專利名稱：一種大尺寸擠壓成形坯的快速無(wú)缺陷脫脂方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于粉末冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種粉末近凈成形的脫脂技術(shù)。
背景技術(shù)：
粉末注射成形(PIM)和粉末擠壓成形(PEM)是近年來(lái)發(fā)展迅速的兩種粉末冶金近凈成形新技術(shù)，適合于各種金屬、合金、陶瓷粉末等材料的加工成型，特別是成形諸如硬質(zhì)合金、銅、鋼、鎢、高熔點(diǎn)金屬間化合物、陶瓷等難以用常規(guī)加工成形方法制備的材料，都可以用這兩種技術(shù)，對(duì)新材料及其產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)提供了新的技術(shù)方法。PIM和PEM的基本工藝過(guò)程為粉末體+粘結(jié)劑一混煉一注射或擠壓成形一脫除粘結(jié)劑一燒結(jié)其中，粘結(jié)劑的設(shè)計(jì)及其脫除技術(shù)是PIM和PEM技術(shù)成敗的關(guān)鍵，尤其是粘結(jié)劑的脫除，即脫脂技術(shù)是整個(gè)工藝過(guò)程中限制零部件向大尺寸、大厚度或非常薄的大截面變化方向發(fā)展的關(guān)鍵步驟，如粉末擠壓成形產(chǎn)品尺寸大會(huì)導(dǎo)致脫脂工藝費(fèi)時(shí)長(zhǎng)、缺陷多、過(guò)程難以控制，制約了 PEM產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。而隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)粉末冶金異型制品的需求不斷增加，同時(shí)對(duì)大尺寸零部件和大厚件提出了更高要求。因此，研究并開(kāi)發(fā)出適合制備大尺寸零部件產(chǎn)品的脫脂技術(shù)方法至關(guān)重要。范景蓮等在中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào)Q001，1K4) :651 641)上報(bào)道采用多組元低分子有機(jī)溶劑的混合物對(duì)大尺寸注射成形樣坯進(jìn)行溶劑脫脂，對(duì)于直徑為20mm的大棒溶劑脫脂M 30h時(shí)，脫脂量為50 % 60 %，其余粘結(jié)劑可采用熱脫脂工藝脫除，此脫脂方法耗時(shí)長(zhǎng)、效率低。Baojun Zhu等在Journal of Materials Processing Technology(2003,142 :487-492)上采用冷凝蒸氣脫脂新方法對(duì)幾種粉末注射成形大尺寸試樣進(jìn)行脫脂，脫脂試樣包括圓片試樣直徑為20mm，厚4. 2mm;矩形試樣尺寸為 6mmX 6mmX 42mm，球形試樣直徑為9mm，圓棒試樣直徑為8mm，長(zhǎng)68mm。采用此脫脂方法，脫脂效率高，脫脂坯強(qiáng)度大，但存在脫脂裝置復(fù)雜，溶劑蒸汽對(duì)周圍環(huán)境有較大的污染，及對(duì)操作者的健康不利等問(wèn)題。I. M. Somasundram 等在 Chemical Engineering Science (2008, 63 :3802-3809)上報(bào)道采用虹吸脫脂方法，方便快速地實(shí)現(xiàn)了直徑為16mm、長(zhǎng)40mm的圓柱試樣的脫脂。然而該脫脂方法存在生坯表面與虹吸粉相互粘結(jié)致使制品表面污染，并且成本高，在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中較少采用。Zhou Jicheng等在Journal of Materials Processing Technology (2003,137 :21-24)上通過(guò)精心控制熱脫脂升溫速率，實(shí)現(xiàn)了直徑達(dá)20mm的硬質(zhì)合金擠壓棒的脫脂。T. Jardiel 等在 Ceramics International (2009, 35 :2329-2335)上報(bào)道綜合采用溶劑脫脂和熱脫脂工藝，制得了壁厚小于200 μ m的大長(zhǎng)徑比管材。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在探索一種粉末近凈成形生坯的脫脂技術(shù)新方法，以實(shí)現(xiàn)成形坯的快速脫脂，同時(shí)保證脫脂坯無(wú)缺陷，特別是能實(shí)現(xiàn)大尺寸成形坯的簡(jiǎn)單、方便、快速無(wú)缺陷脫脂。
一種大尺寸擠壓成形坯的快速無(wú)缺陷脫脂方法，包括以下步驟1)將成形坯放入溶劑脫脂槽中，同時(shí)添加脫脂溶劑，液固體積比為7 1 15 1，在30 60°C的恒溫條件下脫脂6 12h，將脫脂坯取出在30 50°C下恒溫干燥 0. 5 Ih ；2)更換脫脂溶劑，在上述步驟1)相同條件下脫脂、恒溫干燥，脫脂時(shí)間為2 6h ；；3)重復(fù)步驟幻2-3次，直至粘結(jié)劑失重量達(dá)60 75% ；4)將溶劑脫脂坯置于高溫脫脂爐中，在真空(10—1 I(T3Pa)或者負(fù)壓QOO 400Pa)下，升至600 850°C保溫，得到無(wú)缺陷大尺寸脫脂坯。所述的脫脂溶劑包括正庚烷、二氯乙烯、三氯甲烷或環(huán)己烷。步驟1)和2)中的恒溫均為水浴條件下的恒溫。所述的粘結(jié)劑為石蠟基復(fù)合粘結(jié)劑。(石蠟基復(fù)合粘結(jié)劑是屬于一類常規(guī)的粘結(jié)劑，這一類均可用本發(fā)明方法脫除，這是由于本發(fā)明是對(duì)粘結(jié)劑進(jìn)行分步脫除，首先溶劑脫脂脫除粘結(jié)劑中主要成分石蠟，后續(xù)熱脫脂再對(duì)粘結(jié)劑中少量殘余成分進(jìn)行降解脫除)步驟4)中，在高溫脫脂爐注入了 5vol. %的隊(duì)或八！·。步驟4)中升溫是以2-5 °C /min的速率升溫。步驟4)中保溫時(shí)間為30 90min。本發(fā)明所涉及的脫脂方法能方便快速地實(shí)現(xiàn)大尺寸成形坯(直徑或厚度> 20mm) 的脫脂，同時(shí)保證脫脂坯無(wú)缺陷。發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和積極效果本發(fā)明的粉末近凈成形脫脂技術(shù)，改善了大尺寸成形坯脫脂時(shí)間長(zhǎng)、脫脂保形性差、脫脂缺陷多的缺點(diǎn)。脫脂工藝簡(jiǎn)單且易于控制，在溶劑脫脂過(guò)程中增加干燥步驟，使脫脂坯中殘余應(yīng)力得到釋放，避免了脫脂缺陷的產(chǎn)生，同時(shí)進(jìn)行2-3次的循環(huán)溶劑脫脂，可使得脫脂量高達(dá)70%以上，提高了脫脂效率。在后續(xù)熱脫脂過(guò)程中采用真空或負(fù)壓氣氛，提高了脫脂坯的保形性。綜合采用溶劑脫脂和熱脫脂工藝，脫脂效率高，能方便快速地實(shí)現(xiàn)大尺寸成形坯的無(wú)缺陷脫脂。


圖1為實(shí)施例1樣品照片其中(a)脫脂前棒坯照片(Φ24πιπι) ； (b)脫脂后棒坯照片(Φ24πιπι) ； (c)脫脂前棒坯斷口 SEM照片；(d)脫脂后棒坯斷口 SEM照片圖2為實(shí)施例2樣品照片其中(a)脫脂前棒坯照片(Φ38πιπι) ； (b)脫脂后棒坯照片(Φ38πιπι) ； (c)脫脂前棒坯斷口 SEM照片；(d)脫脂后棒坯斷口 SEM照片。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例旨在進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。實(shí)施例1 1.采用粉末增塑擠壓成形技術(shù)，制備得Φ24πιπι的大長(zhǎng)徑比鎢基合金棒坯，所用粘結(jié)劑為石蠟基復(fù)合粘結(jié)劑。2.將擠壓棒坯放入溶劑脫脂槽中，同時(shí)添加一定量的正庚烷，液固比為8 1(體積比)。2.采用恒溫水浴來(lái)調(diào)控脫脂溶劑溫度，在40°C的條件下脫脂他。3.將脫脂坯取出置于恒溫干燥箱中，在35°C下保溫0. 5h。4.更換脫脂溶劑，再把脫脂坯浸入正庚烷中，脫脂溫度為40°C，脫脂時(shí)間為4h。5.再將脫脂坯取出置于恒溫干燥箱中干燥，如此反復(fù)，經(jīng)2次浸溶劑脫脂，干燥， 粘結(jié)劑失重量可達(dá)70%。6.將溶劑脫脂坯置于高溫脫脂爐中，在真空氣氛下，以5°C /min升溫速度升至 650°C、并保溫1小時(shí)進(jìn)行后續(xù)熱脫脂，得到無(wú)缺陷大長(zhǎng)徑比Φ24πιπι的脫脂棒坯。7.用本發(fā)明的脫脂技術(shù)方法，改善了擠壓棒坯在溶劑脫脂過(guò)程中極易產(chǎn)生開(kāi)裂等缺陷的不足，實(shí)現(xiàn)了大長(zhǎng)徑比擠壓棒坯的快速無(wú)缺陷脫脂。實(shí)施例2 1.采用粉末增塑擠壓成形技術(shù)，制備得Φ38πιπι的大長(zhǎng)徑比鎢基合金棒坯，所用粘結(jié)劑為石蠟基復(fù)合粘結(jié)劑。2.將擠壓棒坯放入溶劑脫脂槽中，同時(shí)添加一定量的正庚烷，液固比為12 1(體積比)。2.采用恒溫水浴來(lái)調(diào)控脫脂溶劑溫度，在45°C的條件下脫脂10h。3.將脫脂坯取出置于恒溫干燥箱中，在40°C下保溫lh。4.更換脫脂溶劑，再把脫脂坯浸入正庚烷中，脫脂溫度為45°C，脫脂時(shí)間為他。5.再將脫脂坯取出置于恒溫干燥箱中干燥，經(jīng)2次浸溶劑脫脂，干燥，粘結(jié)劑失重量為62%。6.將溶劑脫脂坯置于高溫脫脂爐中，在真空氣氛下，以3°C /min升溫速度升至 800°C、并保溫1小時(shí)進(jìn)行后續(xù)熱脫脂，得到無(wú)缺陷大長(zhǎng)徑比Φ38πιπι的脫脂棒坯。7.用本發(fā)明的脫脂技術(shù)方法，方便快速地實(shí)現(xiàn)了大厚度擠壓棒坯的脫脂，同時(shí)得到的脫脂棒坯無(wú)缺陷。實(shí)施例3 對(duì)比使用傳統(tǒng)的脫脂方法和本發(fā)明的脫脂方法。傳統(tǒng)的脫脂方法為熱脫脂或者簡(jiǎn)易的溶劑脫脂+熱脫脂兩步脫脂工藝。實(shí)驗(yàn)采用粉末增塑擠壓成形技術(shù)，制備得Φ24πιπι的大長(zhǎng)徑比鎢基合金棒坯，所用粘結(jié)劑為石蠟基復(fù)合粘結(jié)劑。同時(shí)采用傳統(tǒng)熱脫脂、傳統(tǒng)的簡(jiǎn)易熱脫脂+熱脫脂兩步工藝和本發(fā)明的脫脂方法(分別記為Μ、N、F)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1.表1Φ24πιπι棒坯不同脫脂方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果型弓1脫脂方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果024mmx 180mmM脫脂棒坯均產(chǎn)生開(kāi)裂、變形等缺陷024mmx 180mmN脫脂時(shí)間長(zhǎng)(248h)，且延長(zhǎng)脫脂時(shí)間，無(wú)法避免棒坯開(kāi)裂等脫脂缺陷的產(chǎn)生，廢品率210%024mmx 180mmF脫脂時(shí)間短(<24h),脫脂棒坯廢品率低(<1%)
權(quán)利要求
1.一種大尺寸擠壓成形坯的快速無(wú)缺陷脫脂方法，其特征在于包括以下步驟1)將成形坯放入溶劑脫脂槽中，同時(shí)添加脫脂溶劑，液固體積比為7 1 15 1，在 30 60°C的恒溫條件下脫脂6 12h，將脫脂坯取出在30 50°C下恒溫干燥0. 5 Ih ；2)更換脫脂溶劑，在上述步驟1)相同條件下脫脂、恒溫干燥，脫脂時(shí)間為2 他；；3)重復(fù)步驟2)2-3次，直至粘結(jié)劑失重量達(dá)60 75%；4)將溶劑脫脂坯置于高溫脫脂爐中，在真空10—1 10’a或者負(fù)壓200 400 下， 升至600 850°C保溫，得到無(wú)缺陷大尺寸脫脂坯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的脫脂溶劑包括正庚烷、二氯乙烯、 三氯甲烷或環(huán)己烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1)和幻中的恒溫均為水浴條件下的恒溫。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的粘結(jié)劑為石蠟基復(fù)合粘結(jié)劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中，在高溫脫脂爐注入了5vol. % 的N2或Ar。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中升溫是以2-5°C/min的速率升
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中保溫時(shí)間為30 90min。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種大尺寸擠壓成形坯的快速無(wú)缺陷脫脂方法。將成形坯放入溶劑脫脂槽中，同時(shí)添加脫脂溶劑，液固比為7∶1～15∶1，在30～60℃的恒溫條件下脫脂6～12h，將脫脂坯取出在30～50℃下恒溫干燥0.5～1h；更換脫脂溶劑脫脂，干燥；重復(fù)2-3次，直至粘結(jié)劑失重量達(dá)60～75％；將溶劑脫脂坯置于高溫脫脂爐中，在真空或者負(fù)壓氣氛下，升至600～850℃保溫，得到無(wú)缺陷大尺寸脫脂坯。本發(fā)明克服了大尺寸成形坯脫脂時(shí)間長(zhǎng)、脫脂保形性差、脫脂缺陷多的不足，且所采用的兩種脫脂工藝簡(jiǎn)單、易于控制，在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。
文檔編號(hào)B22F3/20GK102248167SQ20111018627
公開(kāi)日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月5日
發(fā)明者劉文勝, 蔡青山, 馬運(yùn)柱 申請(qǐng)人:中南大學(xué)