粉末（德国，1990年）。
PIM的过程通常包括四个步骤：混合，注塑成型，脱脂和烧结，如下图（图1）PIM技术的演变导致了许多变化，反映了不同的组合粉末，粘结剂，成型技术，脱脂路线，烧结做法。
金属注射成型，常用其简称金属注射成型工艺，是迄今为止使用最广泛的PIM的过程。
金属注射成型工艺吸引人的特点，非常有利于金属基复合材料的制造（MMC）或陶瓷基复合材料（CMC）。
虽然许多金属基复合材料具有独特的属性，但是无法正常实现制造工艺来实现材料，其商业用途往往受限于材料和制造成本。
通过采用金属注射成型工艺，使用复合材料的商业成本可显着降低。
在近年来，综合性的工作已进行到探索金属基复合材料的制造，并扩展到陶瓷基复合材料和部件。
金属注射成型工艺技术的复合材料制造公司甚至已建立并形成商业能力（德克尔，1989年，H. C. Starck的公司，2003年）。
最广泛的研究是PIM金属基复合材料，包括不锈钢钢，难熔金属，金属间化合物和钛合金。
211172531_金属粉末注射成形技术发展探究
金属粉末注射成形技术发展探究顾海峰摘要：金属粉末注射成形（Metal powder injection molding，MIM）技术，是一种新型的近净成形技术，主要用来生产形状小、结构复杂的零部件。
文章针对MIM技术的发展应用进行探究，综述了MIM工艺流程和技术特点、气雾化粉末与水雾化粉末的对比、MIM技术的应用现状、MIM工艺中的常见问题及解决对策，以期促进MIM技术进一步发展。
关键词：MIM技术；工艺流程；应用现状；问题；解决对策MIM技术起源于20世纪70年代，由美国学者首次开发成功。
到了80年代，关于MIM技术的理论和应用研究活动广泛开展，这一时期脱脂工艺用时明显缩短，产品尺寸精度得以提高。
进入21世纪，随着新材料、新工艺的出现，MIM向着产业化发展，解决了难熔金属基复合材料的加工问题。
在金属材料加工领域，人类追求金属零件一体成形的梦想从未停止，MIM技术是当今金属零件制造的顶尖技术，被誉为“金属加工技术的未来”。
以下结合现有研究成果，对MIM技术的发展与应用进行探讨。
1 MIM工艺流程和技术特点1.1 MIM工艺流程MIM工艺流程为：金属粉末+粘结剂→混炼制粒→注射成形→脱脂→烧结→后处理→成品。
主要材料和关键工艺介绍如下。
1.1.1 金属粉末理论上，满足粉末冶金要求的金属，均能用在MIM工艺中。
目前常用的金属粉末有：①低合金钢，如Fe-2Ni、Fe-8Ni；②不锈钢，如304L、440C、17-4PH；③硬质合金，如WC-6Co；④重合金，如W-Ni-Fe、W-Cu；⑤钛合金，如TiAl、Ti-6Al-4V、TiMo；⑥新型合金，如Fe-Al-Si、无Ni奥氏体不锈钢。
制备金属粉末，主要方法有雾化法、羰基法、电解法、还原法、研磨法等。
实践证实，粉末粒度大小、粉末之间的摩擦力，均会影响混料的均匀度。
粉末粒度越小、摩擦力越小，混料均匀度越高，有助于提高工艺质量。
1.1.2 粘结剂MIM工艺中，对粘结剂的要求为：粘度与熔点低，固化性、流动性、湿润性好，各组分不会分离，不会与金属粉末发生反应，分解温度高于混料温度、成形温度，且产物无毒无害、可循环使用。
金属注射成型
金属注射成形技术的现状和发展动向摘要综合阐述了金属注射成形的技术现状和产业化发展状况,并从粘结剂的选择和优化设计、新型粘结剂的开发和实用化、脱脂模型和脱脂动力学研究、尺寸精度过程控制几个方面评述了金属注射成形技术重要的发展动向。
关键词金属注射成形（MIM）；现状；发展动向金属注射成形(Metal Injection Molding,简称MIM)是一种从塑料注射成形行业中引伸出来的新型粉末冶金近净成形技术,众所周知,塑料注射成形技术低廉的价格生产各种复杂形状的制品,但塑料制品强度不高,为了改善其性能,可以在塑料中添加金属或陶瓷粉末以得到强度较高、耐磨性好的制品，近年来，这一想法已发展演变为最大限度地提高固体粒子的含量并且在随后的烧结过程中完全除去粘结剂并使成形坯致密化。
这种新的粉末冶金成形方法称为金属注射成形。
金属注射成形的基本工艺步骤是：首先是选取符合MIM要求的金属粉末和粘结剂，然后在一定温度下采用适当的方法将粉末和粘结剂混合成均匀的喂料，经制粒后在注射成形，获得的成形坯经过脱脂处理后烧结致密化成为最终成品。
1.MIM粉末及制粉技术MIM对原料粉末要求较高,粉末的选择要有利于混炼、注射成形、脱脂和烧结，而这往往是相互矛盾的，对MIM原料粉末的研究包括：粉末形状、粒度和粒度组成、比表面等，表1中列出了最适合于MIM用的原料粉末的性质。
由于MIM原料粉末要求很细，MIM原料粉末价格一般较高，有的甚至达到传统PM粉末价格的10倍，这是目前限制MIM技术广泛应用的一个关键因素，目前生产MIM用原料粉末的方法主要有羰基法、超高压水雾化法、高压气体雾化法等。
1.1羰基法MIM最早使用的粉末是羰基法生产的，美国GAF化学公司采用较粗的海绵铁粉作原料，制粒后在350度氢气中退火活化，然后置于反应器中，铁粒暴露在循环的CO中，气体压力为6OPMa，温度160度，铁与CO发生反应，得到气态的Fe(CO)5,并加以冷凝收集，接下来，使Fe(CO)5蒸发通过一个垂直的反应塔，反应塔加热到300度，在催化剂NH3作用下，Fe(CO)5在塔顶部分解为Fe和CO气体，将沉积的铁粉聚集体球磨，得到符合要求的成品铁粉，粉中一般含0.8%C，0.7%N和0.3%O（质量分数）。
金属注射成形石蜡基粘结剂体系的性质
金属注射成形石蜡基粘结剂体系的性质金属注射成形石蜡基粘结剂体系的性质李益民曲选辉颜寒松黄伯云邱光汉（中南工业大学粉末冶金国家重点实验室，长沙，４１００８３）摘要采用石蜡作为粘结剂第一组元，选择不同种类的聚合物作为第二组元，对几种石蜡基粘结剂和喂料的密度、表面张力、润湿角、热容、熔点、粘度、热解行为等特性进行了研究，探讨了粘结剂体系的各种性能及其性能与组成的关系，这对于粘结剂的设计和开发具有重要的意义．关键词粘结剂；石蜡基；金属注射成形中图法分类号ＴＦ１２４金属注射成形（ＭＩＭ）是近年来在塑料注射成形基础上迅速发展起来的一种新型粉末冶金近净成形技术，它具有３个基本的优点［１，２］：（１）可以一次成形制造复杂形状的金属零部件；（２）采用该工艺生产的产品组织均匀，性能优良；（３）生产成本相对较低．其基本工艺过程是：首先将粉末与粘结剂混合成均匀的喂料，在注射成形机上注射成形；随后采用热分解法或溶剂萃取法除去粘结剂后烧结为最终产品．在这个工艺过程中，粘结剂起着举足轻重的作用．粘结剂既是注射时提供流动性的载体，又在脱脂阶段起着维持坯块形状的作用．它一般由低分子质量、低熔点的第一组元和高分子质量、高熔点的第二组元组成．作者采用石蜡作为粘结剂第一组元，选择不同种类的聚合物作为第二组元，对比研究了石蜡基粘结剂体系的密度、表面张力、润湿角、热容、熔点、粘度和热解性能．１试验１．１原料所采用的粘结剂原料为石蜡（ＰＷ）、高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）、聚丙烯（ＰＰ）、乙烯－乙酸乙烯共聚物（ＥＶＡ）、硬脂酸（ＳＡ）．金属粉末为羰基铁粉、镍粉，其基本物化性能如表１和表２所示．表１粘结剂各组元性质组元化学结构ｔｍ／℃ρ／（ｇ·ｃｍ－３）ＰＷ（石蜡）ＣｎＨ２ｎ＋２５８０．９０ＨＤＰＥ（高密度聚乙烯）ＣＨ２－ＣＨ２ｎ１３９０．９５ＰＰ（聚丙烯）ＣＨ２－ＣＨｎＣＨ３１４２０．９０ＥＶＡ［ＣＨ－ＣＨ２］ｘ－［ＣＨ２－ＣＨ２］ｙｎＣＯＣＨ３８００．９６ＳＡ（硬脂酸）ＣＨ３［ＣＨ２］１６ＣＯＯＨ６６０．９６表２羰基铁粉和羰基镍粉的性质粉末粒度／μｍ松装密度／（ｇ·ｃｍ－３）摇实密度／（ｇ·ｃｍ－３）形状化学成分，ｗ／％ＣＯＮＦｅ粉３．９７１．６４２．９９近球形１．５１．５０．３Ｎｉ粉２．６００．７５１．９５近球形０．１０．３０．１表３粘结剂组成粘结剂组元／％ＰＷＨＤＰＥＰＰＥＶＡＳＡ混炼温度／℃混炼时间／ｈ１１号９０１０－－－１４０２１２号８５１５－－－１４０２１３号８０２０－－－１４０２１４号７９２０－－１１４０２２１号９０－１０－－１６０２２２号８５－１５－－１６０２２３号８０－２０－－１６０２２４号７９－２０－１１６０２３１号９０－－１０－１３０２３２号８５－－１５－１３０２３３号８０－－２０－１３０２３４号７９－－２０１１３０２表４喂料组成φ／％组元Ａ１Ａ２Ａ３Ａ４Ｂ１Ｂ２Ｂ３Ｂ４Ｃ１Ｃ２Ｃ３Ｃ４１４号５１４６４３４２－－－－－－－－２４号－－－－５２４９４４４２－－－－３４号－－－－－－－－５０４５４２４０Ｆｅ－Ｎｉ粉４９５４５７５８４８５１５６５８５０５５５８６０１．２试验过程采用自行设计制造的叶轮式混料器配制粘结剂，粘结剂配方和配制工艺条件见表３．喂料由粘结剂和Ｆｅ，Ｎｉ金属粉末在ＸＳＳ－３００转矩流变仪上混炼制得，采用３种主要粘结剂体系配制喂料，喂料组成见表４．采用液体浸入法，以蒸馏水为浸入液测量了喂料的密度．表面张力的测定则采用最大泡压法，仪器常数用蒸馏水进行标定．由Ｆｅ和Ｎｉ混合粉热压并加工出Ｆｅ－Ｎｉ金属板，用该板作为平面测量了粘结剂与Ｆｅ－Ｎｉ金属板之间的润湿角．采用ＤＳＣ法对粘结剂的热容和聚合物的熔点进行测量，标准参比物为α－Ａｌ２Ｏ３，喂料的粘度测量在Ｉｎｓｔｒｏｎ３２１１毛细管流变仪上进行．最后在Ｄｕｐｏｎｔ９９００机上进行ＴＧＡ试验，以α－Ａｌ２Ｏ３为参比物，升温速率为１０℃／ｍｉｎ，气氛为氮气．２结果与讨论２．１喂料密度与理论密度的差异喂料由金属粉末与粘结剂在一定温度下经混炼得到．在确定粘结剂情况下，随着金属粉末含量增加，喂料的密度随着升高．根据加和定律，喂料的理论密度可表示为：ρｆ＝ρｐφ＋ρｂ（１－φ）（１）式中：ρｆ为喂料密度；ρｐ和ρｂ分别为粉末和粘结剂的密度；φ为粉末装载量．事实上，由于金属粉末和粘结剂热膨胀系数的差异，喂料从混炼温度冷却下来时，粘结剂和粉末的收缩量不同，粘结剂的收缩量远远大于金属粉末的收缩量．若粘结剂和粉末表面的粘附力不强，则冷却下来时会导致喂料内部出现裂纹和孔洞，使得喂料实测密度小于理论计算密度．３种粘结剂体系喂料的实测密度以及采用式（１）计算所得的理论密度的比较如表５所示．图１是Ａ３喂料坯块的ＳＥＭ照片，显示出粉末和粘结剂之间的裂纹和孔洞．从表５可见，Ａ系列和Ｂ系列喂料密度与理论密度存在较大的差异，而Ｃ系列的差距很小，这说明ＰＷ－ＥＶＡ系粘结剂对粉末的结合力和粘附性能很好，而ＰＷ－ＨＤＰＥ和ＰＷ－ＰＰ系粘结剂性能则较差．图１喂料坯块中的裂纹和孔洞表５喂料的理论密度ρ理与实测密度ρ测ρ／（ｇ·ｃｍ－３）喂料Ａ１Ａ２Ａ３Ｂ１Ｂ２Ｂ３Ｃ１Ｃ２Ｃ３ρ理４．２８６４．６３１４．８３７４．２１２４．４１９４．７６４４．３５５４．７００５．０４４ρ测３．９９３４．３５３４．５０１４．０３２４．３０２４．５５３４．３４３４．６９８５．０３２偏差／％６．８０６．００６．９０４．３０２．６０４．４００．２８０．０４０．２４２．２粘结剂的表面张力和润湿性能粘结剂的表面张力影响着粉末的润湿性和粘结剂的强度，进而影响到ＭＩＭ的生坯强度．图２表示几种粘结剂表面张力与温度的关系．可以看到，随着温度的升高，粘结剂表面张力下降．这是由于温度升高，粘结剂分子热运动加剧所致．在石蜡中加入聚合物后，表面张力增大．且随着粘结剂中聚合物含量的增加，表面张力增大．其原因是聚合物的分子质量较大，分子间相互作用力比石蜡强；此外，表面活性剂ＳＡ的加入使得粘结剂的表面张力明显下降．图２粘结剂表面张力与温度的关系在ＭＩＭ过程中，粘结剂对粉末的润湿性能是影响混料均匀性、两相分离现象及随后的产品性能和尺寸均匀性的重要因素．润湿性能的好坏可用润湿角表示，判断润湿条件的Ｙｏｕｎｇ方程为［３］：σｌｇｃｏｓθ＝σｓｇ－σｓｌ（２）式中：σｓｇ，σｓｌ，σｌｇ分别为固－气、固－液、液－气表面张力；θ为润湿角．θ越小，则液体对固体的润湿性能越好．在１３０℃下测得１４号，２４号，３４号粘结剂的润湿角分别为θ１４号＝３７°，θ２４号＝４９°，θ３４号＝２２°．３４号粘结剂的润湿角最小，对粉末的粘附性能最好，最不容易与粉末发生分离现象，这同前面ＰＷ－ＥＶＡ系粘结剂制得的喂料密度与理论密度相差最小的实验结果是一致的．２．３热容与熔点喂料的热容对ＭＩＭ注射成形和冷却过程有着重大影响．在升温过程中，喂料热容越大，就越有利于温度的迅速稳定．在喂料注入冷模过程中，其热容越大，越有利于防止温度的骤降，从而达到消减坯块裂纹与孔隙的目的．对粘结剂和喂料热容测量的结果见图３和图４．图３表示ＰＷ－ＨＤＰＥ系粘结剂热容与聚合物含量及温度的关系，图４表示喂料热容与温度的关系．从图３和图４可以看到：粘结剂热容随着聚合物含量和温度的增加而升高；在粘结剂中加入金属粉末制成喂料后，热容下降；喂料的热容随着金属粉末含量的增加而下降，随温度升高而上升（上升幅度不大）．图３ＰＷ－ＨＤＰＥ粘结剂的含量与热容的关系图４喂料的热容与温度的关系聚合物的结晶熔点对ＭＩＭ过程工艺参数的制定具有重大影响．聚合物作为第二组元，在保持流动性的前提下，其熔点应当尽可能高以便在石蜡被脱除后仍能维持住坯块形状．从表１中可以看到３种聚合物熔点的差异．作者经研究发现，聚合物熔点在粘结剂和喂料中与纯组元状态下有所不同．ＨＤＰＥ的熔点为１３９℃，在１４号粘结剂中其熔点为１３１℃，降低了８℃；在Ａ３喂料中测得为１２７℃，比纯组元状态下降低了１２℃．了解这种熔点差异并对其加以足表６喂料在不同剪切速率下的粘度值压头速率／（ｃｍ·ｍｉｎ－１）０．００６０．２０．６２６２０剪切速率／ｓ－１Ａ４５．６１０１５．０５５２．９３２１１．６４７６．１１６５５Ｃ３３．６１３１３．８５６３．５２３０３．３６２０．２１５８０粘度／（Ｐａ·ｓ）Ａ４１６０１９１９．５４４４．９１４０．５９３．９６４３．５８Ｃ３９５３．４６６３．７２１７．８５７．２８３３．３６２０．３７够的重视，对于脱脂工艺的正确设定具有重要的意义．２．４粘度采用Ｉｎｓｔｒｏｎ３２１１流变仪，通过控制毛细管压头速率的变化，分别测量了粉末装载含量同为５８％的Ａ４，Ｂ４，Ｃ３喂料在１５０℃和不同剪切速率下的粘度值．实验表明，Ｂ４喂料由于发生严重两相分离现象，将毛细管压头堵塞，没有获得实验数据．表６表示Ａ４和Ｃ３喂料在不同剪切速率下的粘度值．从表６可见，同在１５０℃下，Ｃ３在各个剪切速率下的粘度值都低于Ａ４的粘度值，说明Ｃ３的流动性比Ａ４的要好，注射时更容易通过狭窄通道充满异型模腔．在注射成形温度下，喂料呈现假塑性体流变行为［４，５］，有τ＝ｋγｎ（３）式中：τ为剪切应力；γ为剪切速率；ｋ为系数；ｎ为应变敏感性指数．对于牛顿流体，ｎ＝１；对于假塑性体，ｎ＜１；对于一种喂料，ｎ值越大，喂料粘度随剪切速率的变化而上升或下降的速度越慢，喂料的流变稳定性就越好．注射成形时由于剪切速率经常存在波动现象，这种流变稳定性对于ＭＩＭ是非常有利的．图５和图６表示Ａ４和Ｃ３喂料的剪切应力－剪切速率的图５Ａ４的剪切应力τ与剪切速率γ·的关系图６Ｃ３的剪切应力τ与剪切速率γ·的关系双对数曲线图，经过线性拟合得到ｎＡ４＝０．３５，ｎＣ３＝０．３７．两者ｎ值相差不大，Ｃ３的略高，说明Ｃ３。
【资料】一文看懂金属注射成型(MIM)常用材料
一文看懂金属注射成型（MIM）常用材料一金属注射成型简介金属注射成型（Metal Injection Molding，MIM）是一种适于生产小型、三维复杂形状以及具有特殊性能要求制品的近净成形工艺。
该技术是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成形技术。
其基本工艺过程是：将各种微细金属粉末（一般小于20μm）按一定的比例与预设粘结剂，制成具有流变特性的喂料，通过注射机注入模具型腔成型出零件毛坯，毛坯件经过脱除粘结剂和高温烧结后，即可得到各种金属零部件。
流程图如下：二理想的MIM金属粉末什么样？粉末粒度、振实密度和颗粒形状是决定粉末能否成功用于MIM工艺的关键性能指标。
MIM工艺要求原料粉末很细(～10μm) , 以保证均匀的分散度、良好的流变性能和较大的烧结速率。
金属粉末微观结构（*2500倍）理想的MIM 用粉末为：粉末粒度2～8μm ；松装密度40 %～50 % ；振实密度50 %以上；粉末颗粒为近球形、比表面大。
目前，MIM金属粉末原料包括铁、镍、钛、不锈钢、贵金属、超合金等多种材料。
同时更在向多样化发展，例如结构材料、功能材料、磁性材料等。
生产MIM粉末的方法主要有：羰基法、超高压水雾化法、高压气体雾化法、等离子体雾化法以及层流雾化法。
不同的粉末制备技术对粉末的粒度、颗粒形状、微观结构、化学性质、制造成本等都有不同的影响。
雾化制粉图片来源LemtechMIM金属粉末相关企业如下：Sandvik(山特维克)Epson ATMIX日本太平洋卡彭特特种金属(常熟)有限公司湖南恒基粉末科技有限责任公司江西悦安超细金属有限公司中泰合金材料有限公司江苏天一超细金属粉末有限公司广州有色金属研究院晋江市中和特种粉末材料公司浙江泰堡金属制品有限公司玉溪大红山矿业有限公司粉末冶金科技分公司苏州豪昇粉末五金制品有限公司深圳威泰克斯粉末冶金股份有限公司深圳市铂科新材料股份有限公司大陆塑天实业有限公司昆山纳诺新材料科技有限公司晋江市中和特种磁性材料有限公司湖南宁乡吉唯信金属粉体有限公司飞而康快速制造科技有限责任公司秦皇岛市雅豪新材料科技有限公司东莞市顶鑫不锈钢公司石家庄利德粉末材料有限责任公司湖州慧金材料科技有限公司大同特殊钢(上海)有限公司广东鸿海金属材料有限公司安泰科技粉末与制品分公司东莞市酬勤包装制品有限公司绵阳西磁新材料有限公司………… 三MIM如何选择粘结剂？图：小尺寸工件对粘结剂稳定性的要求越来越高图片来源Makepolo粘结剂是MIM技术的核心，MIM与常规粉末冶金方法相比的一个重要差异即粘结剂含量高。
金属粉末注射成形用石蜡-油-聚乙烯粘结剂
金属粉末注射成形用石蜡-油-聚乙烯粘结剂金属粉末注射成形(ＭｅｔａｌＩｎｊｅｃｔｉｏｎＭｏｌｄｉｎｇ,简称ＭＩＭ)是粉末冶金与塑料注射成形相结合而产生的一门新技术,其优点在于粉末中加入了大量粘结剂(体积分数为30 %～50 % ) ,从而增强了粉末的流动性,可以近净成形各种形状复杂的零部件 .选用粘结剂是ＭＩＭ技术的核心 .石蜡基粘结剂是广泛应用的粉末注射成形用粘结剂<1～5> ,已开发出多种石蜡/聚烯烃粘结剂 .石蜡基粘结剂流变性好,注射工艺范围宽 .但石蜡在注射成形冷却过程中,相变收缩大( 11%～ 2 0 % ) ,注射后产生较大的热应力,易出现缩孔,不宜注射厚的试样<6> .油/聚烯烃粘结剂<7～9> 利用了油在常温下呈液态,并在注射冷却过程中没有收缩的特性,且可以用溶剂溶解而没有相变;但液态油本身没有强度,油加入量多时势必会降低生坯强度 .因此,将石蜡基粘结剂和油基粘结剂混合使用,开发石蜡油聚烯烃粘结剂体系具有广阔的应用前景 .在此,作者对该粘结剂组分中石蜡、聚乙烯进行选择,并着重研究油的加入对粘结剂性能的影响 .1实验方法 1 1实验原料实验中采用羰基铁粉和羰基镍粉作为原料,其性能如表1所示.粘结剂原料有巴西棕榈蜡、微晶石蜡以及2种相对分子质量不同的聚乙烯等.1 2实验过程实验过程为:粘结剂混合→粘结剂与粉末混炼→注射成形→脱脂.粘结剂混合在自制的装置中进行.采用ＤＳＣ法测定喂料比热容,采用Ｘ衍射仪测定粘结剂组分相容性,采用标准抗弯试样和三点抗弯法测定生坯强度 .表1羰基铁粉和镍粉的性能粉末费氏粒径/μｍ摇实密度/(ｇ·ｃｍ- 3)松装密度/(ｇ·ｃｍ- 3)形貌纯度/% ｗ杂质/%ＣＯＮＳ羰基铁粉 3 .97 2 .97 1.6 4球形>96 0≤1.5≤1.5 <0 .3 羰基镍粉2 .6 0 1.95 0 .75球形>99.5≤0 .15≤0 .2 5 ≤0 .0 0 52实验结果与讨论2 1石蜡组分的选择在油聚乙烯中加入不同种类的石蜡,观察粘结剂的性质,其结果见表 2 .可见:从组分相容性看,微晶石蜡和石蜡Ａ较好;从溶解性看,石蜡Ａ可溶于ＣＨ2 Ｃｌ2 或ＣＨＣｌ3 等通用溶剂.因为只有溶解质量分数超过30 %～4 0 %的粘结剂,溶剂才能在后续热脱脂时有利于快速升温.所以,石蜡组分也只有溶于溶剂,才能使总的可溶成分的比例足够大,脱脂速率增加.这样,从溶解性看,石蜡Ａ较好.可见,虽然巴西棕榈蜡、微晶石蜡能增加粘结剂与粉末的亲和力,但这2种石蜡不宜作此粘结剂中的石蜡组分 .石蜡Ａ综合性能较好,适宜作粘结剂的组分.表2不同石蜡对石蜡油聚乙烯粘结剂性能的影响性能组份相容性生坯强度蜡是否溶于ＣＨ2 Ｃｌ2 或ＣＨＣｌ3巴西棕榈蜡两相分离较高不溶微晶石蜡工艺相容高不溶石蜡Ａ工艺相容较高可溶2 2油加入量对混炼扭矩和最大粉末装载量的影响如图1所示,随着油加入量的增加,混炼扭矩减小 .因为油可在粘结剂和粉末间流动,在喂料和混炼的转子间起润滑剂的作用,从而减小喂料对混炼设备的磨损,较小的扭矩还可减少喂料对注射成形机螺杆的磨损.1,3—ｗ油φｍａｘ曲线;2—ｗ油Ｐ曲线图1油加入量对扭矩ｐ和最大粉末装载量φｍａｘ的影响油的加入使石蜡聚乙烯混炼的最大粉末装载量比未加入油时减小了约1% (体积分数,下同) ,这可能是石蜡和油流变性轻微不同所致 .不过,当油的加入量超过10 %时,粉末装载量不再减小 .实验中采用了2种相对分子质量不同的聚乙烯 .当聚乙烯相对分子质量降低时,粉末装载量可从57%提高到60 % .2 .3油加入量对注射坯冷却过程的影响油加入量对粘结剂平均比热容的影响见图 2 .可见,随着粘结剂中油含量增加,粘结剂比热容有所降低,这可能是由于石蜡比热容大于油的比热容,而石蜡的比热容在相变前、后变化大,油加入后使喂料在冷却过程中吸热减小 .更重要的是,油在喂料冷却过程中没有相变,从而在注射过程中缩孔、开裂的可能性减少 .图2油加入量对粘结剂比热容ｃ的影响 2 .4油加入量对生坯强度的影响粘结剂中油含量对生坯强度的影响见图 3.可见:随着油的加入,生坯强度降低较多.因为油本身无强度,油加入量增加,一方面使石蜡含量降低,另一方面部分油溶于聚乙烯链中或分散在石蜡和聚乙烯间,降低了粘结剂分子间作用力,故生坯强度下降 .当油含量为30 % (质量分数,下同)时,生坯强度为 5.5ＭＰａ;而油含量 4 0 %时,生坯强度只有 4 .2ＭＰａ.故要保证注射生坯强度大于5ＭＰａ,则油含量不能超过30 % .图3油加入量对生坯强度σ的影响2 .5粘结剂组分相容性图4所示为石蜡(ｗａｘ)、石蜡油(ｗａｘ/ｏｉｌ)、聚乙烯(ＰＥ)及ｗａｘ/ｏｉｌ/ＰＥ的Ｘ射线衍射射图 .可见,ｗａｘ/ｏｉｌ/ＰＥ粘结剂的衍射峰位与ｗａｘ,ｗａｘ/ｏｉｌ,ＰＥ的完全相同,没有新的衍射峰出现,说明3个组分间无化学反应存在,粘结剂是各组分的机械混合物 .ＥｄｉｒｉｓｉｎｇｈｅＭＪ用ＤＳＣ对石蜡聚丙烯进行了研究,发现峰位一致<10 > ,说明该粘结剂组分无相互作用,是不相容的 .1—ｗａｘｏｉｌＰＥ;2—ｗａｘｏｉｌ;3—ＰＥ;4—ｗａｘ图4石蜡油聚乙烯粘结剂与组分的Ｘ射线衍射图2 .6油加入量对溶剂脱脂速率的影响以ｍ(ｗａｘ)∶ｍ(ｏｉｌ)∶ｍ(ＰＥ) =( 70 -ｘ)∶ｘ∶30的粘结剂与φ(Ｆｅ2Ｎｉ) =58%粉末装载量混炼的喂料,注射成标准抗弯样(厚度约 6.37ｍｍ) ,研究它们在ＣＨ2 Ｃｌ2 溶剂中的脱脂速率,ｘ分别取10 ,2 0 ,30 ,4 0 ,测得的结果见图 5.可见,未加入油时,曲线1的脱脂速率最低,随着油含量增加,脱脂速率增加较快,这是因为油比石蜡更易溶于ＣＨ2 Ｃｌ2 ;曲线6与曲线4相比,两者的含量相同,但脱脂温度不同,脱脂速率随温度升高大幅度提高 .从图5可以看到:曲线6与曲线5相比,两者油含量不同,脱脂温度也不同;在曲线6中,当脱脂5ｈ后脱脂量达到粘结剂的52 % ,而曲线5仅为34 % .考虑到粘结剂中30 %的油都较易通过溶解和扩散脱除,因此,曲线5和6所示的脱脂量的差别显然不能仅仅用脱脂温度升高而导致溶剂或溶解产物在坯中扩散加快来解释.从石蜡在ＣＨ2 Ｃｌ2 中溶解度随温度的变化关系可以推断,脱脂温度升高时,石蜡在ＣＨ2 Ｃｌ2 中溶解度及溶解速率增加是另一个重要因素.因为在 2 0℃时,石蜡在ＣＨ2 Ｃｌ2 中溶解度非常小;而在35℃时,石蜡的溶解度激增,约为 2 0ｇ/Ｌ .所以,温度升高,石蜡被溶解的量大大增加,使曲线6脱脂量远远大于曲线5的脱脂量 .这一结果间接地反映了该粘结剂的脱脂原因可能是由粘结剂的溶解和扩散造成的.1— 2 0℃,ｗ油=0 ;2—2 0℃,ｗ油=10 % ;3—2 0℃,ｗ油=2 0 % ;4—2 0℃,ｗ油=30 % ;5—2 0℃,ｗ油=40 % ;6—35℃,ｗ油=30 %图5油的含量和温度对脱脂速率的影响3结论ａ石蜡Ａ能溶于二氯甲烷,采用低相对分子质量的聚乙烯能得到较高的粉末装载量,适宜于作粘结剂的组分.ｂＸ射线衍射结果表明,石蜡油聚乙烯粘结剂组分是不相容的.ｃ油的加入降低了混炼扭矩、最大粉末装载量和生坯强度,但同时也减少了注射缺陷,并使溶剂脱脂速率增加 .采用该粘结剂,可使Ｆｅ2Ｎｉ粉末装载量(体积分数)达60 % ,生坯强度达 5.5ＭＰａ,溶剂脱脂速率大于2ｍｍ/ｈ .金属粉末注射成形用石蜡-油-聚乙烯粘结剂@李益民$中南大学粉末冶金国家重点实验室!湖南长沙410083@李松林$中南大学粉末冶金国家重点实验室!湖南长沙410083@曲选辉$中南大学粉末冶金国家重点实验室!湖南长沙410083@黄伯云$中南大学粉末冶金国家重点实验室!湖南长沙410083金属粉末;;注射成形;;粘结剂研制了用于Fe 2Ni粉末注射成形的石蜡油聚乙烯粘结剂,选择了石蜡和聚乙烯组分,考察了油的加入对组分相容性、生坯强度、粉末装载量、喂料比热容、溶剂脱脂速率的影响 .实验结果表明:石蜡油聚乙烯粘结剂是热力学不相容的体系;油的加入降低了混炼扭矩、最大粉末装载量和生坯强度,但同时也减少了注射缺陷,并使溶剂脱脂速率增大;加入该粘结剂,可使Fe 2Ni粉末装载量(体积分数)达 6 0 % ,生坯强度达 5 .5MPa ,溶剂脱脂速率大于2mm/h .<1>。
EPDM改性金属注射成形用油蜡基粘结剂体系
EPDM改性金属注射成形用油蜡基粘结剂体系张晨铭;卢仁伟;杨忠臣;李笃信【期刊名称】《粉末冶金材料科学与工程》【年(卷),期】2018(023)006【摘要】选用三元乙丙橡胶(EPDM)作为金属注射成形(MIM)用石蜡-油-聚丙烯粘结剂体系的改性剂,将改性前后四种配比粘结剂与17-4PH不锈钢粉末混合制备喂料,并注射成形.研究EPDM对喂料流变性能、生坯性能及脱脂性能的影响.结果表明:石蜡-油-聚丙烯粘结剂体系中加入EPDM改性后,喂料黏度增大,但不影响成形.随粘结剂中EPDM含量升高,注射坯冲击功提高,抗弯强度降低.EPDM含量为2％时喂料的综合力学性能较好,喂料注射七次后,生坯冲击功可达2.048 J,抗弯强度达6.3 MPa,仍保持较好的力学性能.加入EPDM后生坯溶剂脱脂速率加快,热脱脂后碳、氧含量均可控制在合理范围.【总页数】5页(P619-623)【作者】张晨铭;卢仁伟;杨忠臣;李笃信【作者单位】中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙 410083;长沙聚众冶金科技有限公司,长沙 410083;长沙聚众冶金科技有限公司,长沙 410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】TF124【相关文献】1.金属注射成形蜡基粘结剂的研究 [J], 李笃信;黄伯云;曲选辉;李益民;林健凉2.金属注射成形蜡基粘结剂的改进 [J], 李笃信;黄伯云;曲选辉3.碳纳米管改性的蜡基复合粘结剂 [J], 陈小华;黄群;黄登红;熊轶娜;汪次荣;唐群力;周翰4.金属注射成形石蜡基粘结剂体系的性质 [J], 李益民;曲选辉5.金属注射成形蜡基粘结剂蜡含量对成形性的影响 [J], 曾舟山;曲选辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
金属粉末注射成型工艺特殊过程控制要求
金属粉末注射成型工艺（MIN）特殊过程控制要求一、金属粉末注射成型的概念和原理粉末冶金不仅是一种材料制造技术，而且其本身包含着材料的加工和处理，它以少无切削的特点越来越受到重视，并逐步形成了自身的材料制备工艺理论和材料性能理论的完整体系。
现代粉末冶金技术不仅保持和大大发展了其原有的传统特点（如少无切削、少无偏析、均匀细晶、低耗、节能、节材、金属非金属及金属高分子复合等），而且已发展成为支取各种高性能结构材料、特种功能材料和极限条件工作材料、各种形状复异型件的有效途径。
近年来，粉末冶金技术最引人注目的发展，莫过于粉末注射成型（MIN）迅速实现产业化，并取得突破性进展。
金属注射成型（Metal injection Molding），简称MIM，是传统的粉末冶金工艺与塑料成型工艺相结合的新工艺，是集塑料成型工艺学、高分子化学、粉末冶金工艺学和金属材料学等多学科交叉的产物，是粉末冶金和精密陶瓷成型加工领域中的新技术，利用磨具可注射成型，快速制造高密度、高精度、复杂形状的结构零件，能够快速准确的将设计思想转变为具有一定结构、功能特性的制品，并可直接批量生产出零件，是制造技术行业一次新的变革。
其注射机理为：通过注射将金属粉末与粘结剂的混合物以一定的温度，速度和压力注入充满模腔，经冷却定型出模得到一定形状、尺寸的预制件，再脱出预制件中的粘结剂并进行烧结，可得到具有一定机械性能的制件。
其成型工艺工艺流程如下：金属粉末，有机粘接剂—混料—成型—脱脂—烧结—后处理—成品。
二、金属粉末注射成型工艺流程及其特殊过程控制要求1、金属粉末的选择：首先根据产品的技术要求和使用条件选择粉末的种类，然后决定粉末颗粒尺寸。
金属粉末注射成型所用的粉末颗粒尺寸一般在0.5-20μm；从理论上讲，粉末颗粒越细，比表面积也越大，颗粒之间的内聚力也越大，易于成型和烧结。
而传统的粉末冶金工艺则采用大于40μm的较粗粉末。
粉末的选择要有利于混炼、注射形成、脱脂和烧结，而这往往是互相矛盾的，对于MIM的原料粉末要求很细，MIM原料粉末价格一般较高，有的升值达到传统PM粉末价格的10倍，这是目前限制MIM技术广泛应用的一个关键因素，目前生产MIM用原料粉末的方法主要有超高压水雾化法、高压气体雾化法等。
金属注射成形石蜡基粘结剂主体聚合物的研究
用 。 这 种 粘 结 剂 体 系有 很 好 的流 动性 ， 存 在 保 形 性 较 差 的 缺 点 。 采 用 甲基 丙 烯 酸 甲酯 和 醋 酸 乙烯 酯 为 单 体 但 进 行溶液 聚合和悬浮 聚合， 重点考察 了各种 因素对聚合结果 的影响 。发现改变 单体组成 、 并 引发 剂 用 量 、 子 分 量 调 节 剂 用 量 和 其 它 一 些 条 件 ， 以得 到理 想 的 主体 聚 合 物 。 可
Ｉｊｃｉｎ Ｍ ｏｄｎ Ｔｈｓｔｐ ｆｂｎ ｅ ｈ ｗｓｇ ｏ ｌｉｉｙ ｂ ｔｔ ｅｐ ｏ ｅｔ ｆｋ ｅ ｉｇ ｓ ａ ｅｉ ｎａ ｉ ａｏｙ． ｉｈ ｎｅ ｔ ｌｉｇ． ｉ ｙ ｅｏ ｉｄ ｒｓ ｏ ｏ ｄ ｆ ｄｔ ， ｕ ｈ ｒ ｐ ｒｙ ｏ ｅ ｐｎ —ｈ ｐ ｓｕ ｓ ｔ ｆｔｒ Ｗ ｔ ｏ ｕ ｓ
Ａｂ ｔａ ｔ：Ｐａ ａ ｆｎ— ａ ｅ ｉ ｄｅｓ ｉ ｈｉｈ ｓｒ ｃ ｒ ｆｉ ｂ ｓ ｄ ｂ ｎ ｒ ｎ ｗ ｃ ＥＶＡ ｓ ｔ ｅ ｍ ａｎ ｏｌｍ ｅ ｒ ｏ ｄｌ ｐｐ ｉｄ ｔ ｈ ｅ ｈｎ ｏ ｙ ｏ ｅ ａ ｉ ｈ ｉ ｐ ｙ ｒａ ｅｂｒ ａ ｙ ａ ｌｅ ｏ ｔ ｅ ｔ ｃ ｏｌｇ ｆＭ ｔ ｌ
TA15金属粉末注射成形技术的研究
图 2 TA15 粉末 2000X 电镜照片
图 4 MIM 拉伸试样的几何形状 [9]
图 3 TA15 粉末 EDS 面扫照片
图 5 TA15 拉伸试样
122 世界有色金属 2023年 6月上
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L 前沿技术 eading-edge technology
元素 (Wt/%)
TA15
表 1 TA15 预合金粉末元素检出结果
C
O
Si Al V Mo Zr
0.018 0.18 ＜ 0.01 6.22 1.67 1.37 1.95
Ti 87.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ9
本研究采用震雄 120 吨注射机进行注射，完成注射后的 样品坯件首先采用 38℃的三氯乙烯溶剂脱脂 48h，而后进 入热脱脂烧结的过程。根据坯件溶剂脱脂后的热失重曲线进 行热脱脂，脱脂完毕后将坯体于烧结炉中 1300℃保温 2 小 时并随炉冷却。 1.2 测试方法
静力学技术指标。
关键词 ：ＴＡ１５ 高温钛合金 ；微观组织 ；力学性能
中图分类号 ：ＴＦ１２４
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１００２－５０６５（２０２３）１１－０１２１－３
Research on TA15 Metal Powder Injection Molding Technology
WU Hai-rong1, WEI Jing-hao2, LI Qing-tang1, CHEN Gang2, LIU Bao-chang1
钛 合 金 具 有 较 高 的 比 强 度 以 及 优 异 的 抗 疲 劳 性 能，在 航天航空领域得到了广泛的应用 [3]。能够采用 MIM 工艺制 造小尺寸、复杂精细钛合金零件，也使得 MIM 工艺受到越 来越广泛的关注。Sidambe 等人 [4] 使用氧含量为 0.14% 的 等离子雾化球形钛粉，通过 MIM 工艺制备了氧含量、伸长 率和抗拉强度分别为 0.2wt%、20% 和 470MPa 的钛部件， 符合 ASTM 标准对 2 级商用纯钛的要求。Ferri 等人 [5] 采用 MIM 工艺制备了 Ti6Al4V 样品，其组织形貌呈现典型的魏 氏体层状结构，通过工艺参数调控可以获得高达 800MPa 的 拉伸强度和 15% 的伸长率，可以满足航空航天行业的部分 应用需求。Ti10V2Fe3Al 是一种强韧的，且具有优异高疲
金属粉末注射成型技术粘结剂的作用
金属粉末注射成型技术粘结剂的作用下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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金属注射成形介绍
金属注射成形介绍金属注射成形(Metal Injection Molding,简称MIM)是一种从塑料注射成形行业中引伸出来的新型粉末冶金近净成形技术,众所周知,塑料注射成形技术低廉的价格生产各种复杂形状的制品,但塑料制品强度不高,为了改善其性能,可以在塑料中添加金属或陶瓷粉末以得到强度较高、耐磨性好的制品。
近年来，这一想法已发展演变为最大限度地提高固体粒子的含量并且在随后的烧结过程中完全除去粘结剂并使成形坯致密化。
这种新的粉末冶金成形方法称为金属注射成形。
金属注射成形的基本工艺步骤是：首先是选取符合MIM要求的金属粉末和粘结剂，然后在一定温度下采用适当的方法将粉末和粘结剂混合成均匀的喂料，经制粒后在注射成形，获得的成形坯经过脱脂处理后烧结致密化成为最终成品。
1.MIM粉末及制粉技术MIM对原料粉末要求较高,粉末的选择要有利于混炼、注射成形、脱脂和烧结，而这往往是相互矛盾的，对MIM原料粉末的研究包括：粉末形状、粒度和粒度组成、比表面等，表1中列出了最适合于MIM用的原料粉末的性质。
由于MIM原料粉末要求很细，MIM原料粉末价格一般较高，有的甚至达到传统PM粉末价格的10倍，这是目前限制MIM技术广泛应用的一个关键因素，目前生产MIM用原料粉末的方法主要有羰基法、超高压水雾化法、高压气体雾化法等。
1.1羰基法MIM最早使用的粉末是羰基法生产的，美国GAF化学公司采用较粗的海绵铁粉作原料，制粒后在350度氢气中退火活化，然后置于反应器中，铁粒暴露在循环的CO中，气体压力为6OPMa，温度160度，铁与CO发生反应，得到气态的Fe(CO)5,并加以冷凝收集，接下来，使Fe(CO)5蒸发通过一个垂直的反应塔，反应塔加热到300度，在催化剂NH3作用下，Fe(CO)5在塔顶部分解为Fe和CO气体，将沉积的铁粉聚集体球磨，得到符合要求的成品铁粉，粉中一般含0.8％C，0.7％N和0.3％O（质量分数）。
羰基法是一种较为成熟的制备MIM用粉末的方法，所制得的粉末呈秋形，粒度小，但是羰基法只能生产有限的几种粉末（如铁粉、镍粉），不易生产包含2种以上元素的合金粉，而且羰基法生产过程毒性大，在MIM生产过程中还存在碳含量控制的问题。
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金属注射成形石蜡基粘结剂体系的性质
金属注射成形石蜡基粘结剂体系的性质李益民曲选辉颜寒松黄伯云邱光汉（中南工业大学粉末冶金国家重点实验室，长沙，４１００８３）摘要采用石蜡作为粘结剂第一组元，选择不同种类的聚合物作为第二组元，对几种石蜡基粘结剂和喂料的密度、表面张力、润湿角、热容、熔点、粘度、热解行为等特性进行了研究，探讨了粘结剂体系的各种性能及其性能与组成的关系，这对于粘结剂的设计和开发具有重要的意义．关键词粘结剂；石蜡基；金属注射成形中图法分类号ＴＦ１２４金属注射成形（ＭＩＭ）是近年来在塑料注射成形基础上迅速发展起来的一种新型粉末冶金近净成形技术，它具有３个基本的优点［１，２］：（１）可以一次成形制造复杂形状的金属零部件；（２）采用该工艺生产的产品组织均匀，性能优良；（３）生产成本相对较低．其基本工艺过程是：首先将粉末与粘结剂混合成均匀的喂料，在注射成形机上注射成形；随后采用热分解法或溶剂萃取法除去粘结剂后烧结为最终产品．在这个工艺过程中，粘结剂起着举足轻重的作用．粘结剂既是注射时提供流动性的载体，又在脱脂阶段起着维持坯块形状的作用．它一般由低分子质量、低熔点的第一组元和高分子质量、高熔点的第二组元组成．作者采用石蜡作为粘结剂第一组元，选择不同种类的聚合物作为第二组元，对比研究了石蜡基粘结剂体系的密度、表面张力、润湿角、热容、熔点、粘度和热解性能．１试验１．１原料所采用的粘结剂原料为石蜡（ＰＷ）、高密度聚乙烯（ＨＤＰＥ）、聚丙烯（ＰＰ）、乙烯－乙酸乙烯共聚物（ＥＶＡ）、硬脂酸（ＳＡ）．金属粉末为羰基铁粉、镍粉，其基本物化性能如表１和表２所示．表１粘结剂各组元性质组元化学结构ｔｍ／℃ρ／（ｇ·ｃｍ－３）ＰＷ（石蜡）ＣｎＨ２ｎ＋２５８０．９０ＨＤＰＥ（高密度聚乙烯）ＣＨ２－ＣＨ２ｎ１３９０．９５ＰＰ（聚丙烯）ＣＨ２－ＣＨｎＣＨ３１４２０．９０ＥＶＡ［ＣＨ－ＣＨ２］ｘ－［ＣＨ２－ＣＨ２］ｙｎＣＯＣＨ３８００．９６ＳＡ（硬脂酸）ＣＨ３［ＣＨ２］１６ＣＯＯＨ６６０．９６表２羰基铁粉和羰基镍粉的性质粉末粒度／μｍ松装密度／（ｇ·ｃｍ－３）摇实密度／（ｇ·ｃｍ－３）形状化学成分，ｗ／％ＣＯＮＦｅ粉３．９７１．６４２．９９近球形１．５１．５０．３Ｎｉ粉２．６００．７５１．９５近球形０．１０．３０．１表３粘结剂组成粘结剂组元／％ＰＷＨＤＰＥＰＰＥＶＡＳＡ混炼温度／℃混炼时间／ｈ１１号９０１０－－－１４０２１２号８５１５－－－１４０２１３号８０２０－－－１４０２１４号７９２０－－１１４０２２１号９０－１０－－１６０２２２号８５－１５－－１６０２２３号８０－２０－－１６０２２４号７９－２０－１１６０２３１号９０－－１０－１３０２３２号８５－－１５－１３０２３３号８０－－２０－１３０２３４号７９－－２０１１３０２表４喂料组成φ／％组元Ａ１Ａ２Ａ３Ａ４Ｂ１Ｂ２Ｂ３Ｂ４Ｃ１Ｃ２Ｃ３Ｃ４１４号５１４６４３４２－－－－－－－－２４号－－－－５２４９４４４２－－－－３４号－－－－－－－－５０４５４２４０Ｆｅ－Ｎｉ粉４９５４５７５８４８５１５６５８５０５５５８６０１．２试验过程采用自行设计制造的叶轮式混料器配制粘结剂，粘结剂配方和配制工艺条件见表３．喂料由粘结剂和Ｆｅ，Ｎｉ金属粉末在ＸＳＳ－３００转矩流变仪上混炼制得，采用３种主要粘结剂体系配制喂料，喂料组成见表４．采用液体浸入法，以蒸馏水为浸入液测量了喂料的密度．表面张力的测定则采用最大泡压法，仪器常数用蒸馏水进行标定．由Ｆｅ和Ｎｉ混合粉热压并加工出Ｆｅ－Ｎｉ金属板，用该板作为平面测量了粘结剂与Ｆｅ－Ｎｉ金属板之间的润湿角．采用ＤＳＣ法对粘结剂的热容和聚合物的熔点进行测量，标准参比物为α－Ａｌ２Ｏ３，喂料的粘度测量在Ｉｎｓｔｒｏｎ３２１１毛细管流变仪上进行．最后在Ｄｕｐｏｎｔ９９００机上进行ＴＧＡ试验，以α－Ａｌ２Ｏ３为参比物，升温速率为１０℃／ｍｉｎ，气氛为氮气．２结果与讨论２．１喂料密度与理论密度的差异喂料由金属粉末与粘结剂在一定温度下经混炼得到．在确定粘结剂情况下，随着金属粉末含量增加，喂料的密度随着升高．根据
