一种采用粉末注射成型制备镍基高温合金复杂零件的方法技术

本发明专利技术涉及一种采用粉末注射成型制备镍基高温合金复杂零件的方法，其工艺流程为：先将镍基高温合金粉末与粘结剂均匀混合，镍基高温合金粉末重量m1和粘结剂重量m2的比值范围为：9.0‑1/D50≤m1/m2≤9.2‑1/D90，其中D50为镍基高温合金粉末的中位粒径；D90为镍基高温合金粉末累计粒度分布数达到90％时所对应的粒径；接着通过粉末注射成型机进行注射成型；接着将注射坯在硝酸氛围和80～120℃的温度下进行催化脱脂，形成脱脂坯；脱脂时间t≥(240+60*H)min；其中H为复杂零件最大壁厚，单位为mm；最后进行烧结。本发明专利技术实现了复杂形状的镍基高温合金零件的一次成型，成型零件尺寸精度高，制备过程中无需预留后续加工的尺寸余量或者只需预留极少的余量，原材料利用率高。

A Method of Preparing Complex Nickel-base Superalloy Parts by Powder Injection Molding

The invention relates to a method for preparing complex parts of nickel-based superalloy by powder injection moulding. The process flow is as follows: firstly, the nickel-based superalloy powder is uniformly mixed with binder, and the ratio of the weight of nickel-based superalloy powder M1 to the weight of binder M2 is 9.0 1/D50 m1/m2 9.2 1/D90, in which D50 is the median particle size of nickel-based superalloy powder;D90 is high; When the accumulative particle size distribution of warm alloy powder reaches 90%, the corresponding particle size is obtained; then injection moulding is carried out by powder injection moulding machine; then the injection blank is degreased catalytically in nitric acid atmosphere and at 80-120 C to form degreasing blank; the degreasing time is more than (240+60*H) min; among which H is the maximum wall thickness of complex parts in mm; finally sintering is carried out. The invention realizes one-time forming of complex shape nickel-based superalloy parts, has high dimensional accuracy of forming parts, does not need to reserve dimension allowance for subsequent processing or only needs to reserve very little allowance in the preparation process, and has high utilization rate of raw materials.

