專利名稱：硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié)劑及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金領(lǐng)域，尤其涉及一種粉末冶金近凈成形用黏結(jié)劑及在粉末冶 金近凈成形中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
硬質(zhì)合金是用難熔化合物與粘結(jié)金屬組成的液相燒結(jié)粉末冶金復(fù)合材料，常規(guī)的 工藝流程如下金屬粉末制備——硬質(zhì)合金混合料的制備——成形——成形劑脫除——燒 結(jié)——后處理。其中，常見的硬質(zhì)合金成形技術(shù)有模壓、擠壓、等靜壓等。硬質(zhì)合金注射成形技術(shù)是在傳統(tǒng)的粉末冶金技術(shù)和現(xiàn)代塑料成形技術(shù)相結(jié)合的 基礎(chǔ)上新近發(fā)展起來的，隸屬粉末注射成形技術(shù)，該技術(shù)的成形坯與最終制品形狀接近或 完全相同，精度高，加工余量小，可以成形三維復(fù)雜零部件，制品結(jié)構(gòu)均勻，性能優(yōu)異，是當(dāng) 今最熱門的零部件成形技術(shù)。硬質(zhì)合金注射成形技術(shù)的工藝流程主要包括①配制黏結(jié)劑； ②硬質(zhì)合金粉末與黏結(jié)劑進(jìn)行混合、混煉，制取喂料；③破碎制?；蚣羟兄屏?；④注射成形 為一定大小形狀的坯塊；⑤脫脂；⑥燒結(jié)。W098/18973號(hào)PCT國(guó)際公布專利文獻(xiàn)中介紹了一種用粉末注射成形技術(shù)制備硬 質(zhì)合金的方法，該方法中引入的普通石蠟與PP組合的黏結(jié)劑在實(shí)踐中存在流動(dòng)性不足的 問題，對(duì)于非常復(fù)雜的硬質(zhì)合金零部件的注射成形，注射模腔的填充往往不夠充分，影響最 終制品的質(zhì)量?，F(xiàn)有技術(shù)中還有采用低壓注射成型制備硬質(zhì)合金的方法，由于注射壓力很 小，因而要求黏結(jié)劑加入量相對(duì)較多，因此在產(chǎn)品制備過程中其收縮變形量很大，很難制取 高性能、高尺寸精度的硬質(zhì)合金(如數(shù)控刀片)，最終制得的制品孔隙率也相對(duì)較大，難以 滿足要求。還有部分蠟基體系的注射成形用黏結(jié)劑，由于其中添加了較多的油脂(例如植 物油)，當(dāng)高分子聚合物加入量較少時(shí)，該體系抗環(huán)境開裂能力變差，容易在溶劑脫脂過程 中產(chǎn)生裂紋。此外，現(xiàn)有注射成形工藝中需要單獨(dú)配制黏結(jié)劑，再將配制的黏結(jié)劑與硬質(zhì)合 金粉末混合，即將黏結(jié)劑的制取與混煉過程分開，這不僅造成了工藝步驟上的繁瑣，而且存 在對(duì)黏結(jié)劑原料的浪費(fèi)。因此，如何在簡(jiǎn)化工藝步驟、減小工藝成本的基礎(chǔ)上獲得結(jié)構(gòu)均 勻、性能優(yōu)異的高致密注射成形硬質(zhì)合金制品，這成為本領(lǐng)域技術(shù)人員面臨的一大技術(shù)難 題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有優(yōu)良的保形性、 抗環(huán)境開裂能力好、且產(chǎn)品壽命長(zhǎng)的硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié)劑，還提供一種生產(chǎn)效率高、 操作簡(jiǎn)化、成本低、產(chǎn)品效果好的硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié)劑的應(yīng)用方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出的技術(shù)方案為一種硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié) 齊U，該黏結(jié)劑包含以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分石蠟(簡(jiǎn)稱PW)60% 74%高分子聚合物20% 30%
