專利名稱：噴射成型專用鐵粉的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種納米級別鐵粉，具體為一種噴射成型專用鐵粉。
技術背景金屬粉末噴射一21世紀的成形技術。金屬粉末噴射成型技術 (MetalPowderlnjectionMolding，簡稱MIM)是將現代塑料噴射成形技術引入粉末 冶金領域而形成的一門新型粉末冶金近凈形成形技術。其基本工藝過程是首 先將固體粉末與有機粘結劑均勻混練，經制粒后在加熱塑化狀態下( 15(TC)用噴 射成形機注入模腔內固化成形，然后用化學或熱分解的方法將成形坯中的粘結 劑脫除，最后經燒結致密化得到最終產品。與傳統工藝相比，具有精度高、組織 均勻、性能優異，生產成本低等特點，其產品廣泛應用于電子信息工程、生物 醫療器械、辦公設備、汽車、機械、五金、體育器械、鐘表業、兵器及航空航天 等工業領域。因此，國際上普遍認為該技術的發展將會導致零部件成形與加工 技術的一場革命，被譽為"當今最熱門的零部件成形技術"和"21世紀的成形技術"。美國加州Parmatech公司于1973年發明，八十年代初歐洲許多國家以及日 本也都投入極大精力開始研究該技術，并得到迅速推廣。特別是八十年代中期， 這項技術實現產業化以來更獲得突飛猛進的發展，每年都以驚人的速度遞增。到 目前為止，美國、西歐、日本等十多個國家和地區有一百多家公司從事該工藝技 術的產品開發、研制與銷售工作。日本在競爭上十分積極，并且表現突出，許多 大型株式會社均參與MIM工業的推廣，這些公司包括有太平洋金屬、三菱制鋼、 川崎制鐵、神戶制鋼、住友礦山、精工—愛普生、大同特殊鋼等。目前日本有四 十多家專業從事MIM產業的公司，其M頂工業產品的銷售總值早己超過歐洲并 直追美國。到目前為止，全球已有百余家公司從事該項技術的產品開發、研制與 銷售工作，MIM技術也因此成為新型制造業中最為活躍的前沿技術領域，被世界 冶金行業的開拓性技術，代表著粉末冶金技術發展的主方向MIM技術。
目前國際和國內噴射成型技術存在的主要問題，金屬粉末噴射成型技術是 集塑料成型工藝學、高分子化學、粉末冶金工藝學和金屬材料學等多學科透與 交叉的產物，利用模具可噴射成型坯件并通過燒結快速制造高密度、高精度、 三維復雜形狀的結構零件，能夠快速準確地將設計思想物化為具有 一定結構、 功能特性的制品，并可直接批量生產出零件，是制造技術行業一次新的變革。 該工藝技術不僅具有常規粉末冶金工藝工序少、無切削或少切削、經濟效益高 等優點，而且克服了傳統粉末冶金工藝制品、材質不均勻、機械性能低、不易 成型薄壁、復雜結構的缺點，特別適合于大批量生產小型、復雜以及具有特殊 要求的金屬零件。工藝流程粘結劑—混煉—噴射成形—脫脂—燒結—后處理目前，國際上噴射成型技術存在的主要問題是；MIM工藝所用金屬粉末顆粒 尺寸一般在0.5 20ijm;從理論上講，顆粒越細，比表面積也越大，易于成型和 燒結。但是，目前世界上在噴射成型技術存在的最大問題，就是金屬粉體材料的 顆粒粒徑和粉體顆粒表面無法做到小于0.5~20|jm，就是粉體顆粒作到小于 0.5 20pm的同時也無法滿足噴射成型技術要求的粉體顆粒形狀——球體形狀。 所以，國外許多高精密件目前還是無法用噴射成型技術來完成。而且還存在著有 機膠粘劑用量大、混合料的流變性差、萃取有機粘接劑不易、成型脫模不好等缺 陷。目前國內也引進了噴射成型技術。但是使用的粉體材料全部是從國外購進， 而傳統的粉末冶金工藝則采用大于40iJm的較粗的粉末大多在50-100ym。因為， 粉體材料所限所以國內的噴射成型技術遠無法和國外相比。專利申請號為2006100481685記載了一種金屬納米粉體零界顆粒切割生產 工藝，該專利申請記載了一種全新的零界顆粒切割金屬納米粉體材料工藝，以鐵粉為例，步驟包括，將鐵粉置于一i(rc—2(rc的零界加工溫度狀態下，然后對鐵粉顆粒進行高速切割，每分鐘控制在4000 6000次，然后對切割后的鐵粉 顆粒4000 6000轉/分鐘的高頻研磨，再進行物理還原，表面處理，即可得到產 品，最后分級分選。能夠加工出不同納米級別的鐵粉，利用該方法生產出的特 定顆粒直徑的鐵粉具有以往技術生產出的材料不同的優異特性，該工藝生產出 的各個不同級別的納米鐵粉特性有著明顯的區別，經過分級篩選和配比后可廣
