一种注射成形用不锈钢基喂料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于粉末冶金技术领域，具体涉及一种注射成形用不锈钢基喂料及其制备 方法。
【背景技术】
[0002] 注射成形工艺所用喂料是决定粉末冶金零件制备成本、决定注射成形后续脱脂、 烧结等工序工艺参数及最终产品质量及稳定性的重要因素。由于粉末冶金制品对质量及稳 定性要求极为严格，包括长、宽、高、厚度、角度、幅度、直径、孔径、孔间距离等尺寸公差精度 往往要求控制在±0.03mm或是0.5°之内，甚至对硬度、强度等指标也有较高的要求。而采用 注射成形工艺生产的零件产品往往具有几何形状复杂的特点，在生产过程中喂料经历储 料、升温熔融、合模、注射、开模、顶出、脱脂、烧结等多个工序，而每一道工序又包含众多工 艺参数。因此，喂料性能及稳定性成为注射成形工艺参数调整、决定最终产品质量及稳定性 最重要依据之一。喂料流动性、混合均匀性及质量稳定性不佳，在加热、注射时会造成金属 粉末和塑基组分分离、多聚或是少聚，流动性过好或是不足均会造成注射生坯形成孔洞、不 饱满、断层、流纹等外观缺陷以及尺寸、密度等指标不稳定，且会引起参数调整与注射坯质 量的矛盾;也会因喂料质量稳定性、收缩率不均匀引起注射坯模具开发精度、烧结控制难度 增加等从而引起开模周期增加、生产费用、停机率增加甚至导致最终产品精度、质量偏差。 依据喂料中不锈钢粉、粘结剂、骨架剂和增塑剂之间的相互结合、搭配、作用原理，使用成分 稳定、易得的原料大批量稳定生产和供应喂料，在不改变现有基本设备的情况下，提升注射 成形用不锈钢基喂料流动性能、收缩率等质量及稳定性指标水平，不仅利于包括注射成形 用模具开发流程及工艺参数的稳定化、模块化，也利于大幅度降低注射成形用喂料、最终产 品成本及改善产品性能。
[0003] 目前，就粉末冶金技术领域注射成形工艺所用喂料而言，使用国外如德国巴斯夫 等进口喂料虽然质量及稳定性均好，但因其过于高昂的价格使注射成形产品丧失经济性； 使用市面上流通的国产喂料存在价格较高、多种配方、组成成分不一、供应周期长、批次质 量不稳定等问题。此外，由于在工艺流程中采用注射成形工艺生产的终端产品具有不可恢 复性特点限制，常因上述问题增加了工艺的复杂性和成本，易于发生产品质量、批次稳定性 差异导致不良品率上升、成本上升，也为进一步推广注射成形工艺、扩大稳定生产造成障 碍。
[0004] 另外，注射成形工艺由于其通过挤压喂料直接成形几何形状复杂、高难度形状制 造小型精密零部件，几乎能100%利用材料，并且具有生产自动化程度高、无污染、可实现连 续大批量清洁生产等优势，因而相比较于传统机械加工工艺而言，具有很强的市场竞争优 势，近年来得到高速发展。注射成形用喂料性能及稳定性作为注射成形工艺参数调整、决定 最终产品质量及稳定性最重要依据之一，其技术内容涉及金属粉末和塑基、腊基多组分高 分子添加物。因此，需要解决金属粉末、塑基、腊基原料品种类繁多及质量、价格相差大因而 存在的注射成形用喂料质量、稳定性及价格问题。如何应用易得、价低原料，并对各组分进 行界定和规范，以稳定对一类应用注射成形工艺生产不锈钢基产品在工艺参数、模具开发 等的系统流程化、模块化，并形成规范统一的标准。研究粉末冶金技术领域注射成形工艺用 喂料是目前降低用料成本、提升产品质量及稳定性水平的重点。
【发明内容】
[0005]针对现有国内外粉末冶金领域注射成形用喂料存在的上述不足，本发明的目的在 于提供一种原料易得、价格低廉，能够有效改善不锈钢基零件在注射成形时的流动性和稳 定性，并减少注射生坯外观缺陷，保持注射生坯具有稳定收缩率，可以大幅度降低注射成形 广品制造成本、提升广品性能的不镑钢基喂料及其制备方法。