增塑劑和/或潤(rùn)滑劑4 % 8 %和表面活性劑2% 10%。本發(fā)明的上述黏結(jié)劑中采用石蠟作為基礎(chǔ)的流動(dòng)載體，其是保證粉末填充進(jìn)模腔 的基礎(chǔ)物質(zhì)，而高分子聚合物在石蠟脫除后起到穩(wěn)定粉末骨架的作用，其他添加劑可以進(jìn) 一步改善黏結(jié)劑與喂料的流變性能，使注射坯中粉末分布更均勻。該黏結(jié)劑體系中各組分 的熱力學(xué)相容性和化學(xué)穩(wěn)定性良好，在無需添加其他更多組分的情況下，完全可以滿足作 為硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié)劑的要求。上述的硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié)劑中，所述高分子聚合物優(yōu)選為乙烯乙酸共聚物 (簡(jiǎn)稱EVA)、聚乙烯(簡(jiǎn)稱HDPE)、聚丙烯(簡(jiǎn)稱PP)中的至少一種。這幾種高分子聚合物 在滿足粉末注射成型用黏結(jié)劑一股要求的基礎(chǔ)上，其劇烈分解溫度一股在500°C以下，該溫 度下硬質(zhì)合金粉末中的碳幾乎不與其中的任何物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，這十分有利于黏結(jié)劑的 充分脫除，也便于原料粉末的配碳計(jì)算和后續(xù)燒結(jié)過程的控碳，非常適合硬質(zhì)合金的制備 工藝要求。另外，這幾種優(yōu)選的高分子聚合物無毒無害且價(jià)格低廉，在注射坯脫蠟后能很好 地支撐粉末骨架，并消除注射時(shí)的殘余應(yīng)力，保證粉末堆積和收縮過程的各向同性。上述的硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié)劑中，所述黏結(jié)劑中優(yōu)選同時(shí)包含有所述的增塑 劑和潤(rùn)滑劑，且所述增塑劑優(yōu)選為鄰苯二甲酸二辛酯(簡(jiǎn)稱D0P)，所述潤(rùn)滑劑優(yōu)選為油酸 (簡(jiǎn)稱OA)；所述表面活性劑優(yōu)選為硬脂酸(簡(jiǎn)稱SA)或硬脂酸鋅。增塑劑分子插入黏結(jié)劑 聚合物分子之間，將黏結(jié)劑組元分子分隔開，為黏結(jié)劑分子運(yùn)動(dòng)提供更多自由空間，從而降 低聚合物分子間的各種吸引力。DOP分子內(nèi)獨(dú)特的環(huán)狀和可環(huán)化結(jié)構(gòu)不僅能減少聚合物分 子間作用，還能使聚合物分子間的相互滑動(dòng)更容易，從而改善體系的流變學(xué)特性。OA作為潤(rùn) 滑劑在本發(fā)明中的使用效果良好，既能在粉末與粉末之間形成一層潤(rùn)滑膜，又能同時(shí)在粉 末與設(shè)備的接觸面起到機(jī)械潤(rùn)滑作用，減少磨損。而作為表面活化物質(zhì)，硬脂酸類活性劑在 粉末處理工藝中廣泛應(yīng)用且成本較低，其熔點(diǎn)僅65°C 75°C，可以有效降低粉末與黏結(jié)劑 間的表面張力，減小其接觸角，從而使粉末分布更均勻。