一种钛粉注射成形用水溶性粘结剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钛粉注射成形用水溶性粘结剂及其制备方法。将所有的粘结剂组分按照一定比例配制，在加入金属粉末后，少量多次地倒入密炼机进行搅拌：搅拌温度为160℃，搅拌时间为120min，混合速度为45rpm。该水溶性粘结剂各组分的质量分数为：70％

【技术实现步骤摘要】
一种钛粉注射成形用水溶性粘结剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种注射成形钛粉时所用的水溶性粘结剂及其制备方法，属于材料加工


技术介绍

[0002]钛因其低密度、高强度、良好的耐腐蚀性和优良的生物相容性等优良特性而备受几十年来的广泛关注；钛及其合金在航空航天、汽车、化学、生物医学和其他工业的各种应用中表现出突出的性能。通过使用钛或其合金，可以在航空航天和汽车结构中节省重量，直接降低其能源成本。此外，高强度和高耐腐蚀性能使钛及其合金在化工、石化和海洋环境工业中具有重要价值。
[0003]然而，昂贵的原材料和昂贵的加工导致钛组件的高成本限制了其应用。因其冷加工能力差、多步加工昂贵、加工困难，钛及其合金的常规加工路线仍然昂贵、复杂。粉末冶金(PM)作为一种近净成形技术，为解决这一问题提供了方案。一些广泛应用的钛合金PM制造方法包括自蔓延高温合成(SHS)、热等静压(HIP)、放电等离子烧结(SPS)、微波烧结、金属注射成形(MIM)和传统的压制烧结(P&S)。 MIM可以成为钛及其合金的理想技术，因为它能够生产复杂的组件和实现低成本的大规模生产；本专利技术主要针对MIM工艺生产高品质的钛零件。
[0004]MIM是一种结合了传统塑料注射成形和粉末烧结的净加工或近净加工路线。该技术已经成功地生产出了中小型复杂的金属成分，如镍、铜和钢等；考虑到钛及其合金的主要局限性是原材料和加工成本高，MIM由于其材料利用率低、量产成本低，在加工过程中具有巨大的优势。
[0005]MIM包括原料制备、注射成形、脱脂和烧结四步；原料制备过程中以一定的装载量混合粘结剂和金属粉末，粘结剂的配比和均匀性对注射成形的后续步骤至关重要。