泛用于不同行業或領域。專利申請號為2006101620469公開了一種金屬微、納 米顆粒包覆工藝，該申請的技術方案能在金屬粉體材料的表面形成一層厚度為 lnm—3nm的高質量防氧化保護層，以下稱為"DQ包覆法"。該工藝可以使金屬 納米粉體顆粒的防氧化時間大大延長。發明內容本發明為了解決現有技術中存在的金屬粉體材料的顆粒粒徑和粉體顆粒表 面無法作到小于0.5~20|jm，就是粉體顆粒做到小于0.5~20|jm的同時也無法滿 足噴射成型技術要求的粉體顆粒形狀的問題而提供了一種噴射成型專用鐵粉。本發明是由以下技術方案實現的， 一種噴射成型專用鐵粉，是由以下方法 制備，利用金屬納米粉體零界顆粒切割生產工藝在1(TC 25'C的情況下，高頻 切割次數設定在每分鐘5000次——6000次的情況下生產、加工粉體顆粒形狀為 球體的專用噴射成型技術的納米鐵粉，再分選出D3=51nm， D25二125. lnm， D50=200nm， D75=273. 2nm， D97=317. 3nm的顆粒分布的粉體材料，而后再用"DQ 包覆法"對鐵粉顆粒繼續厚度為2nm 3nm的防氧化包覆。使其防氧化時間達到 90小時以上。根據噴射成型技術的特點，將包覆后的粉體材料輸入到高速研磨機中進行粉 體顆粒的表面處理，使其達到粉體顆粒材料表面光滑、球體渾圓。 本發明技術優勢1、 本技術優勢的優勢一是；突破了目前國際上噴射成型技術金屬粉體材料 0.5~20|jm的范圍，可以在微米、納米之間任意生產、加工。2、 本技術優勢的優勢二是；粉體顆粒形狀為渾圓球體，表面光滑。在噴射 成型時加入有機膠粘劑用量小，是國外的1/4，用較少的粘接劑能使混合料產生 較好的流變性。3、 本技術優勢的優勢三是；不反應，在去除粘接劑的過程中與金屬粉末不 起任何化學反應，而且不會降低成型件的機械強度。4、 本技術優勢的優勢四是；易去模，在制品內不殘留碳等非金屬物體。
5、 本技術優勢的優勢五是；噴射成型工藝參數精確、最終材料的密度及其 它性能良好。6、 本技術優勢的優勢六是；混合料在噴射機料筒內被加熱成具有較好流變 性的塑性物料，并在適當的噴射壓力下注入模具中，成型出毛坯。噴射成型的 毛坯的微觀上均勻一致，從而使制品在燒結過程中均勻收縮。7、 本技術優勢的優勢七是；萃取成型毛坯在燒結前必須去除毛坯內所含有 的有機粘接劑，該過程稱為萃取。萃取工藝必須保證粘接劑從毛坯的不同部位 沿著顆料之間的微小通道逐漸地排出，而不降低毛坯的強度。因為，所加入的 粘接劑量是國外的1/4，所以，粘結劑的排除速率較快。在燒結中能使多孔的脫 脂毛坯收縮至密化成為具有一定組織和高性能的制品。8、 本技術優勢的優勢八是；填補了國家空白，工藝的成品密度高、而形狀 上自由度高是傳統粉末冶金所不能達到的從而減少工藝步驟、簡化加工程序、 制品尺寸精度高，不必進行二次加工或只需少量精加工噴射成型工藝可直接成 型薄壁、復雜結構件，制品形狀已接近最終產品要求，零件尺寸公差一般保持 在±0.1-±0.3左右。特別對于降低難于進行機械加工的硬質合金的加工成本，制 品微觀組織均勻、密度高、性能好。9、 本技術優勢的優勢九是；產品的密度最高可以達到93% (國外一般在 85%)。制品高的致密性可使強度增加、韌性加強，延展性、導電導熱性得到改善、磁性能提高。10、 本技術優勢的優勢十是；成本低效率高，產品的一致性、重復性好，易于實現大批量和規模化生產。
具體實施方式