作為一個(gè)總的技術(shù)構(gòu)思，本發(fā)明還提供一種如上所述的黏結(jié)劑在硬質(zhì)合金注射成 形工藝中的應(yīng)用，包括以下工藝步驟(1)制備喂料首先將硬質(zhì)合金粉末與所述黏結(jié)劑的各固態(tài)組分混合均勻，并將 混勻后的混合物分次加入到轉(zhuǎn)矩流變儀(帶“Σ”形滾刀)中進(jìn)行混煉，當(dāng)混合物加滿并全 部呈熔融態(tài)后適當(dāng)降溫，并加快轉(zhuǎn)速；最后加入所述黏結(jié)劑中的液態(tài)增塑劑，直至所述轉(zhuǎn)矩 流變儀的空腔中充滿制得的喂料，且轉(zhuǎn)矩保持平穩(wěn)；(2)制粒待上述制得的喂料冷卻后將其破碎成喂料顆粒，然后將該喂料顆粒裝 入一注射機(jī)的螺桿腔中，重新加熱塑化混煉并注射到料盤中，再次冷卻、破碎；重復(fù)本步驟 多次(一股重復(fù)3 4次即可)直至獲得成分均勻的喂料小顆粒；(3)注射成形使所述注射機(jī)到達(dá)設(shè)定的注射溫度100°C 140°C后，將上述制得 的喂料小顆粒裝入到注射機(jī)的料斗中，在70 120MPa的注射壓力下將熔融態(tài)的喂料注入 到已置備模具的注射模腔中，冷卻，固化，成形；(4)脫脂采用兩步脫脂法進(jìn)行脫脂或采用一步熱脫脂法進(jìn)行脫脂；所述兩步脫 脂法是指先采用溶劑脫脂法脫除上述成形所得坯體中的石蠟，真空干燥后再采用加熱脫脂 法脫除所述坯體中黏結(jié)劑的剩余組分；所述一步熱脫脂法是指直接將上述成形所得坯體入爐，連續(xù)進(jìn)行熱脫脂；(5)燒結(jié)將上述脫脂后的坯體繼續(xù)進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，制得硬質(zhì)合金成品。上述技術(shù)方案除了使用本發(fā)明的黏結(jié)劑外，另外一個(gè)重要的創(chuàng)新點(diǎn)在于制備喂料步驟的具體操作。現(xiàn)有技術(shù)中，制備喂料步驟一股是采用密煉機(jī)作為工藝設(shè)備，且黏結(jié)劑是 先行混合密煉，然后再與硬質(zhì)合金粉末混合，這樣不僅增加了操作步驟，繁瑣了操作流程， 而且黏結(jié)劑的用量難以精確控制，存在很大浪費(fèi)。而本發(fā)明的上述技術(shù)方案是直接將黏結(jié) 劑組分與硬質(zhì)合金粉末混合，并置于一種本領(lǐng)域不常用的轉(zhuǎn)矩流變儀中進(jìn)行混煉，通過在 轉(zhuǎn)矩流變儀中同時(shí)產(chǎn)生攪拌、擠壓和剪切作用對(duì)喂料強(qiáng)力充分混煉，不僅簡(jiǎn)化了步驟，減少 了對(duì)原料的浪費(fèi)，而且喂料的混合更加均勻，這使得后續(xù)注射成形步驟用到的喂料具有更 好的流動(dòng)性和保型性，對(duì)后續(xù)的注射成形步驟具有重要意義。此外，上述制備喂料步驟中的混煉是采用先較高溫、低轉(zhuǎn)速混煉，再進(jìn)行較低溫、 高轉(zhuǎn)速混煉，這也進(jìn)一步增強(qiáng)了喂料的均勻一致性，提高了混煉操作的效率和效果。優(yōu)選 的，上述應(yīng)用過程的制備喂料步驟中所述混合物加滿并全部呈熔融態(tài)前的混煉溫度控制 在180°C 190°C，且熔融前的轉(zhuǎn)動(dòng)速率優(yōu)選控制在15r/min 20r/min ；所述混合物加滿 并全部呈熔融態(tài)后的降溫是指使溫度降至150 160°C，所述加快轉(zhuǎn)速是指使轉(zhuǎn)動(dòng)速率提 高到 50r/min 55r/min。由于上述技術(shù)方案中所使用黏結(jié)劑的重要改進(jìn)，經(jīng)過我們的反復(fù)調(diào)試和對(duì)成品性 能的測(cè)試，我們對(duì)后續(xù)的脫脂、高溫?zé)Y(jié)等步驟的工藝參數(shù)也做了進(jìn)一步的優(yōu)化處理，具體 的所述應(yīng)用過程的兩步脫脂法中溶劑脫脂法的脫脂溶劑優(yōu)選為正庚烷，溶劑脫脂 溫度優(yōu)選控制在30°C 40°C，溶劑脫脂的時(shí)間優(yōu)選控制在3h IOh ；所述加熱脫脂法的脫 脂溫度優(yōu)選控制在380°C 450°C，加熱脫脂的保溫時(shí)間優(yōu)選為3h 5h(且期間一股應(yīng)保 證450°C溫度下恒溫脫脂Ih)。