【技术实现步骤摘要】
一种采用粉末注射成型制备镍基高温合金复杂零件的方法
本专利技术涉及一种镍基高温合金复杂零件的制备方法，特别涉及一种采用粉末注射成型制备镍基高温合金复杂零件的方法。
技术介绍
镍基高温合金具有良好的耐高温性能及抗氧化性，主要用于制备航空发动机及汽车涡轮增压器等设备零件。该类零件形状复杂，并且要求尺寸精度较高。目前该类零件的制备方法主要是采用铸造后机加工的方式制造或者直接采用坯料机加工，不仅制备的工艺流程耗时漫长，而且对于复杂形状的零件，铸造和机加工的难度会大幅度提升；另外采用铸造后机加工或坯料机加工的方式制备，不仅原材料的利用率较低，而且生产效率低下，生产成本高，同时产品一致性也较差，不利于产品质量控制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用粉末注射成型制备镍基高温合金复杂零件的方法，该方法能够保证零件尺寸精度及一致性，并且不需要预留后续加工的尺寸余量或只需预留极少的余量，原材料利用率高。实现本专利技术目的的技术方案是：本专利技术包括以下步骤：A、喂料制备：将镍基高温合金粉末与粘结剂均匀混合形成喂料，镍基高温合金粉末重量m1和粘结剂重量m2的比值范围为：其中，D50为镍基高温合金粉末的中位粒径，单位为μm；D90为镍基高温合金粉末累计粒度分布数达到90％时所对应的粒径，单位为μm；B、注射成型：将步骤A中制备的喂料置于粉末注射成型机中，在80～180MPa注射压力和100～200℃的注射温度条件下注射到复杂零件的模具型腔内，形成注射坯；C、脱脂：将步骤B中制备的注射坯进行硝酸催化脱脂，形成脱脂坯；硝酸的流量为2～5ml/min，催化温度为80～120℃，脱脂时间t≥(240+60*H)min；其中H为复杂零件的最大壁厚，单位为mm；D、烧结：将步骤C中制备的脱脂坯置于烧结炉中，在真空环境或保护气氛下进行烧结，得到烧结坯，烧结温度T控制在1200～1300，℃保温时间为3小时，烧结温度需满足以下条件：1200+4*D50≤T≤1300。作为优化，上述D50为10～23μm；上述D90为22～48μm。上述步骤A中所使用的粘结剂主要成分为75％的聚甲醛、10％的聚乙烯、10％的聚丙烯、5％的硬脂酸。上述步骤B中，粉末注射成型机的料筒温度为180-220℃，喷嘴温度为190-200℃，模具型腔内的温度为80-120℃，喷嘴的注射速度为25～50cm3/s，注射峰压为120-180MPa，注射完成后保压2s，保压压力为80-120MPa。同时还包括步骤E、根据复杂零件使用要求，对烧结坯进行后处理，后处理工序包括整形、机加工、热处理、表面处理中的一种或多种组合。本专利技术具有积极的效果：(1)本专利技术中镍基高温合金粉末重量和粘结剂重量的比值范围的设定，是因为镍基高温合金粉末越细，流动性越差，此时粘结剂添加的比例越高，能够增加喂料流动性，从而更易容获得无缺陷的注射坯，同时可降低注射压力，降低设备载荷；(2)本专利技术采用硝酸脱脂，是因为采用硝酸进行脱脂周期短，脱脂效果好，环境污染小；(3)本专利技术中，对于不同壁厚的产品，通过调整硝酸脱脂时间，使产品的粘结剂完全脱除；(4)本专利技术中，通过调节烧结温度获得最佳的烧结效果。在最优的粉末粒径范围内，镍基高温合金粉末越细，越容易烧结致密，所需要的烧结温度就越低。附图说明为了使本专利技术的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本专利技术作进一步详细的说明，其中图1为本专利技术制备的注射坯照片；图2为本专利技术制备的脱脂坯照片；图3为本专利技术制备的烧结坯照片；图4为本专利技术采用保护气氛烧结的复杂零件金相组织照片；图5为本专利技术采用真空气氛烧结的复杂零件金相组织照片；图6为本专利技术保护气氛烧结坯的扫描电镜照片；图7为本专利技术真空气氛烧结坯的被腐蚀后的显微形貌。具体实施方式(实施例1)本专利技术包括以下步骤：A、喂料制备：将镍基高温合金粉末与粘结剂均匀混合形成喂料，镍基高温合金粉末重量m1和粘结剂重量m2的比值为8.95，其中50％的镍基高温合金粉末的粒径为10μm，90％的镍基高温合金粉末的粒径为22μm；B、注射成型：将步骤A中制备的喂料置于粉末注射成型机中，在80～120MPa注射压力和150～180℃的注射温度条件下注射到复杂零件的模具型腔内，形成注射坯；C、脱脂：将步骤B中制备的注射坯进行硝酸催化脱脂，形成脱脂坯；硝酸的流量为3ml/min，催化温度为80～100℃，脱脂时间300～350min；其中复杂零件的最大壁厚H为1mm；D、烧结：将步骤C中制备的脱脂坯置于烧结炉中，在惰性气体下进行烧结，得到烧结坯，烧结温度T控制在1240～1260，℃保温时间为3小时。所述步骤A中所使用的粘结剂主要成分为75％的聚甲醛、10％的聚乙烯、10％的聚丙烯、5％的硬脂酸。所述步骤B中，粉末注射成型机的料筒温度为180-220℃，喷嘴温度为190-200℃，模具型腔内的温度为80-120℃，喷嘴的注射速度为25～50cm3/s，注射峰压为120-180MPa，注射完成后保压2s，保压压力为80-120MPa。同时根据复杂零件使用要求，对烧结坯进行后处理可得到成品零件。后处理工序包括整形、机加工、表面处理中的一种或多种组合。正如图1至图3显示的外观来看，采用本专利技术方案制备的注射坯、脱脂坯、烧结坯外观良好，无缺陷。图5为采用保护气氛烧结的复杂零件金相照片，由图可知，零件的晶粒尺寸细小均匀，无孔隙等缺陷，致密度高。图6为烧结后的复杂零件扫描电镜照片，图中晶界和晶内的白色小点为弥散强化相，有益于烧结零件的强度、硬度提高。(实施例2)本专利技术包括以下步骤：A、喂料制备：将镍基高温合金粉末与粘结剂均匀混合形成喂料，镍基高温合金粉末重量m1和粘结剂重量m2的比值为8.96，其中50％的镍基高温合金粉末的粒径为12.5μm，90％的镍基高温合金粉末的粒径为25μm；B、注射成型：将步骤A中制备的喂料置于粉末注射成型机中，在110～140MPa注射压力和150～180℃的注射温度条件下注射到复杂零件的模具型腔内，形成注射坯；C、脱脂：将步骤B中制备的注射坯进行硝酸催化脱脂，形成脱脂坯；硝酸的流量为3ml/min，催化温度为80～100℃，脱脂时间310～360min；其中复杂零件的最大壁厚H为1.5mm；D、烧结：将步骤C中制备的脱脂坯置于烧结炉中，在惰性气体下进行烧结，得到烧结坯，烧结温度T控制在1250～1280，℃保温时间为3小时。所述步骤A中所使用的粘结剂主要成分为75％的聚甲醛、10％的聚乙烯、10％的聚丙烯、5％的硬脂酸。所述步骤B中，粉末注射成型机的料筒温度为180-220℃，喷嘴温度为190-200℃，模具型腔内的温度为80-120℃，喷嘴的注射速度为25～50cm3/s，注射峰压为120-180MPa，注射完成后保压2s，保压压力为80-120MPa。同时根据复杂零件使用要求，对烧结坯进行后处理可得到成品零件。后处理工序包括整形、机加工、表面处理中的一种或多种组合。正如图1至图3显示的外观来看，采用本专利技术方案制备的注射坯、脱脂坯、烧结坯外观良好，无缺陷。(实施例3)本专利技术包括以下步骤：A、喂料制备：将镍基高温合金粉末与粘结剂均匀混合形成喂料，镍基高温合金粉末重量m1和粘结剂重量m2的比值为8.99，其中50％的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用粉末注射成型制备镍基高温合金复杂零件的方法；其特征在于包括以下步骤：A、喂料制备：将镍基高温合金粉末与粘结剂均匀混合形成喂料，镍基高温合金粉末重量m1和粘结剂重量m2的比值范围为：

