一种不锈钢高密度电子产品壳体制备方法与流程

1.本发明涉及粉末冶金注射成型工艺(mim)，特别是涉及一种不锈钢高密度电子产品壳体制备方法。


背景技术：

2.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诸多优点，行业发展迅速。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。
3.不锈钢一直是粉末冶金注射成型领域应用最广泛的金属材料之一，特别是不锈钢,因有着良好的延长性与外观效果，在金属装饰件与穿戴产品市场有着非常高的市场份额。传统粉末冶金生产工艺，因材料性能，已及制程能力等因素的制约，很难制得高密度不锈钢产品。众所周知同一款材料，密度与致密性是呈正比关系，产品密度越高致密性也就越高，产品内部孔隙也就越少。不锈钢材料手表壳产品，因为穿戴类外观件，对产品的外观要求非常高，一般都是需要精抛至高光效果。现有粉末冶金工艺制备方法，因制成的产品密度较低，产品致密性差，产品内部孔隙度大，成品抛光后良率非常低，无法达到大批量高良率生产条件。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种不锈钢高密度电子产品壳体制备方法。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种不锈钢高密度电子产品壳体制备方法，包括使用含不锈钢粉末和成型剂的注射成型喂料进行注射成型、脱脂、烧结得到所述壳体，所述不锈钢粉末按重量份包括：
7.400目不锈钢粉
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75-85份；
8.500目不锈钢粉
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5-15份；
9.300目不锈钢粉
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5-15份；
10.其中，所述400目不锈钢粉为球形形貌，所述300目不锈钢粉和所述500目不锈钢粉为不规则形貌。
11.进一步地：
12.所述300目不锈钢粉和所述400目不锈钢粉为气雾化工艺形成的不锈钢粉，所述500目不锈钢粉为水雾化制粉工艺形成的不锈钢粉。
13.所述不锈钢粉末是所述300目不锈钢粉、所述400目不锈钢粉和所述500目不锈钢粉按配比在行星型混合机内旋转混合25-35min，旋转速度为每钟50-60转，从而得到的。
14.所述成型剂按重量百分比包括pom 75-80％、pe 5-10％、eva 10-15％、peg 3-5％；所述不锈钢粉末与所述成型剂的重量比为92:8～88:12。
15.注射所述注射成型喂料的通道的最小截面积不低于8平方毫米，优选为8-10平方
毫米。
16.脱脂工艺参数为：脱脂温度110-120℃，n2气体流量3-5l/min,进硝酸量2-3g/min,催化时间3-5小时。
17.所述烧结包括负压脱脂阶段和分压烧结阶段，所述负压脱脂阶段通入n2气体的流量为70-80l/min。
18.所述负压脱脂阶段包括：
19.s1段：50分钟升温至150度，n2气体流量70-80l/min；
20.s2段：75分钟升温至300度，n2气体流量70-80l/min；
21.s3段：300度恒温60分钟，n2气体流量70-80l/min；
22.s4段：75分钟升温至450度，n2气体流量70-80l/min；
23.s5段：450度恒温60分钟，n2气体流量70-80l/min；
24.s6段：60分钟升温至600度，n2气体流量70-80l/min；
25.s7段：600度恒温60分钟，n2气体流量70-80l/min；
26.s8段：50分钟升温至800度，n2气体流量70-80l/min；
27.s9段：800度恒温60分钟，n2气体流量70-80l/min。
28.所述分压烧结阶段包括：
29.s10段：100分钟从800度升温至1200度，炉内压力5kpa；
30.s11段：1200度恒温30分钟，ar气体流量10l每分钟,炉内压力5kpa；