實施例l: 一種噴射成型專用鐵粉，是由以下方法制備，利用金屬納米粉體零界顆粒切割生產工藝在IO'C的情況下，高頻切割次數設定在每分鐘5000次的情 況下生產、加工粉體顆粒形狀為球體的專用噴射成型技術的納米鐵粉，再分選出 (200nm為例)D3二51nm D25=125. l訓D50二200nm D75=273.2nm D97二317.3nm
的顆粒分布較為分散的粉體材料，而后再用"DQ包覆法"對鐵粉顆粒繼續厚度 為2nm 3nm的防氧化包覆，使其防氧化時間達到90小時以上。對鐵粉的分選可以選擇"旋風分級工藝"，該工藝主要利用鐵粉顆粒的受 力表面積和鐵粉顆粒在受力情況下的拋物曲線以及鐵粉顆粒在旋風容器中的自 重下落速度、時間。利用人工風力和速度在一密閉容器中對直徑不同的鐵粉顆 粒進行有效的分級。納米鐵粉旋風式分級設備分為四級，每級配置4KW調速電機一臺，同時配 置20KW負壓電機一臺。首先開動負壓電機在分級設備的各級容器中形成負壓狀 態,而后分別開啟1級——4級旋風分級器電機在各自密閉容器中形成軸流旋風。 將需要分級的鐵粉限量吸入第一密閉容器，在軸流旋風中分選出顆粒直徑最大 的鐵粉顆粒，剩余鐵粉顆粒進入第二密閉容器，在大于第一軸流旋風中分級出 所需鐵粉顆粒，順序二、三級進行逐級分級。這樣可以同時得到四個顆粒區間 相對集中的鐵粉產品。實施例2: —種噴射成型專用鐵粉，是由以下方法制備，利用金屬納米粉體 零界顆粒切割生產工藝在25X:的情況下，高頻切割次數設定在每分鐘6000次的情 況下生產、加工粉體顆粒形狀為球體的專用噴射成型技術的納米鐵粉，再分選出(200nm為例)D3二51nm ， D25=125. l咖，D50=200nm , D75二273. 2nm , D97=317. 3nm 的顆粒分布較為分散的粉體材料，而后再用"DQ包覆法"對鐵粉顆粒繼續厚度 為2nm 3nm的防氧化包覆，使其防氧化時間達到90小時以上。實施例3: —種噴射成型專用鐵粉，是由以下方法制備，利用金屬納米粉體 零界顆粒切割生產工藝在18"C的情況下，高頻切割次數設定在每分鐘5500次的情 況下生產、加工粉體顆粒形狀為球體的專用噴射成型技術的納米鐵粉，再分選出(200nm為例)D3:51nm D25-125. l訓D50=200nm D75=273.2nm D97=317.3nm 的顆粒分布較為分散的粉體材料，而后再用"DQ包覆法"對鐵粉顆粒繼續厚度 為2nm 3nm的防氧化包覆，使其防氧化時間達到90小時以上。
權利要求
1、一種噴射成型專用鐵粉，其特征在于是由以下方法制備，利用金屬納米粉體零界顆粒切割生產工藝在10℃～25℃的情況下，高頻切割次數設定在每分鐘5000次-6000次的情況下生產、加工粉體顆粒形狀為球體的專用噴射成型技術的納米鐵粉，再分選出D3＝51nm，D25＝125.1nm，D50＝200nm，D75＝273.2nm，D97＝317.3nm的顆粒分布的粉體材料，而后再用“DQ包覆法”對鐵粉顆粒繼續厚度為2nm～3nm的防氧化包覆。
2、 根據權利要求1所述的噴射成型專用鐵粉，其特征在于在18'C的情況 下，高頻切割次數設定在每分鐘5500次的情況下生產納米鐵粉顆粒。
全文摘要
本發明涉及一種納米級別鐵粉，具體為一種噴射成型專用鐵粉。解決了現有技術中存在的金屬粉體材料的顆粒粒徑和粉體顆粒表面無法作到小于0.5～20μm的問題。利用金屬納米粉體零界顆粒切割生產工藝在10℃～25℃的情況下，高頻切割次數設定在每分鐘5000次—6000次的情況下生產納米鐵粉，再分選出D3＝51nm，D25＝125.1nm，D50＝200nm，D75＝273.2nm，D97＝317.3nm的顆粒分布較為分散的粉體材料，而后防氧化包覆。突破了目前國際上噴射成型技術金屬粉體材料0.5～20μm的范圍，可以在微米、納米之間任意生產、加工。
文檔編號B22F9/04GK101157135SQ20071013967
公開日2008年4月9日 申請日期2007年10月29日 優先權日2007年10月29日
發明者王惠民 申請人:王惠民