所述應(yīng)用過程的一步熱脫脂法中熱脫脂的總時(shí)間優(yōu)選控制在IOh 50h，熱脫脂 過程中在200°C時(shí)保溫2h 6h，300°C保溫2h 4h，在380°C 450°C時(shí)保溫2h 6h(且 期間一股應(yīng)保證450°C溫度下恒溫脫脂Ih)。上述的應(yīng)用過程中，脫脂既可以采用一步熱脫脂法，也可以采用兩步脫脂法。考 慮到脫脂時(shí)間與生產(chǎn)效率，針對(duì)厚度在6mm以上的注射坯，更優(yōu)選采用比較常見的兩步脫 脂法；而針對(duì)厚度小于6mm的注射坯，如果采用兩步脫脂法不僅增加了成本、降低了生產(chǎn)效 率，而且增加了轉(zhuǎn)移過程中的殘次品，因此厚度在6mm以下的注射坯優(yōu)選采用一步熱脫脂法。所述應(yīng)用過程的高溫?zé)Y(jié)優(yōu)選是在70bar 90bar的氬氣氣氛中進(jìn)行，所述燒結(jié) 溫度優(yōu)選控制在1410°C 1520°C，燒結(jié)保溫時(shí)間優(yōu)選控制在30min 60min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明的黏結(jié)劑不僅具有優(yōu)良的保形性，而 且抗環(huán)境開裂能力好，既可以采用溶劑脫蠟，又可以直接進(jìn)行熱脫脂，二者均不會(huì)產(chǎn)生脫脂 裂紋。而本發(fā)明的應(yīng)用方法是直接將本發(fā)明的黏結(jié)劑各組分直接與硬質(zhì)合金粉末一起直接 進(jìn)行混煉制取喂料，不需要預(yù)先單獨(dú)配制黏結(jié)劑，這樣減少了能耗與勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn) 效率，簡(jiǎn)化了工藝。此外，傳統(tǒng)模壓刀片燒結(jié)后刀尖部位組織較疏松，而應(yīng)用本發(fā)明黏結(jié)劑 制得的硬質(zhì)合金刀片刀尖部位密度與刀體部分均勻一致，切削時(shí)的耐磨性大大提高，使用壽命可以延長(zhǎng)50%以上。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1 一種本發(fā)明的硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié)劑，該黏結(jié)劑包含以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分石蠟949. 8g乙烯乙酸共聚物316. 6g聚乙烯158. 3g鄰苯二甲酸二辛酯95g和硬脂酸63. 3g。采用本實(shí)施例的硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié)劑在硬質(zhì)合金注射成形工藝中進(jìn)行應(yīng) 用，其具體包括以下工藝步驟(1)制備喂料首先將含WC、Co的硬質(zhì)合金粉末30kg (裝載率為50% 56%) 與上述黏結(jié)劑(共1583g)中的各固態(tài)組分(包括石蠟、乙烯乙酸共聚物、聚乙烯、硬脂酸) 在料盤中人工混合均勻，并將混勻后的混合物分次加入到轉(zhuǎn)矩流變儀中進(jìn)行混煉，混煉溫 度為180°C，轉(zhuǎn)動(dòng)速率為15r/min，大約60min后混合物加滿并全部呈熔融態(tài)，然后降溫至 