不锈钢粉末与粘结剂相互作用对金属注射成型的影响
发布时间：2021-08-03 21:05
金属注射成型（MIM）是一种快速制造复杂形状零件的净成型工艺。粘结剂对粉末的相容性直接影响到喂料特性。一般来说,良好的相容性意味着具有良好润湿性或较强界面结合力。本文将改性粉末与以官能化共聚物为主成分的粘结剂混炼成喂料,使粉末与粘结剂之间以氢键或化学键相连接,增大相互作用力,制备出高密度、高力学强度以及脱脂保型性好的生坯,具体内容如下:采用KH550偶联剂对17-4PH不锈钢粉末进行表面处理,在粉末表面接枝上氨基,对表面改性前后的粉末进行沉降体积、表面元素及粒径分布等测试。粘结剂组分中的官能化聚合物是以甲基丙烯酸甲酯（MMA）分别与甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）、甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA）进行共聚合反应,制备出侧链带有羟基的P（MMA-co-HEMA）共聚物（命名为PMH）和带有环氧基的P（MMA-co-GMA）共聚物（命名为PMG）。粘结剂由70 vol.%官能化聚合物和30 vol.%聚乙二醇（PEG1500）组成。将不锈钢粉末与粘结剂混炼成喂料,考察了两者相互作用力的强弱对喂料流动性、生坯密度、强度及脱脂过程的影响。研究表明:随着粉末与粘结剂相互作用力的增强,生坯密度及强度有较...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属注射成型工艺流程图[4]
合肥工业大学硕士学位论文2图1.1金属注射成型工艺流程图[4]Fig1.1ProcessflowchartformetalinjectionmouldingMIM技术的生坯成型步骤与塑料注射加工基本相同，具体的工艺流程见图1.1。它包括以下几个步骤：混炼喂料、注射成型、生坯脱脂、烧结和后处理[5]。第一步，将所用粉末和粘结剂加入到密炼机，制备出体系均匀的喂料。其次，通过脱脂将并不需要的粘结剂从试样中脱除。最后，将脱脂的试样在高温下烧结，并对产品进行后处理以获得最终制品。如果其中一个步骤操作控制不当，则会造成制品缺陷，严重的可能导致整批产品的报废。1.1.2金属注射成型的应用领域粉末注射成型技术(PIM)集粉末冶金和注塑成型的工艺特点于一体，该技术最早起源于1938年，生产者通过粉末注射成型制造出陶瓷火花塞。经过数十年的发展，粉末注射成型的研究及应用主要集中于陶瓷注射成型(CIM)领域。据文献报道[6-7]，20世纪80年代初由Wiech博士创立的Parmatech公司制造的MIM产品在国际粉末冶金会议的产品设计大赛中荣获了两项大奖，以及Rivers在当时申请了第一项粉末注射成型专利，这引起了国内外材料研究者的极大注视，遂开始专注于MIM技术的研究。图1.2金属注射成型制造的零件Fig1.2Partsmanufacturedbymetalinjectionmoulding
О?彩抢?帽砻婊钚约了??从π曰?诺奈?交蛘呋?Ы岷侠葱奘畏?末粒子的表面，常见的有各类偶联剂、高级脂肪酸及有机铵盐等；高能改性是利用激光、电子或离子等高能束定向作用在粉末表面的改性途径。MIM技术应用中，处理粉末的常规方法是通过物理球磨以及加入少量表面活性剂。表面活性剂的作用原理是通过与粉末表面带有的水合极性基团相结合[16]，在粉体表面形成界面层，从而阻碍了颗粒的团聚或接触，粉末可以均匀地分散在熔融的粘结剂中，可改善粉体的分散性、稳定性和相容性，并降低体系粘度。其改性粉末的示意图，如图1.3所示。图1.3表面活性剂改性粉末示意图Fig1.3Schematicofsurfactantmodifiedpowder使用表面活性剂改性粉末一般采用两种工艺：(1)干法改性：粉末在无水干燥状态下进行改性，各种有机表面活性剂均能适用，特别是非水溶性表面活性剂；(2)湿法改性：将粉末填料与表面活性剂水溶液混合成浆料，表面活性剂能均匀涂覆粉体表面，适用于可水溶或水解的表面活性剂。在改性粉末时，表面活性剂大多采用脂肪酸化合物，如硬脂酸(SA)或油酸(OA)，而使用偶联剂（如硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等）对粉末改性的文献报道相对少见。硬脂酸或油酸是通过Lewis酸碱反应形成氢键吸附在粉体表面，而偶联剂是以共价键与粉末颗粒表面的氧结合，共价键比氢键更牢固，不易受到酸碱相互作用的影响，对温度的敏感性更低[17]。硅烷偶联剂的结构式是R1SiY3，其中R1表示氨基、环氧基等官能团，这些官能团和粘结剂具有较强的反应能力；Y表示烷氧基（如-OCH3基、-OCH2CH3基），可以水解产生硅醇基(Si-OH)，并能和金属或陶瓷粉末表面的-OH化学缩合生成硅醚键（R1-SiO-M，
