專利名稱：一種金屬粉末凝膠注模成形方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬粉末凝膠注模成形方法，屬于粉末冶金生產工藝中金屬零部件制備技術領域，特別是提供了一種低碳殘 留、無毒凝膠注模成形方法。
背景技術：
凝膠注模成形是近年來倍受關注的一種近凈成形技術，可制備大尺寸、復雜形狀的零部件，尤其適合于制備難加工的材料。凝膠注模成形的原理是利用有機單體聚合成三維網狀的聚合物，使粉末原位固化形成坯體。由于單體的聚合度較高，形成的有機物分子量較大，因此在燒結時難以完全排除。對于金屬粉末而言，殘留的碳將與粉末反應形成碳化物，阻礙燒結過程的進行，同時使材料變脆，因此研究低碳殘留的凝膠體系對于金屬粉末的凝膠注模成形至關重要；此外，凝膠注模常用的溶劑及單體均為有毒物質，無毒凝膠體系的研究也一直是凝膠注模成形的發展方向。在CN 200810231105. 2專利文獻中利用丙烯酰胺為單體進行凝膠注模成形，丙烯酰胺具有神經毒性作用，對人體不利，同時聚合形成的高分子網絡在燒結過程中不易完全脫除，碳殘留會對最終制品的性能產生不利影響。硬脂酸鈉是一種長碳鏈的極性分子，室溫時在乙醇中不易溶，在較高溫度下，硬脂酸鈉能均勻分散在乙醇中，冷卻后即可形成凝膠，使粉末顆粒被束縛在相互連接的大分子之間，固化成形。因此，硬脂酸鈉在不同溫度乙醇中的溶解度變化實現凝膠化的特性，可作為一種低碳殘留、無毒凝膠體系。

發明內容
本發明的目的在于提供一種金屬粉末凝膠注模成形方法，碳殘留低且無毒低廉，用于金屬粉末，特別是活潑金屬的凝膠注模成形。該凝膠過程首先是在一定溫度條件下配制硬脂酸和氫氧化鈉的無水乙醇溶液，加入適量金屬粉末制成具有一定流動性、穩定的懸浮漿料，將上述漿料混合并攪拌均勻后注入模具，硬脂酸與氫氧化鈉反應形成硬脂酸鈉，冷卻即形成凝膠，從而使粉末固化形成坯體。具體工藝如下
1、取等質量的兩份乙醇分別置于兩個容器中，再在其中一個容器中加入f10 wt%的硬脂酸，另一個容器中加入O. 14^1. 4 wt%的氫氧化鈉，硬脂酸與氫氧化鈉的質量比為7. 1:1 ；
2、將容器置于55 70°C的水浴中恒溫加熱并攪拌至硬脂酸與氫氧化鈉全部溶解；
3、將平均粒度為f50 μ m的金屬粉末與乙醇按照體積比1: 5 2:1混料，攪拌均勻，形成漿料；
4、將兩份漿料混合，攪拌均勻后注入模具內，冷卻后固化成形；
5、脫模后將坯體在40°C 80°C條件下真空干燥5 20小時，即得凝膠注模成形坯體。本發明的凝膠注模成形適用于所有金屬粉末。
本發明與常用的丙烯酰胺、甲基丙烯酸羥乙酯為單體的凝膠體系相比，無單體聚合過程，因此有機物分子鏈較短，易于在排膠過程中排出，碳殘留少，特別適合于鈦、釹鐵硼等活潑金屬及合金的凝膠注模成形。其優點在于
I、形成凝膠的有機物為硬脂酸鈉，分子鏈較短，易于在低溫預燒階段排除，碳殘留低，燒結后碳殘留低于O. I wt%。2、該方法利用的有機物及溶劑均無毒，符合凝膠注模成形無毒化的要求，并且工藝簡單，適于工業化生產。
具體實施例方式
實施例I :凝膠注模成形鐵基零件
1、稱取兩份IOg的乙醇分別置于兩個燒杯中，在其中一個燒杯中加入O.Ig硬脂酸，另 一個燒杯中加入O. 014g氫氧化鈉；
2、將上述兩個燒杯置于55°C的水浴中恒溫加熱并攪拌至硬脂酸與氫氧化鈉全部溶
解；
3、將平均粒度為50μ m的鐵粉與乙醇按體積比2 1混料，攪拌均勻，形成漿料；
4、將兩份漿料混合，攪拌均勻后注入模具內，冷卻后固化成形；
5、脫模后將坯體在40°C條件下真空干燥20小時，即得凝膠注模成形坯體，燒結后碳殘留為 O. 01wt%o實施例2 :凝膠注模成形鈦結構件
1、稱取兩份20g的乙醇分別置于兩個燒杯中，在其中一個燒杯中加入2g硬脂酸，另一個燒杯中加入O. 28g氫氧化鈉；