150°C，并加快轉(zhuǎn)速至50r/min以利于快速混勻；后期再慢慢加入上述黏結(jié)劑中的液態(tài)增塑 劑鄰苯二甲酸二辛酯，直至轉(zhuǎn)矩流變儀的空腔中充滿制得的喂料，且轉(zhuǎn)矩保持平穩(wěn)；總混煉 時(shí)間大約為150min ；(2)制粒待上述制得的喂料冷卻后將其破碎成3mm 6mm的喂料顆粒，然后將該 喂料顆粒裝入一注射機(jī)的螺桿腔中，重新加熱塑化混煉并注射到料盤中，再次冷卻、破碎； 重復(fù)本步驟4次直至獲得成分均勻一致的喂料小顆粒；此時(shí)注射機(jī)料筒加熱塑化時(shí)溫度控 制在 130°C 士 10°C ；(3)注射成形使上述注射機(jī)到達(dá)設(shè)定的注射溫度120°C后，將上述制得的喂料小 顆粒裝入到注射機(jī)的料斗中，在IOOMPa的注射壓力下將熔融態(tài)的喂料注入到已置備模具 的注射模腔中，冷卻，固化，成形；模具的溫度保持在30°C 50°C ；(4)脫脂采用兩步脫脂法進(jìn)行脫脂，即先采用溶劑脫脂法脫除上述成形所得坯 體中的石蠟，溶劑脫脂法的脫脂溶劑為正庚烷，溶劑脫脂溫度控制在36°C，溶劑脫脂的時(shí)間 視注射坯厚度進(jìn)行調(diào)整，本實(shí)施例中8mm厚的注射坯件控制脫脂時(shí)間在10h，將其中的石蠟 大部分脫出使坯體形成連通孔隙，然后經(jīng)過真空干燥后裝入氧化鋯(或石墨舟皿)中，入爐 升溫，再采用加熱脫脂法脫除坯體中黏結(jié)劑的剩余組分，脫脂溫度380°C 450°C，保溫時(shí) 間為4h，而且在4h的保溫期間保證最終在450°C溫度下恒溫脫脂Ih ；(5)燒結(jié)將上述脫脂后的坯體繼續(xù)進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，高溫?zé)Y(jié)是在SObar 士 IObar 的氬氣氣氛中進(jìn)行，以10°c /min的速度直接升到燒結(jié)溫度，燒結(jié)溫度控制在1410°C 1520°C，8mm厚的注射坯件燒結(jié)保溫時(shí)間控制在40min，制得硬質(zhì)合金成品。實(shí)施例2:一種本發(fā)明的硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié)劑，該黏 結(jié)劑包含以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分石蠟1171. 4g聚丙烯316. 6g
液態(tài)油酸63. 3g硬脂酸31. 7g。 采用本實(shí)施例的硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié)劑在硬質(zhì)合金注射成形工藝中進(jìn)行應(yīng) 用，其具體包括以下工藝步驟(1)制備喂料首先將含WC、Co的硬質(zhì)合金粉末30kg (裝載率為50% 56%) 與上述黏結(jié)劑(共1583g)中的各固態(tài)組分(包括石蠟、聚丙烯、硬脂酸)在料盤中人工混 合均勻，并將混勻后的混合物分次加入到轉(zhuǎn)矩流變儀中進(jìn)行混煉，混煉溫度為190°C，轉(zhuǎn)動(dòng) 速率為15r/min，大約60min后混合物加滿并全部呈熔融態(tài)，然后降溫至160°C，并加快轉(zhuǎn) 速至50r/min以利于快速混勻；后期再慢慢加入上述黏結(jié)劑中的液態(tài)增塑劑鄰苯二甲酸 二辛酯，直至轉(zhuǎn)矩流變儀的空腔中充滿制得的喂料，且轉(zhuǎn)矩保持平穩(wěn)；總混煉時(shí)間大約為 150min ；(2)制粒待上述制得的喂料冷卻后將其破碎成3mm 6mm的喂料顆粒，然后將該 喂料顆粒裝入一注射機(jī)的螺桿腔中，重新加熱塑化混煉并注射到料盤中，再次冷卻、破碎； 