1Cr18Mn8Ni5N不锈钢注射成型喂料及其制备方法与流程

本发明涉及粉末冶金技术领域，特别涉及1cr18mn8ni5n不锈钢注射成型喂料及其制备方法。

背景技术：

随着社会科技的不断进步与全球工业化的蓬勃发展，粉末冶金注射成型工艺由于其具有诸多的优点，其行业发展迅猛，其技术已被广泛应用于军事、交通、机械、电子、航天、航空等领域。

mim(metalinjectionmolding，金属注射成型)喂料是金属注射成型产品制备的核心工艺，是将金属粉末与成型剂按照一定比例在一定温度条件下，均匀混炼后，再切割制粒冷却成颗粒喂料的过程。

不锈钢材料是粉末冶金行业使用最多、应用最广泛的原材料之一。其中，1cr18mn8ni5n不锈钢材料因其制成的成品零件硬度高、耐腐蚀、加工性能好，因此广泛使用于汽车与电子机械等行业。

传统的1cr18mn8ni5n不锈钢零件制造方法，生产效率低，加工困难加工成本高，结构复杂的产品加工不出来。现已被粉末冶金取代，粉末冶金通过把1cr18mn8ni5n不锈钢金属粉末与高分子塑料成型剂加热后均匀的混合在一起，得到注射成型喂料，然后利用注射机把熔融态的喂料高压射入产品模具型腔，得到制品毛胚，再经过脱脂烧结，得到1cr18mn8ni5n不锈钢成品零件。

但现有的1cr18mn8ni5n不锈钢喂料的流动性较差，影响了产品的一致性和生产加工时间。

技术实现要素：

本发明的目的是为了提高1cr18mn8ni5n不锈钢喂料的流动性，提出1cr18mn8ni5n不锈钢注射成型喂料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

1cr18mn8ni5n不锈钢注射成型喂料，包括成型剂和1cr18mn8ni5n不锈钢粉末，所述1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与所述成型剂的质量比为92:8至90:10；

所述成型剂包括如下质量百分比的组分：

7％至9％的高分子润滑剂；

2％至4％的光热稳定剂；

5％至7％注塑级的热塑性弹性体；

3％至5％注塑级的聚丙烯蜡；

5％至7％薄膜级的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物；

72％至74％的共聚甲醛。

在一些优选的实施方式中，所述1cr18mn8ni5n不锈钢粉末的颗粒规格为8微米至10微米。

在一些优选的实施方式中，所述1cr18mn8ni5n不锈钢粉末包括如下质量百分比的粉末：20％至80％的水雾化1cr18mn8ni5n不锈钢粉末以及20％至80％的气雾化1cr18mn8ni5n不锈钢粉末。

在一些优选的实施方式中，所述高分子润滑剂包括白蜂蜡、半精炼石蜡、全精炼石蜡、巴西棕榈蜡中的至少一种；所述光热稳定剂包括硬脂酸锌。

在另一方面，本发明提供制备上述1cr18mn8ni5n不锈钢注射成型喂料的制备方法，包括：

将所述1cr18mn8ni5n不锈钢粉末放入捏合机的混炼腔中预热；

按照质量比加入所述成型剂进行混炼；

挤出喂料。

在一些优选的实施方式中，所述预热的温度为180℃-190℃。

在一些优选的实施方式中，所述按照质量比加入所述成型剂进行混炼包括：待所述1cr18mn8ni5n不锈钢粉末的温度≥170℃后按照质量比加入所述成型剂，提高所述捏合机的转速至30r/min至40r/min，降低所述混炼腔的温度至175℃-185℃，直到材料融化后，恒温20分钟-30分钟后降温。

在另一方面，本发明还提供使用上述1cr18mn8ni5n不锈钢注射成型喂料制备产品的制备方法，包括：

使用所述1cr18mn8ni5n不锈钢注射成型喂料进行注射成型得到成型制品；

对所述成型制品进行脱脂得到脱脂制品；

对所述脱脂制品进行烧结得到零件制品。

在一些优选的实施方式中，所述对所述成型制品进行脱脂得到脱脂制品包括：对所述成型制品进行硝酸催化脱脂，脱脂温度为110℃-120℃，所述硝酸的注入速度为2g/min至3g/min，脱脂时间3小时至5小时，得到总重量损失率大于所述成型剂的总重量的70％以上或断层无明显硬层夹心的脱脂制品；

所述对所述脱脂制品进行烧结得到零件制品包括：对所述脱脂制品进行真空烧结，烧结炉内真空度为10pa至500pa，真空烧结最高温度为1250℃-1300℃，最高温度保温时间为2小时至3小时，出炉后取得零件制品。

