李笃信, 黄伯云, 曲选辉, 李益民, 林健凉, 冯一雷
(粉末冶金国家重点实验室,长沙410083)
摘 要: 催化脱脂是目前MIM 技术领域新的发展方向,研究了新型金属注射成形催化脱脂型粘结剂的催化快速分解. 研究结果表明:该催化脱脂型粘结剂在以HNO3 为催化剂进行催化脱脂时,注射成形坯经3 - 4 h催化脱脂后,脱脂坯内部已形成大量的连通孔道. 脱脂时间、脱脂温度以及不同粘结剂组成影响催化脱脂效果.
关键词: 金属粉末注射成形; 粘结剂; 催化脱脂
中图分类号: T124. 39 文献标识码:A 文章编号: 100520299 (2001) 0320256203
Catalytic debinding of metal injection molding
LI Duxin , HUAN GBai2yun , QU Xuanhui , LI Yimin , LIN Jianliang , FENG Yilei
(State Key Laboratory for Powder metallurgy , Changsha 410083 , China)
Abstract : The catalytic debinding is a new t rend of the development direction of debinding techniques of metal injection molding (MIM) due to it s inherent advantages. The catalytic debinding of a novel type binder for MIM was studieded in this paper. The result s show that the novel catalytic debinding type binder can be quickly removed by catalytic decomposition using HNO3 gas as the catalyst , and debound part has good shape retention and no obvious defect s. It has shown that the debinding time , debinding temperature and composition of feedstock have obvious effect on the debinding efficiency. The weight loss increases with increasing debinding time , debinding temperature , and the polymer blend.
Key words : metal injection molding ; binder ; catalytic debinding
脱脂是金属注射成形(MIM) 工艺中最困难和最重要的因素,费时最多、最难控制. 脱脂工艺对于保证产品质量极为重要,在脱脂过程中成形坯极易出现宏观和微观缺陷,至今粘结剂的脱脂仍是一个阻碍MIM 发展的严重问题[1 ,2 ] . meta2mold 法[3～6 ]是德国BASF 公司90 年代初开发出来的一种催化脱脂方法,它综合了热脱脂和溶剂脱脂的优点,快速而不易产生缺陷和变形,是目前最先进的脱脂方法. 笔者利用聚合物共混改性技术开发了一种能催化脱脂的新型粘结剂体系,本文研究了该粘结剂体系以HNO3 为催化剂进行催化脱脂以及各种因素对催化脱脂效果的影响.
1 实验部分
实验采用气雾化316L 不锈钢粉,根据粘结剂配方(分别表示为C1 、C2 、C3 、C4) 按一定粉末装载量混炼粘结剂和经预处理后的金属粉末制得喂料,粒料注射成形得到所需形状的无缺陷成形坯.注射成形坯以HNO3 为催化剂催化脱除粘结剂,以试样脱脂前后的重量差作为脱脂量. 脱脂坯于液氮中迅速冷冻断裂后, 断面经喷金处理, 在J SM - 5600LU 扫描电镜上观察试样的断面形貌.
2 结果与讨论
2. 1 各种因素对催化脱脂效果的影响图1 、图2 分别为C2 脱脂量与脱脂时间、脱脂温度的关系曲线,从图1可以看出:随着催化脱脂时间增加,注射成形坯脱脂量增加,而且随着时间增加,脱脂量平稳增加,这一变化趋势与热脱脂时脱脂量随脱脂时间的变化规律不同. 热脱脂时,各脱脂时间段的脱脂速率的受控过程不同表现出不同脱脂的速率. 脱脂量随催化脱脂时间的变化趋势表明催化脱脂速率的受控过程始终是粘结剂组元的催化分解. 经过4h脱脂后,约80 %的可催化分解组元已分解除去,这样的脱脂量说明了催化脱脂的确有较高的脱除速率.
图1 脱脂时间对脱脂速率的影响
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图2 脱脂温度对脱脂速率的影响
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图3 为不同喂料的注射成形坯的脱脂量与脱脂时间的关系曲线,从图中可以看出在其它条件相同时,C1喂料的脱脂量大于C2 ,而C2喂料的脱脂量大于C3 ,随着聚合物共混物含量的增加,成形坯的脱脂量明显增加,而且脱脂量受时间、温度和催化剂用量的影响. 由于该粘结剂实现催化脱脂的本质是聚合物共混物中聚合物共混物在HNO3作用下催化分解成气态单体,所以在不同时间、不同温度、不同催化剂用量时,随着聚合物共混物的增加,成形坯的脱脂量均明显增加,而且C1 、C2 、C3 喂料均能顺利实现催化脱脂. 从脱脂量来看,以C1 、C2 较为理想. 由于喂料C4 所含聚合物比例太低, C4 喂料已不能实现催化脱脂
2. 2 脱脂坯SEM 分析
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图4 为脱脂坯的SEM 照片. (a) 、(c) 分别是C1 喂料注射成形坯经1 h 、3 h 催化脱脂后脱脂坯
的SEM 形貌, (e) 、(f) 分别是C3 喂料注射成形坯经3 h 、4 h 催化脱脂后脱脂坯的SEM 形貌, (g)为C4 喂料注射成形坯经3 h 催化脱脂后脱脂坯的SEM 形貌. 从SEM 照片中可明显看出,C1 喂料注射成形坯最容易催化脱脂,经1 h 催化脱脂后,在脱脂坯内部形成了大量的连通孔隙,随着脱脂时间增加,连通孔隙增多. C3 也能顺利实现催化脱脂,经4 h 催化脱脂后,脱脂坯内部也形成了大量的连通孔隙. 但是C4 已不适合于催化脱脂,经3 h 催化脱脂后,脱脂坯内部没有形成连通孔道,粘结剂没有被脱除. 不同组成的粘结剂,其催化脱脂的速度不同,聚合物量增加,催化脱脂速度增加.
3 结 论
该粘结剂在以HNO3 为催化剂进行催化脱脂时,成形坯经3 - 4 h 催化脱脂后,SEM 测试表明脱脂坯内部已形成大量的连通孔道. 脱脂时间、脱脂温度以及不同粘结剂组成影响催化脱脂效果. 随着脱脂时间延长,脱脂量加,3 - 4 h 后即可除去大部分可解聚粘结剂组元;催化脱脂温度应大于110 ℃,随着脱脂温度增加,脱脂速度加快;粘结剂组成的变化显著影响催化脱脂的速度,聚合物共混物含量越高,催化脱脂速度越快.
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