31.s12段：50分钟升温至1300度，ar气体流量10l每分钟,炉内压力5kpa；
32.s13段：80分钟升温至1380度，ar气体流量10l每分钟,炉内压力5kpa；
33.s14段：1380度恒温180分钟，ar气体流量10l每分钟,炉内压力5kpa；
34.s15段：180分钟降温至900度，ar气体流量10l每分钟,炉内压力86kpa。
35.所述烧结还包括强制冷却阶段：
36.s16段：强制快速冷却，60分钟降温至30度，冷却时炉内的压力值86kpa。
37.本发明具有如下有益效果：
38.本发明通过将300目、400目和500目的不同粒径并混合球形与不规则形貌的不锈钢粉末材料按比例混合，制备成不锈钢注射成型喂料进行粉末冶金注射成型，经过实验发现，按照本发明这种不锈钢粉末颗粒的搭配，可以更好填充粉末之间的间隙，特别有利于获取到高密度的注射坯体，再经过脱脂烧结后得到的产品致密性高，产品内部孔隙度小，成品抛光后良率高，高光效果好，最终能够形成高致密外观品质优秀的不锈钢壳体产品，大大提升不锈钢电子产品壳体如手表壳的批量生产良率。
附图说明
39.图1为本发明实施例的不锈钢高密度电子产品壳体制备方法流程图。
40.图2a至图2d为本发明实例1-4的实物图。
具体实施方式
41.以下对本发明的实施方式做详细说明。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。
42.参阅图1，本发明实施例提供一种不锈钢高密度电子产品壳体制备方法，包括使用含不锈钢粉末和成型剂的注射成型喂料进行注射成型、脱脂、烧结得到所述壳体，其中所述不锈钢粉末按重量份包括：
43.400目不锈钢粉
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75-85份；
44.500目不锈钢粉
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5-15份；
45.300目不锈钢粉
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5-15份；
46.其中，所述400目不锈钢粉为球形形貌(其含义包含了近球形形貌)，所述300目不锈钢粉和所述500目不锈钢粉为不规则形貌。
47.在优选的实施例中，所述300目不锈钢粉和所述400目不锈钢粉为气雾化工艺形成的不锈钢粉，所述500目不锈钢粉为水雾化制粉工艺形成的不锈钢粉。
48.上述的实施例中，以300目、400目和500目的不同粒径并混合球形与不规则形貌的不锈钢粉末材料按比例混合，可以更好填充粉末之间的间隙，特别有利于获取到高密度的注射坯体，再经过脱脂烧结后得到的产品致密性高，产品内部孔隙度小，成品抛光后良率高，高光效果好，最终能够形成高致密外观品质优秀的不锈钢壳体产品，大大提升不锈钢电子产品壳体如手表壳的批量生产良率。
49.在优选的实施例中，所述不锈钢粉末是所述300目不锈钢粉、所述400目不锈钢粉和所述500目不锈钢粉按配比在行星型混合机内旋转混合25-35min，旋转速度为每钟50-60转，从而得到的。
50.在优选的实施例中，所述成型剂按重量百分比包括pom 75-80％、pe5-10％、eva 10-15％、peg 3-5％。不锈钢粉末与成型剂的重量比为92:8～88:12。
51.在优选的实施例中，注射所述注射成型喂料的通道的最小截面积不低于8平方毫米，更优选为8-10平方毫米。经过通道优化设计，让喂料注射容易通过，射入型腔制得高密度坯体。
52.现有的脱脂工艺使成型坯体在烧结前的脱脂率偏低。烧结过程中，产品容易产生成型剂排除不彻底，产品外表面液相结合后，内部高分子无法排出，导致被困内部，继续高温烧结后，内部无法排出的高分子成型剂，被碳化。脱脂率低至7.2％。产品抛光后内部形成很多砂眼，孔洞。针对此问题，在本发明优选的实施例中，脱脂工艺参数为：脱脂温度110-120℃，n2气体流量3-5l/min,进硝酸量2-3g/min,催化时间3-5小时。利用优化的脱脂工艺参数进行催化脱脂，对高密度坯体实现较高水平的脱脂率，脱脂率≥7.8％。