技术实现思路

[0006]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种经济环保、效率高的水溶性粘结剂配方，最终得到具有良好保型性、高致密度以及一定强度的样品。
[0007]本专利技术的技术方案为：
[0008]一种钛粉注射成形用水溶性粘结剂，所述水溶性粘结剂中各组元及其质量分数为：70％
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78％的聚乙二醇；10％
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20％的聚碳酸亚丙酯；1％
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4％的聚甲基丙烯酸甲酯；1％
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4％的硬脂酸；0％
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4％的聚乙烯吡咯烷酮。
[0009]优选的，本专利技术所述水溶性粘结剂中各组元及其质量分数为：75～77％的聚乙二醇；15～18％的聚碳酸亚丙酯；2～3％的聚甲基丙烯酸甲酯；2～3％的硬脂酸； 2～3％的聚乙烯吡咯烷酮。
[0010]优选的，本专利技术所述水溶性粘结剂中各组元及其质量分数为：76％的聚乙二醇；17％的聚碳酸亚丙酯；3％的聚甲基丙烯酸甲酯；2％的硬脂酸；2％的聚乙烯吡咯烷酮。
[0011]优选的，本专利技术所述聚乙二醇的分子量为2000，分子量为2000的聚乙二醇具有良好的流变性能和脱脂性能，其它分子量的聚乙二醇也可以实现本专利技术的目的；所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为8000，分子量为8000的聚乙烯吡咯烷酮可以在不增加原料粘度的基础上增加其硬度，其它分子量的聚乙烯吡咯烷酮也可以实现本专利技术的目的，PVP分子量过高将增加原料的粘度，实验中优先选用低分子量的PEG和PVP。
[0012]优选的，本专利技术所述的聚合物和钛粉的混合：将所有的粘结剂组分按照一定比例配制，在加入金属粉末后，少量多次地倒入密炼机进行搅拌：搅拌温度为 160℃，搅拌时间为120min，混合速度为45rpm；优选球形钛粉进行混合，平均粒径小于45μm。
[0013]本专利技术的优点和技术效果：
[0014](1)采用本专利技术所述水溶性粘结剂进行钛粉的注射成形，注射出的样品保型性好、致密度高并具有一定的强度；该水溶性粘结剂各组元相容性好，可以很好地润湿、包裹粉末；含有水溶性组元，脱脂时可采用蒸馏水作为溶剂进行脱脂，经济环保，且脱脂效率高。
[0015](2)本专利技术所述粘结剂的组元成分：具有良好的相容性，能与金属粉末很好地润湿、包裹粉末；具有良好的流动性，易于注射成形的模具填充；聚乙二醇属于水溶性组元，脱脂时可采用蒸馏水作为溶剂进行脱脂，效率高、成本低、环境友好，避免采用有毒的化学溶剂进行脱脂，经济环保。
附图说明
[0016]图1为实施例3采用水溶性粘结剂进行注射成形的样品示意图；
[0017]图2为对比实施例2和对比实施例3所得粘结剂注射样品的外观图，其中， a为对比实施例2所得样品，b为实施例3所得样品。
[0018]图3为对比实施例7所得粘结剂注射样品的外观图。
[0019]图4PVP对样品均匀性的改善情况(a)无PVP；(b)加2％的PVP
[0020]图5为实施例1中采用水溶性粘结剂进行注射成形，水脱中、水脱后及干燥结束的样品示意图。
具体实施方式
[0021]下面通过实施例对本专利技术作进一步详细说明，但本专利技术保护范围不局限于所述内容。
[0022]本实验所用的水溶性粘结剂组元包括聚乙二醇PEG 2000(Sigma Aldrich)、聚碳酸亚丙酯PPC(阿拉丁试剂)、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA(Chi Mei Co.Ltd.)、聚乙烯吡咯烷酮PVP(阿拉丁试剂)和硬脂酸SA(Sigma Aldrich)，所用的金属粉末是纯度为99.9％的球形钛粉(平均粒径小于45μm)。
[0023](1)粘结剂各组元的配比如表1所示。
[0024](2)粘结剂和球形钛粉以40:60的体积比进行混合。
[0025](3)粘结剂和钛粉按照一定比例配制，倒入密炼机进行搅拌：搅拌温度为 160℃，搅拌时间为120min，混合速度为45rpm，脱脂时间为28h。
[0026]采用该粘结剂配方注射的样品的性能如表2所示，测试参考的标准为Grade 3in ASTM F2989
‑
13。
[0027]表1实施例1～3所述水溶性粘结剂的成份
[0028] PEG 2000PPCPMMASAPVP实施例172％20％2％3％3％实施例278％10％4％4％4％实施例376％17％3％2％2％
[0029]表2使用实施例1～3所得粘结剂注射样品的性能
[0030][0031][0032]由表2可以看出，本实施例所得水溶性粘结剂用于钛粉注射成形样品，保型性好、致密度高并具有一定的强度；图1为采用实施例3所述水溶性粘结剂进行注射成形的样品外观图，由图可以看出，表面非常致密和光滑，成型非常好。
[0033]图5为用实施例3所述水溶性粘结剂(76％PEG+17％PPC+3％PMMA+2％ PVP+2％SA)进行注射成形，水脱中、水脱后及干燥结束的样品示意图；水脱在50℃下进行了6h，样品在水脱过程中无开裂现象，干燥结束的样品依然具有很好的表面；干燥后对样品进行称重，质量由开始的9.4889g，降低至8.7870g，脱脂率为84.09％。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钛粉注射成形用水溶性粘结剂，其特征在于，所述水溶性粘结剂中各组元及其质量分数为：70％
‑
78％的聚乙二醇；10％
‑
20％的聚碳酸亚丙酯；1％
‑
4％的聚甲基丙烯酸甲酯；1％
‑
4％的硬脂酸；0％
‑
4％的聚乙烯吡咯烷酮。2.根据权利要求1所述钛粉注射成形用水溶性粘结剂，其特征在于：所述水溶性粘结剂中各组元及其质量分数为：75～77％的聚乙二醇；15～18％的聚碳酸亚丙酯；2～3％的聚甲基丙烯酸甲酯；2～3％的硬脂酸；2～3％的聚乙烯吡咯烷酮。3.根据权利要求2所述钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：李璐，张韦晨，李传勇，刘俊男，楚尊诚，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：