重復(fù)本步驟3次直至獲得成分均勻一致的喂料小顆粒；此時(shí)注射機(jī)料筒加熱塑化時(shí)溫度控 制在 130°C 士 10°C ；(3)注射成形使上述注射機(jī)到達(dá)設(shè)定的注射溫度140°C后，將上述制得的喂料小 顆粒裝入到注射機(jī)的料斗中，在120MPa的注射壓力下將熔融態(tài)的喂料注入到已置備模具 的注射模腔中，冷卻，固化，成形；模具的溫度保持在30°C 50°C ；(4)脫脂采用兩步脫脂法進(jìn)行脫脂，即先采用溶劑脫脂法脫除上述成形所得坯 體中的石蠟，溶劑脫脂法的脫脂溶劑為正庚烷，溶劑脫脂溫度控制在40°C，溶劑脫脂的時(shí)間 視注射坯厚度進(jìn)行調(diào)整，本實(shí)施例6mm厚的注射坯件控制在7h，將其中的石蠟大部分脫出 使坯體形成連通孔隙，然后經(jīng)過真空干燥后裝入氧化鋯(或石墨舟皿)中，入爐升溫，再采 用加熱脫脂法脫除坯體中黏結(jié)劑的剩余組分，脫脂溫度380°C 450°C，保溫時(shí)間為4h，而 且在4h的保溫期間保證最終在450°C溫度下恒溫脫脂Ih ；(5)燒結(jié)將上述脫脂后的坯體繼續(xù)進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，高溫?zé)Y(jié)是在SObar 士 IObar 的氬氣氣氛中進(jìn)行，以10°c /min的速度直接升到燒結(jié)溫度，燒結(jié)溫度控制在1410°C 1520°C，本實(shí)施例6mm厚的注射坯件燒結(jié)保溫時(shí)間控制在30min，制得硬質(zhì)合金成品。實(shí)施例3 一種本發(fā)明的硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié)劑，該黏結(jié)劑包含以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分石蠟963. 6g乙烯乙酸共聚物219g聚乙烯146g鄰苯二甲酸二辛酯 58. 4g油酸29. 2g 和硬脂酸43. 8g。采用本實(shí)施例的硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié)劑在硬質(zhì)合金注射成形工藝中進(jìn)行應(yīng) 用，其具體包括以下工藝步驟(1)制備喂料首先將含WC、Co的硬質(zhì)合金粉末30kg(裝載率為56%)與上述黏結(jié) 劑(共1460g)中的各固態(tài)組分(包括石蠟、乙烯乙酸共聚物、聚乙烯、硬脂酸)在料盤中人工混合均勻，并將混勻后的混合物分次加入到轉(zhuǎn)矩流變儀中進(jìn)行混煉，混煉溫度為180C， 轉(zhuǎn)動(dòng)速率為15r/min，大約60min后混合物加滿并全部呈熔融態(tài)，然后降溫至150°C，并加 快轉(zhuǎn)速至50r/min以利于快速混勻；后期再慢慢加入上述黏結(jié)劑中的液態(tài)增塑劑鄰苯二甲 酸二辛酯，直至轉(zhuǎn)矩流變儀的空腔中充滿制得的喂料，且轉(zhuǎn)矩保持平穩(wěn)；總混煉時(shí)間大約為 150min ；(2)制粒待上述制得的喂料冷卻后將其破碎成3 6mm的喂料顆粒，然后將該喂 料顆粒裝入一注射機(jī)的螺桿腔中，重新加熱塑化混煉并注射到料盤中，再次冷卻、破碎；重 復(fù)本步驟4次直至獲得成分均勻一致的喂料小顆粒；此時(shí)注射機(jī)料筒溫度130°C 士 10°C ；(3)注射成形使上述注射機(jī)到達(dá)設(shè)定的注射溫度100°C后，將上述制得的喂料小 顆粒裝入到注射機(jī)的料斗中，在70MPa的注射壓力下將熔融態(tài)的喂料注入到已置備模具的 注射模腔中，冷卻，固化，成形；模具的溫度保持在30°C 50°C ；(4)脫脂采用一步熱脫脂法進(jìn)行脫脂，即直接將上述成形所得坯體裝舟入爐連 續(xù)進(jìn)行熱脫脂，本實(shí)施例中注射坯的厚度為4mm ；熱脫脂時(shí)2h內(nèi)從室溫直接升溫到200°C， 在200°C保溫3h，在300°C保溫3. 5h，然后在380°C 450°C溫度區(qū)間保溫4h，而且在4h的 保溫期間保證最終在450°C溫度下恒溫脫脂Ih ；(5)燒結(jié)將上述脫脂后的坯體繼續(xù)進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，高溫?zé)Y(jié)是在SObar 士 IObar 的氬氣氣氛中進(jìn)行，以10°c /min的速度直接升到燒結(jié)溫度，燒結(jié)溫度控制在1410°C 1520°C，本例中產(chǎn)品燒結(jié)保溫時(shí)間控制在40min，制得硬質(zhì)合金成品。使用本發(fā)明黏結(jié)劑制造的硬質(zhì)合金制品，組織結(jié)構(gòu)均勻，相對(duì)密度能達(dá)到99 100%，金相分析達(dá)到A02B02C00，機(jī)械性能好，尺寸精度高，無需后續(xù)加工，特別適合于制取 形狀復(fù)雜、不宜模壓成形的高精度硬質(zhì)合金制品。此外，按照本發(fā)明應(yīng)用制得的硬質(zhì)合金刀 片耐磨性比同類傳統(tǒng)模壓產(chǎn)品要高出50%以上，大大延長(zhǎng)刀具使用壽命。
權(quán)利要求
一種硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié)劑，其特征在于，該黏結(jié)劑包含以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分石蠟 60％～74％高分子聚合物 20％～30％增塑劑和/或潤(rùn)滑劑 4％～8％和表面活性劑2％～10％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié)劑，其特征在于，所述高分子聚合 物為乙烯乙酸共聚物、聚乙烯、聚丙烯中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求書1或2所述的硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié)劑，其特征在于，所述黏結(jié)劑 中同時(shí)包含有所述的增塑劑和潤(rùn)滑劑，且所述增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯，所述潤(rùn)滑劑為 油酸；所述表面活性劑為硬脂酸或硬脂酸鋅。
4.一種如權(quán)利要求1或2或3所述黏結(jié)劑在硬質(zhì)合金注射成形工藝中的應(yīng)用，包括以 下工藝步驟(1)制備喂料首先將硬質(zhì)合金粉末與所述黏結(jié)劑的各固態(tài)組分混合均勻，并將混勻 后的混合物分次加入到轉(zhuǎn)矩流變儀中進(jìn)行混煉，當(dāng)混合物加滿并全部呈熔融態(tài)后適當(dāng)降 溫，并加快轉(zhuǎn)速；最后加入所述黏結(jié)劑中的液態(tài)增塑劑，直至所述轉(zhuǎn)矩流變儀的空腔中充滿 制得的喂料，且轉(zhuǎn)矩保持平穩(wěn)；(2)制粒待上述制得的喂料冷卻后將其破碎成喂料顆粒，然后將該喂料顆粒裝入一 注射機(jī)的螺桿腔中，重新加熱塑化混煉并注射到料盤中，再次冷卻、破碎；重復(fù)本步驟多次 直至獲得成分均勻的喂料小顆粒；(3)注射成形使所述注射機(jī)到達(dá)設(shè)定的注射溫度100°C 140°C后，將上述制得的喂 料小顆粒裝入到注射機(jī)的料斗中，在70MPa 120MPa的注射壓力下將熔融態(tài)的喂料注入到 已置備模具的注射模腔中，冷卻，固化，成形；(4)脫脂采用兩步脫脂法進(jìn)行脫脂或采用一步熱脫脂法進(jìn)行脫脂；所述兩步脫脂法 是指先采用溶劑脫脂法脫除上述成形所得坯體中的石蠟，真空干燥后再采用加熱脫脂法脫 除所述坯體中黏結(jié)劑的剩余組分；所述一步熱脫脂法是指直接將上述成形所得坯體入爐， 連續(xù)進(jìn)行熱脫脂；(5)燒結(jié)將上述脫脂后的坯體繼續(xù)進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)，制得硬質(zhì)合金成品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于，所述制備喂料步驟中所述混合物加滿并 全部呈熔融態(tài)前的混煉溫度控制在180°C 190°C，且熔融前的轉(zhuǎn)動(dòng)速率控制在15r/min 20r/min ；所述混合物加滿并全部呈熔融態(tài)后的降溫是指使溫度降至150°C 160°C，所述 加快轉(zhuǎn)速是指使轉(zhuǎn)動(dòng)速率提高到50r/min 55r/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的應(yīng)用，其特征在于，所述兩步脫脂法中溶劑脫脂法的脫 脂溶劑為正庚烷，溶劑脫脂溫度控制在30°C 40°C，溶劑脫脂的時(shí)間控制在3h IOh ；所 述加熱脫脂法的脫脂溫度控制在380°C 450°C，加熱脫脂的保溫時(shí)間為3h 5h。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的應(yīng)用，其特征在于，所述一步熱脫脂法中熱脫脂的總時(shí) 間控制在IOh 50h，熱脫脂從室溫直接升到200°C，在200°C保溫2h 6h，300°C保溫2h 4h，然后在380°C 450°C時(shí)保溫2h 6h。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的應(yīng)用，其特征在于，所述高溫?zé)Y(jié)是在70bar 90bar的氬氣氣氛中進(jìn)行，所述燒結(jié)溫度控制在1410°C 1520°C，燒結(jié)保溫時(shí)間控制在30min 60mino
全文摘要
本發(fā)明屬于粉末冶金領(lǐng)域，具體公開了一種硬質(zhì)合金注射成形用黏結(jié)劑及其應(yīng)用，該黏結(jié)劑包含以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)的組分石蠟60～74％、高分子聚合物20～30％、增塑劑和/或潤(rùn)滑劑4～8％和表面活性劑2～10％。該黏結(jié)劑的應(yīng)用包括以下步驟首先將硬質(zhì)合金粉末與黏結(jié)劑組分混勻后加入到轉(zhuǎn)矩流變儀中進(jìn)行混煉，呈熔融態(tài)后降溫并加快轉(zhuǎn)速，最后加入增塑劑；待喂料冷卻后將其破碎成喂料顆粒，經(jīng)注射機(jī)多次加熱塑化后得到喂料小顆粒；在100～140℃、70～120MPa條件下進(jìn)行注射成形；再采用兩步脫脂法或一步熱脫脂法進(jìn)行脫脂；最后進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)制得成品。本發(fā)明的黏結(jié)劑具有優(yōu)良的保形性和抗環(huán)境開裂能力，用其制得的硬質(zhì)合金產(chǎn)品不僅壽命長(zhǎng)、效果好，而且工藝效率提高。
文檔編號(hào)B22F3/115GK101844227SQ20101017672
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者劉孫和, 姚學(xué)祥, 李屏, 王社權(quán), 羅學(xué)全 申請(qǐng)人:株洲鉆石切削刀具股份有限公司