53.在优选的实施例中，所述烧结包括负压脱脂阶段和分压烧结阶段，其中所述负压脱脂阶段通入n2气体的流量为70-80l/min。
54.在优选的实施例中，所述负压脱脂阶段包括：
55.s1段：50分钟升温至150度，n2气体流量70-80l/min；
56.s2段：75分钟升温至300度，n2气体流量70-80l/min；
57.s3段：300度恒温60分钟，n2气体流量70-80l/min；
58.s4段：75分钟升温至450度，n2气体流量70-80l/min；
59.s5段：450度恒温60分钟，n2气体流量70-80l/min；
60.s6段：60分钟升温至600度，n2气体流量70-80l/min；
61.s7段：600度恒温60分钟，n2气体流量70-80l/min；
62.s8段：50分钟升温至800度，n2气体流量70-80l/min；
63.s9段：800度恒温60分钟，n2气体流量70-80l/min。
64.当产品在烧结的负压脱脂阶段，成型剂在烧结预烧热分解产生的气体，被大流量通入的n2气体带走，继续升温烧结后，粉末颗粒表面液相互相粘合，最后形成高致密不锈钢表壳产品。
65.在优选的实施例中，所述分压烧结阶段包括：
66.s10段：100分钟从800度升温至1200度，炉内压力5kpa；
67.s11段：1200度恒温30分钟，ar气体流量10l每分钟,炉内压力5kpa；
68.s12段：50分钟升温至1300度，ar气体流量10l每分钟,炉内压力5kpa；
69.s13段：80分钟升温至1380度，ar气体流量10l每分钟,炉内压力5kpa；
70.s14段：1380度恒温180分钟，ar气体流量10l每分钟,炉内压力5kpa；
71.s15段：180分钟降温至900度，ar气体流量10l每分钟,炉内压力86kpa。
72.在优选的实施例中，所述烧结还包括强制冷却阶段：
73.s16段：强制快速冷却，60分钟降温至30度，冷却时炉内的压力值86kpa。
74.实例一
75.1.混料
76.将不锈钢粉末与成型剂按照适当比例混合。不锈钢粉末按重量份包括球形形貌的400目不锈钢粉75-85份，不规则形貌的500目不锈钢粉5-15份，以及不规则形貌的300目不锈钢粉5-15份。成型剂按重量百分比包括pom 75-80％、pe 5-10％、eva 10-15％、peg 3-5％。在一定温度条件下，再混炼制粒一体机中进行一定时间温度的旋转混合。熔化后经螺杆挤出刀片切割成粒,获取一颗颗注射成型颗粒喂料的过程。整个混料过程随着温度的不断上升，成型剂逐渐由固态变成玻璃态、到高弹态、到最后的粘流态。加热熔化后的粘流态成型剂伴随着混合机的持续旋转，粘流态的成型剂与不锈钢粉末，两者互相掺合在一起，放大后的状态为每一个单体颗粒粉末表面，都有均匀涂覆粘流态的成型剂。
77.2.注射成型
78.喂料经过注射机炮筒的加温熔化后，在内部注射螺杆高压高速的推进下，充入产品模具型腔的过程。发明人注意到，mim喂料比塑料体积流动性比低很多，而现有的注射成型设备的注射流道适应于塑料注射，其射嘴、热机嘴以及进胶口的通道较小，而因塑料体积比流动性比mim喂料高2倍以上，喂料摩擦剪切下，极易分解产生大量气体与碳化物。产品型腔排气槽以无法满足大量气体排出，型腔压力越来越高，喂料很难在型腔内均匀充填，最后导致产品出现密度不均匀、密度偏低、产品内部碳化物较多等缺陷，严重影响产品烧结后密度。在模流分析后，本发明对注射通道进行加大。所有流道最小截面积加大至不低于8平方毫米，最佳8-10平方毫米。流道加大后有利于喂料的流通，因有着较大的通道，喂料不易在注射的高温高速时分解，可以制得高密度、均匀性坯体。
79.成型坯体密度对照表
[0080][0081]
经对比实验，如成型后的坯体密度对照表，成型坯体的密度比通道尺寸加大前的成型坯体的密度明显要提升很多，由于5.30g/cm3提升至5.45g/cm3，高密度成型坯体，内部致密性高，烧结易制得高密度坯体。
[0082]
3.脱脂
[0083]
将成型好的表壳产品，置于氧化铝陶瓷板上，装入催化脱脂炉内，脱脂工艺参数为：脱脂温度110-120℃，n2气体流量3-5l/min,进硝酸量2-3g/min,催化时间3-5小时。脱脂完成后，重量损失≥7.8％。