【技术特征摘要】
1.一种采用粉末注射成型制备镍基高温合金复杂零件的方法；其特征在于包括以下步骤：A、喂料制备：将镍基高温合金粉末与粘结剂均匀混合形成喂料，镍基高温合金粉末重量m1和粘结剂重量m2的比值范围为：其中，D50为镍基高温合金粉末的中位粒径，单位为μm；D90为镍基高温合金粉末累计粒度分布数达到90％时所对应的粒径，单位为μm；B、注射成型：将步骤A中制备的喂料置于粉末注射成型机中，在80～180MPa注射压力和100～200℃的注射温度条件下注射到复杂零件的模具型腔内，形成注射坯；C、脱脂：将步骤B中制备的注射坯进行硝酸催化脱脂，形成脱脂坯；硝酸的流量为2～5ml/min，催化温度为80～120℃，脱脂时间t≥(240+60*H)min；其中H为复杂零件的最大壁厚，单位为mm；D、烧结：将步骤C中制备的脱脂坯置于烧结炉中，在真空环境或保护气氛下进行烧结，得到烧结坯，烧结温度T控制在1200～1300，℃保温时间为3小时，烧结温度需满足以下条件：1200+4*D50≤T≤1...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏绍华，王宇枭，李小宝，何建桥，王明喜，邬均文，
申请(专利权)人：江苏精研科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32