【参考文献】：
期刊论文
[1]复配偶联剂改性粉煤灰及其对氯丁橡胶性能的影响[J]. 张友南,刘永明,熊紫薇,孟子毅,曾雨婷,胡圣飞,刘清亭. 橡胶工业. 2019(05)
[2]电荷辅助氢键的形成机制及环境效应研究进展[J]. 王朋,肖迪,梁妮,周日宇,张迪. 材料导报. 2019(05)
[3]毛细管两端不同压强差对稀溶液粘度测量的影响[J]. 赵鲁梅,郝良焕. 科技通报. 2018(09)
[4]金属注射成型技术及其在不锈钢零件成型中的应用[J]. 黄猛. 内燃机与配件. 2018(03)
[5]咪唑-醋酸酐-DMF法测定聚酯多元醇的羟值[J]. 张立,吕建平. 安徽化工. 2017(04)
[6]A strategy to obtain a high-density and high-strength zirconia ceramic via ceramic injection molding by the modification of oleic acid[J]. Jia-xin Wen,Tian-bin Zhu,Zhi-peng Xie,Wen-bin Cao,Wei Liu. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2017(06)
[7]粉末注射成型最佳粉末装载量的确定方法研究[J]. 曹广元,邓子玉,任亮,李艳娟. 新技术新工艺. 2013(03)
[8]陶瓷注射成型中水萃取脱脂粘结剂体系的相容性研究[J]. 贾翠,谢志鹏,刘伟,孙加林. 陶瓷学报. 2011(02)
[9]钨基MIM喂料能量相互作用与流变学研究[J]. 梁叔全,唐艳,张勇,钟杰. 中国科技论文在线. 2007(05)
[10]纳米Al2O3表面接枝修饰的XPS研究[J]. 车剑飞,龚婕,杨绪杰,陆路德,汪信. 光谱学与光谱分析. 2006(04)
博士论文
[1]硬质合金注射成形工艺研究[D]. 祝宝军.中南大学 2002
硕士论文
[1]17-4PH不锈钢粉末表面改性及注射成型喂料[D]. 金哲生.合肥工业大学 2019
[2]金属粉末注射成型用官能化聚丙烯酸酯粘结剂的合成与研究[D]. 李政.合肥工业大学 2018
[3]纳米碳酸钙和纳米氧化铝的表面官能化改性及应用研究[D]. 王亮.北京化工大学 2008
本文编号：3320336
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
金属注射成型工艺流程图[4]
合肥工业大学硕士学位论文2图1.1金属注射成型工艺流程图[4]Fig1.1ProcessflowchartformetalinjectionmouldingMIM技术的生坯成型步骤与塑料注射加工基本相同，具体的工艺流程见图1.1。它包括以下几个步骤：混炼喂料、注射成型、生坯脱脂、烧结和后处理[5]。第一步，将所用粉末和粘结剂加入到密炼机，制备出体系均匀的喂料。其次，通过脱脂将并不需要的粘结剂从试样中脱除。最后，将脱脂的试样在高温下烧结，并对产品进行后处理以获得最终制品。如果其中一个步骤操作控制不当，则会造成制品缺陷，严重的可能导致整批产品的报废。1.1.2金属注射成型的应用领域粉末注射成型技术(PIM)集粉末冶金和注塑成型的工艺特点于一体，该技术最早起源于1938年，生产者通过粉末注射成型制造出陶瓷火花塞。经过数十年的发展，粉末注射成型的研究及应用主要集中于陶瓷注射成型(CIM)领域。据文献报道[6-7]，20世纪80年代初由Wiech博士创立的Parmatech公司制造的MIM产品在国际粉末冶金会议的产品设计大赛中荣获了两项大奖，以及Rivers在当时申请了第一项粉末注射成型专利，这引起了国内外材料研究者的极大注视，遂开始专注于MIM技术的研究。图1.2金属注射成型制造的零件Fig1.2Partsmanufacturedbymetalinjectionmoulding