[0084]
4.烧结
[0085]
脱脂合格后的表壳产品，转入粉末冶金mim烧结炉内，进行烧结。烧结分阶段工艺参数如下。其中，烧结工艺的负压脱脂段采用n2气体70-80l/min的流量冲洗。
[0086][0087][0088]
1、程序：为程序段，从启动设备开始升温(1段)，到程序运行完的降温出炉(16段)；
[0089]
2、t/min：从启动到运行完该程序的总时间，共运行多少分钟结束此段程序；
[0090]
3、t/℃：当前段程序设定温度，升温程序偶数段为此程序段结束后需要升温到的温度，奇数段为此程序段需要保持的温度，降温段为此程序段结束时需要降到的温度；
[0091]
4、n2(l/min):纯氮气(纯度99％以上)，每分钟通气注入炉体多少升；
[0092]
5、ar(l/min)：氩气,每分钟通气注入炉体多少升；
[0093]
6、压力为炉腔内产品区的实际压力值。
[0094]
烧结程序运行完成后，取出表壳产品，用密度计测量产品坯密度。烧结后表壳产品密度≥7.95g/cm3即为合格，实测产品密度值为7.97g/cm3。
[0095]
5.后加工
[0096]
烧结后样品检测后，测量密度值为7.98g/cm3，然后进行后加工处理。方法，先用麻线轮加抛光腊进行开粗，开粗后产品进行超声波清洗，清洗烘干后，取出用布轮加精光腊，进行抛光至高光效果，产品实物如图2a所示。
[0097]
实例二
[0098]
1.混料：
[0099]
将不锈钢粉末与成型剂按照适当比例混合。不锈钢粉末按重量份包括球形形貌的400目不锈钢粉75-85份，不规则形貌的500目不锈钢粉5-15份，以及不规则形貌的300目不锈钢粉5-15份。成型剂按重量百分比包括pom 80％、pe 5％、eva 10％、peg 5％。在一定温度条件下180-190℃，再混炼制粒一体机中进行一定时间温度的旋转混合。熔化后经螺杆挤出刀片切割成粒,获取一颗颗注射成型颗粒喂料的过程。整个混料过程随着温度的不断上升，成型剂逐渐由固态变成玻璃态
→
高弹态
→
到最后的粘流态。加热熔化后的粘流态成型剂伴随着混合机的持续旋转，粘流态的成型剂与不锈钢粉末，两者互相掺合在一起，放大后的状态为每一个单体颗粒粉末表面，都有均匀涂覆粘流态的成型剂。
[0100]
2.注射成型
[0101]
注射通道的所有流道最小截面积加大至不低于8平方毫米，最佳8-10平方毫米。流道加大后有利于喂料的流通，因有着较大的通道，喂料不易在注射的高温高速时分解，可以制得高密度、均匀性坯体。
[0102]
成型坯体密度对照表
[0103][0104]
经对比实验，如成型后的坯体密度对照表，成型坯体的密度比通道尺寸加大前的成型坯体的密度明显要提升很多，由于5.30g/cm3提升至5.45g/cm3，高密度成型坯体，内部致密性高，烧结易制得高密度坯体。
[0105]
3.脱脂
[0106]
将成型好的表壳产品，置于氧化铝陶瓷板上，装入催化脱脂炉内，脱脂工艺参数为：脱脂温度110-120℃，n2气体流量3-5l/min,进硝酸量2-3g/min,催化时间3-5小时。脱脂完成后，重量损失≥7.8％。
[0107]
4.烧结
[0108]
脱脂合格后的表壳产品，转入粉末冶金mim烧结炉内，进行烧结。
[0109]
烧结分阶段工艺参数如下：
[0110][0111][0112]
5.后加工：
[0113]
烧结后样品检测后，测量密度值为7.96g/cm3，然后进行后加工处理。方法，先用麻线轮加抛光腊进行开粗，开粗后产品进行超声波清洗，清洗烘干后，取出用布轮加精光腊，进行抛光至高光效果，产品实物如图2b所示。
[0114]
实例三
[0115]
1.混料
[0116]
将不锈钢粉末与成型剂按照适当比例混合。不锈钢粉末按重量份包括球形形貌的400目不锈钢粉75-85份，不规则形貌的500目不锈钢粉5-15份，以及不规则形貌的300目不锈钢粉5-15份。成型剂按重量百分比包括pom 75％、pe 10％、eva 10％、peg 5％。在一定温度条件下180-190℃，再混炼制粒一体机中进行一定时间温度的旋转混合。熔化后经螺杆挤出刀片切割成粒,获取一颗颗注射成型颗粒喂料的过程。整个混料过程随着温度的不断上升，成型剂逐渐由固态变成玻璃态