[0006]为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下： 一种注射成形用不锈钢基喂料的制备方法，包括如下步骤： 步骤A:按照重量百分含量准备如下组分:水-气联合雾化不锈钢粉90.0~94.6%、聚甲醛 5.0~8.0%、高密度聚乙烯0.2~1.0%、乙烯-醋酸乙烯共聚物0.0~0.5%、石蜡0.2~0.5%、硬脂酸 0 ? (M) ? 2%、增塑剂 0 ? (M) ? 2%，总计 100%; 步骤B:在启动密炼装置的电源后，将步骤A准备的水-气联合雾化不锈钢粉和石蜡加入 密炼装置的混炼仓中，之后进行升温； 步骤C:当步骤B混炼仓中温度升至190~220°C后保持温度，采用同时正转搅拌螺杆和反 转挤出螺杆进行搅拌，搅拌25~35min以使得水-气联合雾化不锈钢粉和熔化的石蜡混合均 匀； 步骤D:将步骤A准备的聚甲醛、高密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物预先混匀，完成 步骤C之后，将预先混匀的聚甲醛、高密度聚乙烯和乙烯-醋酸乙烯共聚物加入到混炼仓中， 保持190~220°C的温度，继续搅拌混炼150~180min; 步骤E:将步骤A准备的的硬脂酸和增塑剂预先混匀，完成步骤D之后，将混匀的硬脂酸 和增塑剂加入到混炼仓中，保持190~220°C的温度，继续搅拌混炼10~20min; 步骤F:保持190~220 °C的温度，继续搅拌，待D步骤加入的聚甲醛、高密度聚乙烯和乙 烯-醋酸乙烯共聚物均呈现熔塑状态，不粘结仓壁，且搅拌至混炼仓中所有物料混合均匀 后，混炼结束，正转挤出螺杆将物料挤出切粒，得到长度为2~5mm、直径为2~4mm的注射成形 用不锈钢基喂料颗粒； 其中，步骤D、步骤E和步骤F中所述的搅拌方式也是采用同时正转搅拌螺杆和反转挤出 螺杆进行搅拌。
[0007] 本发明混炼时，混炼仓的温度一直保持190~220°C，且搅拌均是采用同时正转搅拌 螺杆和反转挤出螺杆进行搅拌。
[0008] 进一步，优选的是水-气联合雾化不锈钢粉中95%以上粒径在7~10um的范围内。 [0009]进一步，优选的是所述的石蜡的成分为固体烷烃。
[0010]进一步，优选的是所述的所述聚甲醛为均聚产品。
[0011] 进一步，优选的是所述的乙烯-醋酸乙烯为共聚物。
[0012] 进一步，优选的是所述的增塑剂为多元醇苯甲酸酯。
[0013]进一步，优选的是所述的步骤B的升温速率为60°C/h。
[0014]进一步，优选的是所述的正转搅拌螺杆和反转挤出螺杆的速度均为60转/min。
[0015]本发明还保护上述制备方法制得的注射成形用不锈钢基喂料。
[0016]本发明不锈钢基喂料各组分选择机理的说明： 水-气联合雾化不锈钢粉:作为注射成形用喂料主体原料，要求金属粉末具有粒度细小 且形状为球形。金属粉末制取过程中，以水作为雾化介质时，随着雾化压力的提高，可以得 到晶粒结构很细的粉末，但不规则形状颗粒增多；相反，气体雾化能够得到球形粉末，但不 易得到极细粒度粉末。因此，使用水-气联合雾化不锈钢粉可以兼顾粉末细度和形状相互优 势互补，从而兼顾喂料在流动性能和产品在致密性、稳定性的综合要求。本发明将水-气联 合雾化不锈钢粉作为主体原料使用占比90%左右，水-气联合雾化工艺虽使不锈钢粉末制造 成本有所升高，但也仅为国内喂料市面价格40~50%，综合看不仅使注射成形用喂料性能及 稳定性增加，且使用成本显著降低。
[0017]聚甲醛:作为配方中加入金属粉末之外的主体粘结剂，聚甲醛为高度结晶的树脂， 具有表面光滑、硬而致密、几何稳定性强的特点，其均聚物具有良好的延展性、耐磨性，熔化 温度190~230°C，与注射温度相近，极不耐酸。以加入的均聚甲醛为基础很好地起到了对不 锈钢粉末粘合及成形作用，又满足在注射成形后续工序中用硝酸将其脱出脱尽的要求。
[0018]高密度聚乙烯:高密度聚乙烯是一种常见高结晶度、半透明热塑性树脂，具有良好 的化学稳定性、韧性和机械强度，熔化温度130°c，根据具体设计零件少量加入改善喂料流 动性、结构稳定性。
[0019]乙烯-醋酸乙烯共聚物:其特点是具有良好的柔软性、弹性、成形性和化学稳定性， 与其他填料的掺混性好，加热到100°c熔融能流动，成为具有一定粘度的液体。加入的少量 乙烯-醋酸乙烯共聚物起到聚甲醛和高密度聚乙烯的连接剂作用。
[0020] 石蜡:石蜡是固态高级烷烃的混合物，配方中应用常见工业石蜡即可，工业石蜡在 47°C>64°C熔化，是很好的绝缘体和储热材料，由于其低温熔融及良好的浸润性和安定性， 加入的少量石蜡起到良好润滑剂作用，不粘结设备，易于在喂料密炼后除净余料。
[0021] 硬脂酸：即十八烷酸，为常见有机物，具有良好润滑性和热稳定性，作为热稳定剂、 增塑剂、软化剂加入。在注射成形