專利名稱:由球形金屬粉末制造多孔元件的方法
本發(fā)明涉及由金屬粉末制造成品的方法，具體地說是關(guān)于由球形金屬粉末制造多孔元件或多孔組合件的方法。
已有的由球形金屬粉末制造多孔元件的方法，是把粉末松裝在成形模具中，連模具一起放進(jìn)燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)在還原性氣氛或真空中進(jìn)行。參見美國(guó)專利U.S.4.435.483。對(duì)鐵基或鎳基球形粉末是在粉末中加入粘結(jié)劑，模壓成形后采用耐高溫填料支撐進(jìn)行燒結(jié)。因?yàn)榍蛐谓饘俜勰┡c具有不規(guī)則形狀的金屬粉末不同，它沒有成形能力，具有不規(guī)則形狀的粉末顆粒之間在一定的壓力下能夠互相鑲嵌起來，模壓成形的生坯強(qiáng)度可以滿足后道工序的工藝要求。因此，已有的由球形金屬粉末制造成品的方法，不得不在粉末中加入粘結(jié)劑，成形后在填料中或者將粉末松裝在模具中燒結(jié)，以防止生坯在燒結(jié)過程中因粘結(jié)劑脫除發(fā)生松散崩塌現(xiàn)象。但是，球形金屬粉末形狀規(guī)則，由球形金屬粉末制造的多孔元件，孔徑易于控制，可以根據(jù)要求控制在狹窄的范圍內(nèi)，且有透過性能好，過濾精度高等突出優(yōu)點(diǎn)，這是用不規(guī)則形狀粉末制造多孔元件所無法達(dá)到的。所以由球形金屬粉末制造成品的方法是工程技術(shù)上一個(gè)重要的課題。已有的由球形金屬粉末制造多孔元件方法的缺點(diǎn)是，對(duì)松裝燒結(jié)法來說模具消耗量大，燒結(jié)爐有效空間不能充分利用，浪費(fèi)能源，生產(chǎn)效率低;對(duì)填料燒結(jié)法來說工藝復(fù)雜、浪費(fèi)能源，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。本發(fā)明的任務(wù)是解決由球形金屬粉末制造多孔元件需要松裝燒結(jié)或填料燒結(jié)的問題，提供一種與不規(guī)則形狀粉末制造成品方法基本相同的模壓成形和燒結(jié)的方法。
本發(fā)明的特征在于由球形金屬粉末制造多孔元件方法中使用的是復(fù)合粘結(jié)劑，球形粉末經(jīng)壓制成形后，無論在高溫和低溫都具有足夠的強(qiáng)度，可以滿足工藝要求。而且在燒結(jié)過程中無有害雜質(zhì)殘留，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量及性能無不利影響。復(fù)合粘結(jié)劑由熱固性酚醛樹脂40～70%(重量比，下同)，甲基丙烯酸酯類樹脂60～30%和/或醋酸纖維素60～30%組成，溶劑是丙酮、乙醇和水，適量。根據(jù)球形金屬粉末材質(zhì)和化學(xué)成份不同，以及其它因素確定粘結(jié)劑的用量，通常是粉末重量的1～5%。
本發(fā)明的工藝步驟是把球形金屬粉末根據(jù)多孔元件技術(shù)性能要求進(jìn)行篩選分離，粒度控制在一定范圍內(nèi)，根據(jù)球形金屬粉末材質(zhì)和化學(xué)成份的不同，加入一定量的粘結(jié)劑，攪拌均勻，烘干，模壓成形，成形壓力視產(chǎn)品設(shè)計(jì)密度要求，粉末顆粒度大小等因素而定，一般是1.47×108-5.88×108Pa，對(duì)多孔過濾元件選用低壓力，中、高密度組合件或結(jié)構(gòu)零件選用高壓力，脫模生坯放在加熱爐中加熱350～600℃，使粘結(jié)劑蒸發(fā)脫除。脫除粘結(jié)劑后的生坯疊置于燒結(jié)爐中，在還原性氣氛中或在真空中燒結(jié)，燒結(jié)溫度根據(jù)粉末材質(zhì)及制品幾何形狀尺寸而定，不銹鋼球形粉末通常取1100～1350℃，銅基粉末取750～900℃。
