Ti（C，N）基金屬陶瓷粉末注射成形工藝的研究.pdf

1、Ti(C,N)基金屬陶瓷是高硬度、高耐磨性的結(jié)構(gòu)材料。由于傳統(tǒng)的模壓成型技術(shù)不能成型復(fù)雜幾何形狀的產(chǎn)品;且該材料機械加工極為困難，較大地限制了Ti(C,N)基金屬陶瓷的應(yīng)用范圍。粉末注射成形(PIM)是一種能高效率地生產(chǎn)小型復(fù)雜形狀零件的近凈成形技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用于金屬陶瓷成型上，開發(fā)出具有復(fù)雜幾何形狀的Ti(C,N)基金屬陶瓷產(chǎn)品，將為擴大Ti(C,N)金屬陶瓷的應(yīng)用領(lǐng)域，開辟一條新的途徑。為此，簡要地綜述了粉末注射成形近十幾年來的研究

2、成果，分析了采用PIM技術(shù)制備Ti(C,N)基金屬陶瓷過程中的難點，較系統(tǒng)地研究了Ti(C,N)基金屬陶瓷粉末注射成形工藝及相關(guān)的基礎(chǔ)問題，其主要工作如下: 評價了粘結(jié)劑體系中的粉末表面改性劑(添加劑):硬脂酸((SA)、油酸(OA),欽酸酷偶聯(lián)劑(TC)對Ti(C,N)基金屬陶瓷粉末表面改性的作用;用熱力學(xué)、動力學(xué)和流變學(xué)，分析了高密度聚乙烯(HDPE)和乙烯一醋酸乙烯酷共混物((EVA)混合的相容性和流變性，以及粉末表面改性

3、劑對粘結(jié)劑的流變性能的影響;用偏光顯微鏡和掃描電鏡分析了高分子混合物在溶劑石蠟中的結(jié)晶態(tài)分布和斷口形貌;開發(fā)出Ti(C,N)基金屬陶瓷PIM蠟基系粘結(jié)劑體系，其組成為:68PW-lOHDPE -20EVA-2TC(wt.﹪)。該粘結(jié)劑體系中低分子組元PW與高分子組元之間的相容性好，結(jié)晶態(tài)聚合物均勻地分散在溶劑石蠟中，有機粘結(jié)劑與Ti(C,N)基金屬陶瓷球磨粉表面的潤濕性好。 用動力學(xué)分析了熱脫脂和溶劑脫脂過程。熱脫脂初期和中期階

4、段，粘結(jié)劑中低分子組元((PW)的熱解氣體或蒸氣，在粘結(jié)劑液體中的擴散是動力學(xué)控制步驟。在170'C -300'C時，PW脫除過程中的飽和蒸氣壓高，當(dāng)熱脫脂爐內(nèi)的壓力過低，脫脂升溫過快，氣體在粘結(jié)劑液體中的擴散速率較高時，易造成脫脂坯坍塌或開裂;當(dāng)熱脫脂爐內(nèi)環(huán)境壓力超過0.12MPa時，熱解的氣體在粘結(jié)劑液體中的擴散速率較低，不能即時排除，易造成脫脂坯起泡。試驗結(jié)果表明:在N:保護下，脫脂爐中的環(huán)境壓力為O.11MPa-0.12MPa時

5、，熱解的氣體速率約等于氣體在粘結(jié)劑液體的擴散速率，脫脂坯的缺陷率大大降低。在溫度>>300'C時，PW基本脫除，高聚物共混物(HDPE,EVA共混物)的裂解成為控制性步驟，因低分子組元脫除后存在大量孔隙，采用低壓或真空熱脫脂的方法，可以提高脫脂速率，縮短熱脫脂時間。 溶劑脫脂過程中溶劑的成分、脫脂溫度、脫脂時間對蠟基粘結(jié)劑中的石蠟脫除具有較大的影響。溶劑脫脂初期，PW在溶液中的擴散是控制環(huán)節(jié)，隨著脫脂的進行，逐漸轉(zhuǎn)變由粘結(jié)劑溶解

6、、擴散共同控制。試驗結(jié)果表明:溶劑脫脂+熱脫脂有利于脫脂坯的碳含量控制和精度控制，但該工藝生產(chǎn)手續(xù)較復(fù)雜，控制條件較嚴格，此外有機溶劑易對環(huán)境造成污染。 Ti(C,N)基金屬陶瓷PIM脫脂坯燒結(jié)時，升溫速率、最高燒結(jié)溫度與保溫時間、冷卻速率等較大地影響Ti(C,N)基金屬陶瓷PIM制品的微觀組織和力學(xué)性能。傳統(tǒng)模壓燒結(jié)法與兩階段燒結(jié)法比較其結(jié)果表明:由于兩階段燒結(jié)法縮短了最高燒結(jié)溫度時的保溫時間，延長第二階段燒結(jié)溫度下的保溫

7、時間(>_5h)，燒結(jié)坯的缺陷率下降，微觀組織均勻，力學(xué)性能得到了提高。 應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計方法，探討了Ti(C,N)基金屬陶瓷球磨粉與有機粘結(jié)劑體系混合物(喂料)的流變特性，建立了喂料均勻性H、與混煉次數(shù)。的關(guān)系式， H<,s>=90+exp(0.04n+1.88) 用正交實驗方法考查了注射參數(shù)及其交互作用對注射坯質(zhì)量的影響。結(jié)果表明:不僅注射參數(shù)的水平影響注射坯質(zhì)量，