О?彩抢?帽砻婊钚约了??从π曰?诺奈?交蛘呋?Ы岷侠葱奘畏?末粒子的表面，常见的有各类偶联剂、高级脂肪酸及有机铵盐等；高能改性是利用激光、电子或离子等高能束定向作用在粉末表面的改性途径。MIM技术应用中，处理粉末的常规方法是通过物理球磨以及加入少量表面活性剂。表面活性剂的作用原理是通过与粉末表面带有的水合极性基团相结合[16]，在粉体表面形成界面层，从而阻碍了颗粒的团聚或接触，粉末可以均匀地分散在熔融的粘结剂中，可改善粉体的分散性、稳定性和相容性，并降低体系粘度。其改性粉末的示意图，如图1.3所示。图1.3表面活性剂改性粉末示意图Fig1.3Schematicofsurfactantmodifiedpowder使用表面活性剂改性粉末一般采用两种工艺：(1)干法改性：粉末在无水干燥状态下进行改性，各种有机表面活性剂均能适用，特别是非水溶性表面活性剂；(2)湿法改性：将粉末填料与表面活性剂水溶液混合成浆料，表面活性剂能均匀涂覆粉体表面，适用于可水溶或水解的表面活性剂。在改性粉末时，表面活性剂大多采用脂肪酸化合物，如硬脂酸(SA)或油酸(OA)，而使用偶联剂（如硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂等）对粉末改性的文献报道相对少见。硬脂酸或油酸是通过Lewis酸碱反应形成氢键吸附在粉体表面，而偶联剂是以共价键与粉末颗粒表面的氧结合，共价键比氢键更牢固，不易受到酸碱相互作用的影响，对温度的敏感性更低[17]。硅烷偶联剂的结构式是R1SiY3，其中R1表示氨基、环氧基等官能团，这些官能团和粘结剂具有较强的反应能力；Y表示烷氧基（如-OCH3基、-OCH2CH3基），可以水解产生硅醇基(Si-OH)，并能和金属或陶瓷粉末表面的-OH化学缩合生成硅醚键（R1-SiO-M，
【参考文献】：
期刊论文
[1]复配偶联剂改性粉煤灰及其对氯丁橡胶性能的影响[J]. 张友南,刘永明,熊紫薇,孟子毅,曾雨婷,胡圣飞,刘清亭. 橡胶工业. 2019(05)
[2]电荷辅助氢键的形成机制及环境效应研究进展[J]. 王朋,肖迪,梁妮,周日宇,张迪. 材料导报. 2019(05)
[3]毛细管两端不同压强差对稀溶液粘度测量的影响[J]. 赵鲁梅,郝良焕. 科技通报. 2018(09)
[4]金属注射成型技术及其在不锈钢零件成型中的应用[J]. 黄猛. 内燃机与配件. 2018(03)
[5]咪唑-醋酸酐-DMF法测定聚酯多元醇的羟值[J]. 张立,吕建平. 安徽化工. 2017(04)
[6]A strategy to obtain a high-density and high-strength zirconia ceramic via ceramic injection molding by the modification of oleic acid[J]. Jia-xin Wen,Tian-bin Zhu,Zhi-peng Xie,Wen-bin Cao,Wei Liu. International Journal of Minerals Metallurgy and Materials. 2017(06)
[7]粉末注射成型最佳粉末装载量的确定方法研究[J]. 曹广元,邓子玉,任亮,李艳娟. 新技术新工艺. 2013(03)
[8]陶瓷注射成型中水萃取脱脂粘结剂体系的相容性研究[J]. 贾翠,谢志鹏,刘伟,孙加林. 陶瓷学报. 2011(02)
[9]钨基MIM喂料能量相互作用与流变学研究[J]. 梁叔全,唐艳,张勇,钟杰. 中国科技论文在线. 2007(05)
[10]纳米Al2O3表面接枝修饰的XPS研究[J]. 车剑飞,龚婕,杨绪杰,陆路德,汪信. 光谱学与光谱分析. 2006(04)
博士论文
[1]硬质合金注射成形工艺研究[D]. 祝宝军.中南大学 2002
硕士论文
[1]17-4PH不锈钢粉末表面改性及注射成型喂料[D]. 金哲生.合肥工业大学 2019
[2]金属粉末注射成型用官能化聚丙烯酸酯粘结剂的合成与研究[D]. 李政.合肥工业大学 2018
[3]纳米碳酸钙和纳米氧化铝的表面官能化改性及应用研究[D]. 王亮.北京化工大学 2008
本文编号：3320336
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