粉末經(jīng)模壓成形，生坯在脫除粘結(jié)劑前與脫除粘結(jié)劑后的強(qiáng)度如下表所示
從上表數(shù)據(jù)可以看出，粘結(jié)劑脫除后生坯的強(qiáng)度高于粘結(jié)劑脫除前的強(qiáng)度，這樣就可以實(shí)現(xiàn)無模具和無填料燒結(jié)。
本方法發(fā)明除了用于由球形金屬粉末制造單一密度的多孔元件，同樣可應(yīng)用于制造密度不同的多孔元件的組合件。所謂組合件是指由顆粒度相同或不同的粉末，經(jīng)不同壓力分別壓制成的不同密度的零件組合在一起，進(jìn)行燒結(jié)所得的制品。這種組合件的制造是已有的制造方法所無法解決的。本發(fā)明同樣可用于制造中、高密度的結(jié)構(gòu)零件，工藝步驟與前述完全相同，只是成形壓力較高，一般是3.92×108-5.88×108Pa，對(duì)不銹鋼零件其密度可達(dá)6.8g/cm3。
本方法發(fā)明的實(shí)施例。
例1 316L不銹鋼球形粉末止火管，干式乙炔回火防止器關(guān)鍵零件。其化學(xué)成份為C＜0.03%，Cr16-18%，Ni12-14%，Mo2.0-2.5%，Mn＜0.08%，Si＜1.0%氣霧化球形粉末，粘結(jié)劑用量2～3%，攪拌均勻，烘干后篩分壓制成形，成形壓力1.47×108-4.41×108Pa，一般是1.76×108Pa，于爐溫350～700℃脫除粘結(jié)劑，1100-1350℃真空燒結(jié)20分鐘，成品密度為5.4～5.8g/cm3。
例2 6-6-3錫青銅球形粉末過濾器。其化學(xué)成份為Pb2.0～4.0%，Sn5.0～7.0%，Zn5.0～7.0%，Cu余量。粘結(jié)劑用量0.5～1.0%，攪拌均勻，烘干后篩分，在1.47×108-1.96×108Pa壓制成形，350～520℃半小時(shí)脫除粘結(jié)劑，在750～900℃，25%N2+75%H2分解氨氣氛中燒結(jié)2小時(shí)。
例3 多孔材料組合件-防爆器探頭。用316L不銹鋼球形粉末制造，根據(jù)設(shè)計(jì)要求壓制密度不同零件，組合裝配后去除粘結(jié)劑，真空燒結(jié)。工藝條件同例1。
例4 316L不銹鋼過濾片(φ100×1mm)。粉末中加入粘結(jié)劑用量2～3%，攪拌均勻，烘干，篩分，成形壓力1.76×108Pa，300～700℃脫除粘結(jié)劑，1100～1350℃真空燒結(jié)1小時(shí)。
例5 316L不銹鋼結(jié)構(gòu)件。氣霧化球形粉末，加入粘結(jié)劑用量2～3%，成形壓力3.92×108Pa，400～650℃1小時(shí)脫除粘結(jié)劑，1100～1350℃真空燒結(jié)20分鐘。成品密度為6.4～6.8g/cm3。
例6 Co-Cr-Mo不銹鋼多孔人造關(guān)節(jié)。其化學(xué)成份為Cr27～30%，Mo5～7%，Ni＜2.5%，Si≤1.0%，Mn＜1.0%，F(xiàn)e≤0.75%，C≤0.35%，余量為Co，水霧化土豆形(似球形)粉末，加入粘結(jié)劑用量3～5%，攪拌均勻，烘干，篩分，壓制成形，400～650℃脫除粘結(jié)劑，1050～1250℃真空燒結(jié)，成品密度5.4-5.8g/cm3。
到現(xiàn)在為止應(yīng)用本方法發(fā)明已制造干式乙炔回火防止器的止火管、防爆帽、各種規(guī)格和性能的過濾片，儲(chǔ)氫瓶用各種規(guī)格過濾管和消聲器元件等總計(jì)30萬件以上，產(chǎn)值300萬元，社會(huì)效益4000萬元以上。