本发明还提供一种产品，所述产品是由上述的1cr18mn8ni5n不锈钢注射成型喂料通过金属注射成型工艺制作而成的产品，优选地，所述产品为3c电子设备的结构件。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

本发明提供1cr18mn8ni5n不锈钢专用的注射成型喂料，1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与成型剂的质量比为92:8至90:10，成型剂包括质量百分比为7％至9％的高分子润滑剂、2％至4％的光热稳定剂、5％至7％注塑级的热塑性弹性体、3％至5％注塑级的聚丙烯蜡、5％至7％薄膜级的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、72％至74％的共聚甲醛，将该喂料用在金属注射成型工艺，可提高喂料的流动性，可以加工制作出各种结构件，特别是3c电子设备的结构件。经实验验证，与现有的喂料相比，本发明可提高30％以上的流动性，使喂料达到一个均衡状态，可保证产品的一致性以及节省生产加工时间。

附图说明

图1为本发明的1cr18mn8ni5n不锈钢注射成型喂料的制备方法的流程图；

图2为本发明使用1cr18mn8ni5n不锈钢注射成型喂料制备产品的制备方法的流程图。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

1cr18mn8ni5n不锈钢注射成型喂料包括成型剂和1cr18mn8ni5n不锈钢粉末，1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与成型剂的质量比为92:8至90:10。

1cr18mn8ni5n不锈钢粉末为由1cr18mn8ni5n不锈钢加工得到的金属粉末，1cr18mn8ni5n不锈钢为现有的不锈钢，示例的，其包括如下质量百分比的成分：ni为5％、c为0.05％、si为0.82％、s为0.01％、cr为18.85％、mn为9.18％、n为0.15％、p为0.02％，其余可为fe。

1cr18mn8ni5n不锈钢粉末的颗粒规格优选为8微米至10微米，该范围的颗粒规格可保证制品在后续脱脂和烧结过程中的体积收缩保持最小，可保证产品的稳定性。

成型剂包括如下质量百分比的组分：

7％至9％的高分子润滑剂，高分子润滑剂采用白蜂蜡、半精炼石蜡、全精炼石蜡、巴西棕榈蜡中的至少一种。高分子润滑剂优选采用半精炼石蜡，半精炼石蜡的性能稳定，也容易分散到整个喂料里面，有助于产品的成型和脱模。

2％至4％的光热稳定剂。示例的，光热稳定剂为硬脂酸锌，可提高喂料化学的热稳定性、润滑性、脱膜性等性能，防止材料在加工过程中分解气化，防止喂料成分比例受到影响。

5％至7％注塑级的热塑性弹性体(thermoplasticelastomer，tpe)。

3％至5％注塑级的聚丙烯蜡(pp-wax)，聚丙烯蜡具有良好的润滑性、良好的分散性，可以提高喂料制品的光泽，使喂料的熔融粘度较小，便于制品脱模。

5％至7％薄膜级的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(ethylene-vinylacetatecopolymer，eva)。

72％至74％的聚甲醛，优选共聚甲醛(polyformaldehyde)，共聚甲醛的熔融温度低(195℃以下)，有助于节约能源，且易于加工，可提升工作效率，可以选用的型号包括m90、m450、m570等。

本发明的1cr18mn8ni5n不锈钢注射成型喂料可以采用如下制备方法，参考图1，该制备方法包括步骤s100至s300。

步骤s100、将1cr18mn8ni5n不锈钢粉末放入捏合机的混炼腔中预热。具体的，启动捏合机慢速旋转4r/min至6r/min，加热混炼腔预热1cr18mn8ni5n不锈钢粉末到180℃-190℃以彻底烘干粉末里面的水分。

步骤s200、按照质量比加入成型剂进行混炼。该步骤具体包括：用温度仪检测1cr18mn8ni5n不锈钢粉末的温度，比如红外线温度仪，待1cr18mn8ni5n不锈钢粉末的温度≥170℃后按照质量比加入成型剂，也即1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与成型剂的质量比为92:8至90:10，提高捏合机的转速至30r/min至40r/min，降低混炼腔的温度至175℃-185℃，直到材料融化后，恒温20分钟-30分钟后降温，进入步骤s300。

步骤s300、挤出喂料。具体为挤出熔化喂料切割制成一颗颗的喂料。

当然，本发明的1cr18mn8ni5n不锈钢注射成型喂料还可以采用其它制备方法，比如现有技术中的制备方法。

以下对本发明作详细的说明：

实施例一：

将5千克的1cr18mn8ni5n不锈钢粉末放入捏合机的混炼腔中预热到180℃-190℃，其中，1cr18mn8ni5n不锈钢粉末的规格为9微米，启动捏合机慢速旋转4r/min至6r/min，待1cr18mn8ni5n不锈钢粉末的温度≥170℃后，加入成型剂0.5千克(1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与成型剂的质量比约为91:9)：半精炼石蜡40克(8％)、硬脂酸锌15克(3％)、热塑性弹性体30克(6％)、聚丙烯蜡20克(4％)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物30克(6％)、共聚甲醛365克(73％)。

实施例二：

将4.6千克的1cr18mn8ni5n不锈钢粉末放入捏合机的混炼腔中预热到180℃-190℃，其中，1cr18mn8ni5n不锈钢粉末的规格为9微米，启动捏合机慢速旋转4r/min至6r/min，待1cr18mn8ni5n不锈钢粉末的温度≥170℃后，加入成型剂0.4千克(1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与成型剂的质量比约为92:8)：半精炼石蜡32克(8％)、硬脂酸锌12克(3％)、热塑性弹性体24克(6％)、聚丙烯蜡16克(4％)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物24克(6％)、共聚甲醛292克(73％)。

实施例三：

将4.6千克的1cr18mn8ni5n不锈钢粉末放入捏合机的混炼腔中预热到180℃-190℃，其中，1cr18mn8ni5n不锈钢粉末的规格为9微米，启动捏合机慢速旋转4r/min至6r/min，待1cr18mn8ni5n不锈钢粉末的温度≥170℃后，加入成型剂0.4千克(1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与成型剂的质量比为92:8)：半精炼石蜡28克(7％)、硬脂酸锌8克(2％)、热塑性弹性体20克(5％)、聚丙烯蜡20克(5％)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物28克(7％)、共聚甲醛296克(74％)。

实施例四：

将4.55千克的1cr18mn8ni5n不锈钢粉末放入捏合机的混炼腔中预热到180℃-190℃，其中，1cr18mn8ni5n不锈钢粉末的规格为9微米，启动捏合机慢速旋转4r/min至6r/min，待1cr18mn8ni5n不锈钢粉末的温度≥170℃后，加入成型剂0.45克(1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与成型剂的质量比约为91:9)：半精炼石蜡36克(8％)、硬脂酸锌13.5克(3％)、热塑性弹性体27克(6％)、聚丙烯蜡18克(4％)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物27克(6％)、共聚甲醛328.5克(73％)。

上述四个实施例加入成型剂后，降低混炼腔的温度至175℃-185℃，直到材料融化后，恒温20分钟-30分钟后降温，挤出熔化喂料切割制成一颗颗喂料。

将制好的喂料，进行流动性检测，检测方法参考gb/t3682-2000《热塑性塑料熔体质量流动速率和熔体体积流动速率的测定》，材料检测设定温度为195℃，砝码重量21.6kg。上述四个实施例的喂料的流动性均为800g/10min左右。对于1cr18mn8ni5n不锈钢粉末的规格为8微米和10微米时，其对应的喂料的流动性也均在800g/10min左右。

现有技术中1cr18mn8ni5n不锈钢的主要喂料是某进口的1cr18mn8ni5n不锈钢喂料和某国产的1cr18mn8ni5n不锈钢喂料，将这两种喂料作为对比例一和对比例二。

对比例一：

采用某进口的1cr18mn8ni5n不锈钢喂料，在与实施例一至四的实验条件、1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与成型剂的质量比均相同的情况下，采用相同的检测方法进行流动性检测，某进口的1cr18mn8ni5n不锈钢喂料的流动性均为500g/10min左右。

对比例二：

采用某国产的1cr18mn8ni5n不锈钢喂料，在与实施例一至四的实验条件、1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与成型剂的质量比均相同的情况下，采用相同的检测方法进行流动性检测，某国产的1cr18mn8ni5n不锈钢喂料的流动性均为600g/10min左右。

可见，与现有的喂料相比，本发明可提高30％以上的流动性，可保证产品的一致性以及节省生产加工时间。改变了传统不锈钢加工困难、加工周期长、加工成本高的缺点，极大降低复杂型不锈钢零件的生产加工成本，比如手机中框零件，响应国家号召，节能减排，提高国内制造业技术创新生产水平。

在另一方面，本发明还提供使用上述1cr18mn8ni5n不锈钢注射成型喂料制备产品的制备方法，参考图2，该制备方法包括步骤s400至s600。

步骤s400、使用1cr18mn8ni5n不锈钢注射成型喂料进行注射成型得到成型制品。选择模具，比如标准样条模具，其中样条尺寸为100mm*10mm*5mm，将模具安装于注射成型机上，加热到合适的温度，模具的温度为80℃-120℃，注射机的料管的熔融最高温度不超过195℃，设置合理的射出成型参数，可得到密度为5.7±0.03g/cm³左右的成型制品。