→
高弹态
→
到最后的粘流态。加热熔化后的粘流态成型剂伴随着混合机的持续旋转，粘流态的成型剂与不锈钢粉末，两者互相掺合在一起，放大后
的状态为每一个单体颗粒粉末表面，都有均匀涂覆粘流态的成型剂。
[0117]
2.注射成型
[0118]
注射通道的所有流道最小截面积加大至不低于8平方毫米，最佳8-10平方毫米。流道加大后有利于喂料的流通，因有着较大的通道，喂料不易在注射的高温高速时分解，可以制得高密度、均匀性坯体。
[0119]
成型坯体密度对照表
[0120][0121]
经对比实验，如成型后的坯体密度对照表，成型坯体的密度比通道尺寸加大前的成型坯体的密度明显要提升很多，由于5.30g/cm3提升至5.45g/cm3，高密度成型坯体，内部致密性高，烧结易制得高密度坯体。
[0122]
3.脱脂
[0123]
将成型好的表壳产品，置于氧化铝陶瓷板上，装入催化脱脂炉内，脱脂工艺参数为：脱脂温度110-120℃，n2气体流量3-5l/min,进硝酸量2-3g/min,催化时间3-5小时。脱脂完成后，重量损失≥7.8％。
[0124]
4.烧结
[0125]
脱脂合格后的表壳产品，转入粉末冶金mim烧结炉内，进行烧结。
[0126]
烧结分阶段工艺参数如下：
[0127]
[0128][0129]
4.后加工：
[0130]
烧结后样品检测后，测量密度值为7.94g/cm3，然后进行后加工处理。方法，先用麻线轮加抛光腊进行开粗，开粗后产品进行超声波清洗，清洗烘干后，取出用布轮加精光腊，进行抛光至高光效果，产品实物如图2c所示。
[0131]
实例四
[0132]
1.混料
[0133]
将不锈钢粉末与成型剂按照适当比例混合。不锈钢粉末按重量份包括球形形貌的400目不锈钢粉75-85份，不规则形貌的500目不锈钢粉5-15份，以及不规则形貌的300目不锈钢粉5-15份。成型剂按重量百分比包括pom 78％、pe 8％、eva 11％、peg 3％。在一定温度条件下180-190℃，再混炼制粒一体机中进行一定时间温度的旋转混合。熔化后经螺杆挤出刀片切割成粒,获取一颗颗注射成型颗粒喂料的过程。整个混料过程随着温度的不断上升，成型剂逐渐由固态变成玻璃态
→
高弹态
→
到最后的粘流态。加热熔化后的粘流态成型剂伴随着混合机的持续旋转，粘流态的成型剂与不锈钢粉末，两者互相掺合在一起，放大后的状态为每一个单体颗粒粉末表面，都有均匀涂覆粘流态的成型剂。
[0134]
2.注射成型
[0135]
注射通道的所有流道最小截面积加大至不低于8平方毫米，最佳8-10平方毫米。流道加大后有利于喂料的流通，因有着较大的通道，喂料不易在注射的高温高速时分解，可以制得高密度、均匀性坯体。
[0136]
成型坯体密度对照表
[0137][0138]
经对比实验，如成型后的坯体密度对照表，成型坯体的密度比通道尺寸加大前的成型坯体的密度明显要提升很多，由于5.30g/cm3提升至5.45g/cm3，高密度成型坯体，内部致密性高，烧结易制得高密度坯体。
[0139]
3.脱脂
[0140]
将成型好的表壳产品，置于氧化铝陶瓷板上，装入催化脱脂炉内，脱脂工艺参数为：脱脂温度110-120℃，n2气体流量3-5l/min,进硝酸量2-3g/min,催化时间4小时。脱脂完成后，重量损失≥7.8％。
[0141]
4.烧结
[0142]
脱脂合格后的表壳产品，转入粉末冶金mim烧结炉内，进行烧结。
[0143]
烧结分阶段工艺参数如下：
[0144][0145][0146]
5.后加工
[0147]
烧结后样品检测后，测量密度值为7.92g/cm3，然后进行后加工处理。方法，先用麻线轮加抛光腊进行开粗，开粗后产品进行超声波清洗，清洗烘干后，取出用布轮加精光腊，进行抛光至高光效果，产品实物如图2d所示。
[0148]
本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。
[0149]
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。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。