加和定律，喂料的理论密度可表示为：ρｆ＝ρｐφ＋ρｂ（１－φ）（１）式中：ρｆ为喂料密度；ρｐ和ρｂ分别为粉末和粘结剂的密度；φ为粉末装载量．事实上，由于金属粉末和粘结剂热膨胀系数的差异，喂料从混炼温度冷却下来时，粘结剂和粉末的收缩量不同，粘结剂的收缩量远远大于金属粉末的收缩量．若粘结剂和粉末表面的粘附力不强，则冷却下来时会导致喂料内部出现裂纹和孔洞，使得喂料实测密度小于理论计算密度．３种粘结剂体系喂料的实测密度以及采用式（１）计算所得的理论密度的比较如表５所示．图１是Ａ３喂料坯块的ＳＥＭ照片，显示出粉末和粘结剂之间的裂纹和孔洞．从表５可见，Ａ系列和Ｂ系列喂料密度与理论密度存在较大的差异，而Ｃ系列的差距很小，这说明ＰＷ－ＥＶＡ系粘结剂对粉末的结合力和粘附性能很好，而ＰＷ－ＨＤＰＥ和ＰＷ－ＰＰ系粘结剂性能则较差．图１喂料坯块中的裂纹和孔洞表５喂料的理论密度ρ理与实测密度ρ测ρ／（ｇ·ｃｍ－３）喂料Ａ１Ａ２Ａ３Ｂ１Ｂ２Ｂ３Ｃ１Ｃ２Ｃ３ρ理４．２８６４．６３１４．８３７４．２１２４．４１９４．７６４４．３５５４．７００５．０４４ρ测３．９９３４．３５３４．５０１４．０３２４．３０２４．５５３４．３４３４．６９８５．０３２偏差／％６．８０６．００６．９０４．３０２．６０４．４００．２８０．０４０．２４２．２粘结剂的表面张力和润湿性能粘结剂的表面张力影响着粉末的润湿性和粘结剂的强度，进而影响到ＭＩＭ的生坯强度．图２表示几种粘结剂表面张力与温度的关系．可以看到，随着温度的升高，粘结剂表面张力下降．这是由于温度升高，粘结剂分子热运动加剧所致．在石蜡中加入聚合物后，表面张力增大．且随着粘结剂中聚合物含量的增加，表面张力增大．其原因是聚合物的分子质量较大，分子间相互作用力比石蜡强；此外，表面活性剂ＳＡ的加入使得粘结剂的表面张力明显下降．图２粘结剂表面张力与温度的关系在ＭＩＭ过程中，粘结剂对粉末的润湿性能是影响混料均匀性、两相分离现象及随后的产品性能和尺寸均匀性的重要因素．润湿性能的好坏可用润湿角表示，判断润湿条件的Ｙｏｕｎｇ方程为［３］：σｌｇｃｏｓθ＝σｓｇ－σｓｌ（２）式中：σｓｇ，σｓｌ，σｌｇ分别为固－气、固－液、液－气表面张力；θ为润湿角．θ越小，则液体对固体的润湿性能越好．在１３０℃下测得１４号，２４号，３４号粘结剂的润湿角分别为θ１４号＝３７°，θ２４号＝４９°，θ３４号＝２２°．３４号粘结剂的润湿角最小，对粉末的粘附性能最好，最不容易与粉末发生分离现象，这同前面ＰＷ－ＥＶＡ系粘结剂制得的喂料密度与理论密度相差最小的实验结果是一致的．２．３热容与熔点喂料的热容对ＭＩＭ注射成形和冷却过程有着重大影响．在升温过程中，喂料热容越大，就越有利于温度的迅速稳定．在喂料注入冷模过程中，其热容越大，越有利于防止温度的骤降，从而达到消减坯块裂纹与孔隙的目的．对粘结剂和喂料热容测量的结果见图３和图４．图３表示ＰＷ－ＨＤＰＥ系粘结剂热容与聚合物含量及温度的关系，图４表示喂料热容与温度的关系．从图３和图４可以看到：粘结剂热容随着聚合物含量和温度的增加而升高；在粘结剂中加入金属粉末制成喂料后，热容下降；喂料的热容随着金属粉末含量的增加而下降，随温度升高而上升（上升幅度不大）．图３ＰＷ－ＨＤＰＥ粘结剂的含量与热容的关系图４喂料的热容与温度的关系聚合物的结晶熔点对ＭＩＭ过程工艺参数的制定具有重大影响．聚合物作为第二组元，在保持流动性的前提下，其熔点应当尽可能高以便在石蜡被脱除后仍能维持住坯块形状．从表１中可以看到３种聚合物熔点的差异．作者经研究发现，聚合物熔点在粘结剂和喂料中与纯组元状态下有所不同．ＨＤＰＥ的熔点为１３９℃，在１４号粘结剂中其熔点为１３１℃，降低了８℃；在Ａ３喂料中测得为１２７℃，比纯组元状态下降低了１２℃．了解这种熔点差异并对其加以足表６喂料在不同剪切速率下的粘度值压头速率／（ｃｍ·ｍｉｎ－１）０．００６０．２０．６２６２０剪切速率／ｓ－１Ａ４５．６１０１５．０５５２．９３２１１．６４７６．１１６５５Ｃ３３．６１３１３．８５６３．５２３０３．３６２０．２１５８０粘度／（Ｐａ·ｓ）Ａ４１６０１９１９．５４４４．９１４０．５９３．９６４３．５８Ｃ３９５３．４６６３．７２１７．８５７．２８３３．３６２０．３７够的重视，对于脱脂工艺的正确设定具有重要的意义．２．４粘度采用Ｉｎｓｔｒｏ
ｎ３２１１流变仪，通过控制毛细管压头速率的变化，分别测量了粉末装载含量同为５８％的Ａ４，Ｂ４，Ｃ３喂料在１５０℃和不同剪切速率下的粘度值．实验表明，Ｂ４喂料由于发生严重两相分离现象，将毛细管压头堵塞，没有获得实验数据．表６表示Ａ４和Ｃ３喂料在不同剪切速率下的粘度值．从表６可见，同在１５０℃下，Ｃ３在各个剪切速率下的粘度值都低于Ａ４的粘度值，说明Ｃ３的流动性比Ａ４的要好，注射时更容易通过狭窄通道充满异型模腔．在注射成形温度下，喂料呈现假塑性体流变行为［４，５］，有τ＝ｋγｎ（３）式中：τ为剪切应力；γ为剪切速率；ｋ为系数；ｎ为应变敏感性指数．对于牛顿流体，ｎ＝１；对于假塑性体，ｎ＜１；对于一种喂料，ｎ值越大，喂料粘度随剪切速率的变化而上升或下降的速度越慢，喂料的流变稳定性就越好．注射成形时由于剪切速率经常存在波动现象，这种流变稳定性对于ＭＩＭ是非常有利的．图５和图６表示Ａ４和Ｃ３喂料的剪切应力－剪切速率的图５Ａ４的剪切应力τ与剪切速率γ·的关系图６Ｃ３的剪切应力τ与剪切速率γ·的关系双对数曲线图，经过线性拟合得到ｎＡ４＝０．３５，ｎＣ３＝０．３７．两者ｎ值相差不大，Ｃ３的略高，说明Ｃ３。