步骤s500、对成型制品进行脱脂得到脱脂制品。成型制品称重后，对成型制品进行硝酸催化脱脂，脱脂温度为110℃-120℃，硝酸的注入速度为2g/min至3g/min，脱脂时间3小时至5小时，得到总重量损失率大于成型剂的总重量的70％以上或断层无明显硬层夹心的脱脂制品，可有效去除喂料中的共聚甲醛。

步骤s600、对脱脂制品进行烧结得到零件制品。对脱脂制品进行真空烧结，烧结炉内真空度为10pa至500pa，真空烧结温度为1250℃-1300℃，保温时间为2小时至3小时，出炉后取得零件制品。

得到零件制品后，根据不同的制品要求，可进行抛光、研磨、加工等以达到设定的技术要求，从而满足使用需求。

本发明还对1cr18mn8ni5n不锈钢粉末进行了研究，探究水雾化工艺制备的1cr18mn8ni5n不锈钢粉末(下称“a粉末”)以及气雾化工艺制备的1cr18mn8ni5n不锈钢粉末(下称“b粉末”)的质量占比对制品的直线度和密度的影响。

实验一：

将5千克b粉末(气雾化，占100％)加入捏合机中预热，然后加入成型剂0.5千克(1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与成型剂的质量比约为91:9)：半精炼石蜡40克(8％)、硬脂酸锌15克(3％)、热塑性弹性体30克(6％)、聚丙烯蜡20克(4％)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物30克(6％)、共聚甲醛365克(73％)。

实验二：

将1千克a粉末(水雾化，占20％)和4千克b粉末(气雾化，占80％)加入捏合机中预热，然后加入与本发明的实验一相同重量的成型剂0.5千克(1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与成型剂的质量比约为91:9)，且成型剂的组分的质量百分比与本发明的实验一的也相同。

实验三：

将2千克a粉末(水雾化，占40％)和3千克b粉末(气雾化，占60％)加入捏合机中预热，然后加入与本发明的实验一相同重量的成型剂0.5千克(1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与成型剂的质量比约为91:9)，且成型剂的组分的质量百分比与本发明的实验一的也相同。

实验四：

将2.5千克a粉末(水雾化，占50％)和2.5千克b粉末(气雾化，占50％)加入捏合机中预热，然后加入与本发明的实验一相同重量的成型剂0.5千克(1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与成型剂的质量比约为91:9)，且成型剂的组分的质量百分比与本发明的实验一的也相同。

实验五：

将3千克a粉末(水雾化，占60％)和2千克b粉末(气雾化，占40％)加入捏合机中预热，然后加入与本发明的实验一相同重量的成型剂0.5千克(1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与成型剂的质量比约为91:9)，且成型剂的组分的质量百分比与本发明的实验一的也相同。

实验六：

将4千克a粉末(水雾化，占80％)和1千克b粉末(气雾化，占20％)加入捏合机中预热，然后加入与本发明的实验一相同重量的成型剂0.5千克(1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与成型剂的质量比约为91:9)，且成型剂的组分的质量百分比与本发明的实验一的也相同。

实验七：

将5千克a粉末(水雾化，占100％)加入捏合机中预热，然后加入与本发明的实验一相同重量的成型剂0.5千克(1cr18mn8ni5n不锈钢粉末与成型剂的质量比约为91:9)，且成型剂的组分的质量百分比与本发明的实验一的也相同。

在本发明的上述实验一至实验七中，加入成型剂之后，按照上述的步骤200至步骤s600进行，依次得到喂料、成型制品、脱脂制品、零件制品，其中零件制品是选用标准样条模具得到的样条制品，样条的尺寸为100mm*10mm*5mm，实验结果如下表：

由上表可知，在水雾化1cr18mn8ni5n不锈钢粉末的质量占比为整个1cr18mn8ni5n不锈钢粉末总质量的20％至80％、气雾化1cr18mn8ni5n不锈钢粉末为20％至80％的情况下，样条制品可以获得优良的直线度，同时也具有较高的密度。其中，更优选的，水雾化1cr18mn8ni5n不锈钢粉末为40％至60％、气雾化1cr18mn8ni5n不锈钢粉末为40％至60％，效果更好，直线度可达0.2mm，进一步保证产品的一致性，密度可达7.92g/cm³，该密度可满足对密度要求高的零件的要求，可使产品的尺寸稳定。

本发明还提供一种产品，该产品是由上述的1cr18mn8ni5n不锈钢注射成型喂料通过金属注射成型工艺制作而成的产品，优选地，该产品为3c电子设备的结构件，比如手机结构件，示例的，可以是手机中框零件。该产品具有上述的有益效果。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。