本方法發(fā)明，使得由球形金屬粉末制造多孔元件或多孔組合件的方法，在球形粉末中加入本發(fā)明的復(fù)合粘結(jié)劑之后，如同由不規(guī)則形狀粉末制造成品的方法一樣，模壓成形，燒結(jié)時(shí)不再需要松裝在模具中或者在填料中進(jìn)行。其優(yōu)點(diǎn)是減少模具消耗，節(jié)約能源，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品質(zhì)量滿足高性能據(jù)標(biāo)要求，特別是解決了不同密度組合件制造的技術(shù)難題。
權(quán)利要求
1.一種由球形金屬粉末制造多孔元件的方法，該方法包括在球形粉末中添加粘結(jié)劑，模壓成形、加溫脫除粘結(jié)劑，在還原氣氛中或真空中燒結(jié)，其特征是所用的粘結(jié)劑由熱固性酚醛樹脂40～70%(重量比)，甲基丙烯酸脂類樹脂60～30%和/或醋酸纖維素60～30%組成，溶劑是丙酮、乙醇和水，粘結(jié)劑用量是粉末重量的1～5%；模壓成形的壓坯脫除粘結(jié)劑后疊置于燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，燒結(jié)時(shí)不需要在填料中或者裝在模具中進(jìn)行。
2.如權(quán)利要求
1所說明的制造方法，其特征是用于由316L不銹鋼球形粉末制造多孔元件，其化學(xué)成份為C＜0.03%，Cr16-18%，Ni12-14%，Mo2.0-2.5%，Mn＜0.08%，Si＜1.0%，粘結(jié)劑用量2～3%，成形壓力1.47×108-4.41×108Pa，脫除粘結(jié)劑溫度350～600℃，在還原性氣氛中或真空中燒結(jié)，溫度1100～1350℃/20分鐘。
3.如權(quán)利要求
1所說明的制造方法，其特征是用于由6-6-3錫青銅球形粉末制造多孔元件，其化學(xué)成份為Zn 5.0-7.0%，Sn 5.0-7.0%，Pb 2.0-4.0%，余量是Cu，粘結(jié)劑用量0.5-1.5%，脫除粘結(jié)劑溫度350-550℃，成形壓力1.47×108-1.96×108Pa，燒結(jié)氣氛25%N2+75%H2，燒結(jié)溫度750-900℃/2hr。
4.如權(quán)利要求
1所說的制造方法，其特征是用于由Co-Cr-Mo不銹鋼球形或似球形粉末制造人工關(guān)節(jié)多孔元件，化學(xué)成份為Cr 27-30%，Mo 5～7% Ni≤2.5% Si≤1.0% Mn≤1.0%，F(xiàn)e≤0.75%，C≤0.35%，余為Co。粘結(jié)劑用量3～5%，壓制成形，脫除粘結(jié)劑溫度400-650℃，真空燒結(jié)溫度1050-1250℃。
5.如權(quán)利要求
1所說的制造方法，其特征是用于由不同或相同粒度的球形金屬粉末經(jīng)不同壓力分別壓制成形的多孔元件組合體的制造。
6.如權(quán)利要求
1所說的制造方法，其特征是用于中、高密度結(jié)構(gòu)件的制造，成形壓力3.92×108-5.88×108Pa。
專利摘要
本發(fā)明屬于由金屬粉末制造成品方法技術(shù)領(lǐng)域：
。本方法發(fā)明使用的膠粘劑，由熱固性酚醛樹脂、甲基丙烯酸酯類樹脂和/或醋酸纖維素組成，在球形金屬粉末中加入粘結(jié)劑1—5％，烘干、篩分，壓制成型，壓坯在脫除粘結(jié)劑之前和以后，都具有足夠的強(qiáng)度，完全可以滿足工藝要求，壓坯可以疊置于燒結(jié)爐中進(jìn)行燒結(jié)，不需要采用松裝燒結(jié)或填料繞結(jié)。本方法發(fā)明也同時(shí)解決了制造不同密度的組合件的技術(shù)難題。
文檔編號(hào)B22F3/12GK87104133SQ87104133
公開日1988年4月20日 申請(qǐng)日期1987年6月11日
發(fā)明者金家敏, 王嘯鳳, 孫袁, 張德明, 趙志偉 申請(qǐng)人:國(guó)家機(jī)械工業(yè)委員會(huì)上海材料研究所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan