一种微型电磁先导阀阀芯顶杆的粉末微注射成形方法与流程

本发明属于粉末微注射成形技术领域，涉及到一种基于热塑性蜡基-粘结剂体系的粉末微注射成形方法，实现了低成本、高精度、力学性质优良且便于加工的液压支架用微型电磁先导阀阀芯顶杆的制备。

背景技术：

在微系统技术蓬勃发展的推动下，微型零件即外部尺寸或局部尺寸在微米级的零件，以及尺寸精度在微米级的零件的制备正成为近年来先进制造研究领域的一大热点。液压支架用微型电磁先导阀需要精确改变液流通路大小，同时先导阀阀芯换向的行程较短，阀腔的开口度小，通常只有毫米级，因此微型电磁先导阀的阀体不仅具有复杂的内部液流管线结构，外形加工精度要求高，而且阀芯顶杆的尺寸小，最大设计直径2mm，最小500μm，阀芯结构需与阀体内部具有极高的装配精度。由于电磁先导阀阀芯顶杆的最小加工尺寸为微米级、结构复杂以及特定的工作环境的性质，现有机械加工的制造方法很大程度上限制了零件的选材、工作端加工精度以及表面质量的控制，且需要后续处理，生产工序较复杂。微型阀芯顶杆在乳化液中的耐蚀性能，耐磨损性能均受到机加工选材的局限。能否采用合适的粘结剂制备喂料，解决粉末喂料在充填模具微型型腔过程中产生的热应力以及在脱模过程中产生的残余应力，从而满足粉末微注射成形方法对注射成形微型阀芯顶杆，以及脱脂和烧结工艺中提出的严格要求，是推广粉末微注射成形技术制造液压支架用微型电磁先导阀阀芯顶杆的重要因素。基于上述原因，我们选用氧化锆陶瓷材料，采用粉末微注射成形的工艺进行加工，表面质量、尺寸精度等均能达到指定水平，而且加工质量稳定。

技术实现要素：

为了克服机械加工制备微型阀芯顶杆中的不足，本发明提出了一种制备微型电磁先导阀阀芯顶杆的粉末微注射成形方法，该方法采用zro2陶瓷粉末与蜡-热塑性聚合物粘结剂制备喂料，基于该粉末喂料注射成形、脱脂、烧结从而制备先导阀阀芯顶杆。粉末微注射成形方法是应用于陶瓷以及金属微型零件制造的新型粉末冶金近净成形技术，可以批量生产成分、组织均匀的具有复杂三维形状的微型零部件，最大限度地减少机加工量并节省原材料。

本发明提出了一种制备先导阀阀芯顶杆的粉末微注射成形方法，具体步骤如下：

步骤1：制备喂料

采用粘结剂与粉末混合制备喂料，粘结剂原料组成及各组分质量分数如下：

将40％—55％的金属/陶瓷粉末与所配制的粘结剂在混炼机中混炼1～2个小时后造粒；

步骤2：注射成形

在特定的注射参数下，如：注射温度150℃～170℃，注射压力为50mpa～70mpa，进行微注射成形，得到所需形状及质量的顶杆成型坯；

步骤3：脱脂

在烘箱中充分干燥，放入管式炉中在20℃～600℃间进行热脱脂，时间为15～30个小时；

步骤4：烧结

将脱脂坯置于高温管式炉中在1500℃～1600℃之间进形烧结，最终得到致密的液压支架用微型电磁先导阀阀芯顶杆。

本发明所述的粉末为氧化锆粉末。所述蜡-热塑性聚合物采用高密度聚乙烯、乙烯醋酸乙烯酯共聚物、硬脂酸、石蜡、蜂蜡等。

附图说明

图1为本发明中的微型电磁先导阀阀芯顶杆的示意图；

图2为本发明中微注射成形的微型阀芯顶杆生坯；

图3为本发明中用粉末微注射成形方法成形的微型阀芯顶杆烧结后的电镜形貌；

图4为本发明中制备先导阀芯顶杆的粉末微注射成形方法工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例中，粉体选用3y-zro2粉末，3y-zro2粉末粉体平均粒径d50＝0.2μm，所用粘结剂组分为50％高密度聚乙烯、15％乙烯-醋酸乙烯共聚物、30％石蜡、5％硬脂酸。

粉末微注射成形制造阀芯顶杆的方法步骤如下，

(1)混合粉末和粘结剂体系：将粘结剂在捏合机中混合均匀后，加入3y-zro2陶瓷粉末，陶瓷粉末粒径d50＝0.20μm，粉装量44％，在140℃-150℃混炼2小时，然后冷却破碎得到混合料；

(2)注射成形

将获得的喂料在注射成形机上通过微注射成形得到预制微型阀芯顶杆坯体，坯体形状如附图一、二所示。pvt控制方案为注射压力60mpa，注射速度为50mm/s，注射温度为170℃。

(3)脱脂

将生坯放入低温管式炉中并通入n2保护，在室温下升温到70℃保温60分钟，再由70℃升到120℃保温60分钟，然后再由120℃升至220℃保温90分钟，最后升到600℃，其中分别在350℃保温90分钟，420℃保温60分钟，600℃保温60分钟，最终随炉冷却，从而脱除粘结剂组分。

(4)烧结

将脱脂后的坯体置于高温管式烧结炉中烧结，在1000℃保温60分钟进行预烧结，再升到烧结温度1550℃，保温60分钟，随炉冷却得到先导阀阀芯顶杆。

采用本实施例制备的微型阀芯顶杆烧结后的相对密度达到99％。烧结后的阀芯顶杆如附图三示，成型优良，组织致密，没有气孔。

实施例2：

本实施例中，粉体选用3y-zro2粉末，3y-zro2粉末粉体平均粒径d50＝0.2μm，所用粘结剂组分为30％高密度聚乙烯、30％乙烯-醋酸乙烯共聚物、35％石蜡、5％硬脂酸。

粉末微注射成形制造阀芯顶杆的方法步骤如下，

(1)混合粉末和粘结剂体系：将粘结剂在捏合机中混合均匀后，加入3y-zro2陶瓷粉末，陶瓷粉末粒径d50＝0.20μm，粉装量44％，在140℃-150℃混炼2小时，然后冷却破碎得到混合料；

(2)注射成形

将获得的喂料在注射成形机上通过微注射成形得到预制微型阀芯顶杆坯体，坯体形状如附图一、二所示。pvt控制方案为注射压力40mpa，注射速度为50mm/s，注射温度为170℃。

(3)脱脂

将生坯放入低温管式炉中并通入n2保护，在室温下升温到70℃保温60分钟，再由70℃升到120℃保温60分钟，然后再由120℃升至220℃保温90分钟，最后升到600℃，其中分别在350℃保温90分钟，420℃保温60分钟，600℃保温60分钟，最终随炉冷却，从而脱除粘结剂组分。

(4)烧结

将脱脂后的坯体置于高温管式烧结炉中烧结，在1000℃保温60分钟进行预烧结，再升到烧结温度1550℃，保温60分钟，随炉冷却得到先导阀阀芯顶杆。

采用本实施例烧结后的阀芯顶杆的成型件表面出现少量裂纹和熔接痕，烧结后的组织致密，无气孔。

实施例3：

本实施例中，粉体选用3y-zro2粉末，3y-zro2粉末粉体平均粒径d50＝0.8μm，所用粘结剂组分为50％高密度聚乙烯、15％乙烯-醋酸乙烯共聚物、30％石蜡、5％硬脂酸。

粉末微注射成形制造阀芯顶杆的方法步骤如下，

(1)混合粉末和粘结剂体系：将粘结剂在捏合机中混合均匀后，加入3y-

zro2陶瓷粉末，陶瓷粉末粒径d50＝0.80μm，粉装量50％，在140℃-150℃

混炼2小时，然后冷却破碎得到混合料；

(2)注射成形

将获得的喂料在注射成形机上通过微注射成形得到预制微型阀芯顶杆坯体。pvt控制方案为注射压力60mpa，注射速度为50mm/s，注射温度为170℃。

(3)脱脂

将生坯放入低温管式炉中并通入n2保护，在室温下升温到70℃保温60分钟，再由70℃升到120℃保温60分钟，然后再由120℃升至220℃保温90分钟，最后升到600℃，其中分别在350℃保温90分钟，420℃保温60分钟，600℃保温60分钟，最终随炉冷却，从而脱除粘结剂组分。

(4)烧结

将脱脂后的坯体置于高温管式烧结炉中烧结，在1000℃保温60分钟进行预烧结，再升到烧结温度1550℃，保温60分钟，随炉冷却得到先导阀阀芯顶杆。

采用本实施例烧结后的微型阀芯顶杆裂纹较多，成型性较差。