2、將上述兩個燒杯置于70°C的水浴中恒溫加熱并攪拌至硬脂酸與氫氧化鈉全部溶
解；
3、將平均粒度為Iμ m的氫化鈦粉與乙醇按體積比I :5混料，攪拌均勻，形成漿料；
4、將兩份漿料混合，攪拌均勻后注入模具內，冷卻后固化成形；
5、脫模后將坯體在80°C條件下真空干燥5小時，即得凝膠注模成形坯體，燒結后碳殘留為 O. 05wt%o實施例3 :凝膠注模成形YGlO硬質合金
1、稱取兩份30g的乙醇分別置于兩個燒杯中，在其中一個燒杯中加入I.5g硬脂酸，另一個燒杯中加入O. 21g氫氧化鈉；
2、將上述兩個燒杯置于60°C的水浴中恒溫加熱并攪拌至硬脂酸與氫氧化鈉全部溶
解；
3、將平均粒度為11μ m的硬質合金粉與乙醇按體積比I :1混料，攪拌均勻，形成漿料；
4、將兩份漿料混合，攪拌均勻后注入模具內，冷卻后固化成形；
5、脫模后將坯體在75°C條件下真空干燥12小時，即得凝膠注模成形坯體，燒結后碳殘留為 O. 03wt%o實施例4 :凝膠注模成形鋁結構件
I、稱取兩份15g的乙醇分別置于兩個燒杯中，在其中一個燒杯中加入O. 6g硬脂酸，另一個燒杯中加入O. 085g氫氧化鈉；2、將上述兩個燒杯置于65°C的水浴中恒溫加熱并攪拌至硬脂酸與氫氧化鈉全部溶
解；
3、將平均粒度為10μ m的鋁粉與乙醇按體積比4 5混料，攪拌均勻，形成漿料；
4、將兩份漿料混合，攪拌均勻后注入模具內，冷卻后固化成形；
5、脫模后將坯體在65°C條件下真空干燥14小時，即得凝膠注模成形坯體，燒結后碳殘留為 O. 04wt%。實施例5 :凝膠注模成形不銹鋼 1、稱取兩份50g的乙醇分別置于兩個燒杯中，在其中一個燒杯中加入3.5g硬脂酸，另一個燒杯中加入O. 49g氫氧化鈉；
2、將上述兩個燒杯置于60°C的水浴中恒溫加熱并攪拌至硬脂酸與氫氧化鈉全部溶
解；
3、將平均粒度為20μ m的不銹鋼粉與乙醇按體積比5 4混料，攪拌均勻，形成漿料；
4、將兩份漿料混合，攪拌均勻后注入模具內，冷卻后固化成形；
5、脫模后將坯體在50°C條件下真空干燥16小時，即得凝膠注模成形坯體，燒結后碳殘留為 O. 03wt%o實施例6 :凝膠注模成形鎢
1、稱取兩份IOOg的乙醇分別置于兩個燒杯中，在其中一個燒杯中加入3g硬脂酸，另一個燒杯中加入O. 42g氫氧化鈉；
2、將上述兩個燒杯置于55°C的水浴中恒溫加熱并攪拌至硬脂酸與氫氧化鈉全部溶
解；
3、將平均粒度為5μ m的鎢粉與乙醇按體積比4 5混料，攪拌均勻，形成漿料；
4、將兩份漿料混合，攪拌均勻后注入模具內，冷卻后固化成形；
5、脫模后將坯體在55°C條件下真空干燥15小時，即得凝膠注模成形坯體，燒結后碳殘留為 O. 02wt%o實施例7 :凝膠注模成形釹鐵硼
1、稱取兩份80g的乙醇分別置于兩個燒杯中，在其中一個燒杯中加入3.6g硬脂酸，另一個燒杯中加入O. 51g氫氧化鈉；
2、將上述兩個燒杯置于60°C的水浴中恒溫加熱并攪拌至硬脂酸與氫氧化鈉全部溶
解；
3、將平均粒度為4μπι的釹鐵硼粉與乙醇按體積比I:1混料，攪拌均勻，形成漿料；
4、將兩份漿料混合，攪拌均勻后注入模具內，冷卻后固化成形；
5、脫模后將坯體在75°C條件下真空干燥11小時，即得凝膠注模成形坯體，燒結后碳殘留為 O. 02wt%o
權利要求
1.一種金屬粉末凝膠注模成形方法，其特征在于，制備步驟如下 1)取等質量的兩份乙醇分別置于兩個容器中，再在其中一個容器中加入f10 wt%的硬脂酸，另一個容器中加入O. 14^1. 4 wt%的氫氧化鈉，硬脂酸與氫氧化鈉的質量比為7. 1:1 ； 2)將容器置于55 70°C的水浴中恒溫加熱并攪拌至硬脂酸與氫氧化鈉全部溶解； 3)將平均粒度為f50 μ m的金屬粉末與乙醇按照體積比1: 5 2:1混料，攪拌均勻，形成漿料； 4)將兩份漿料混合，攪拌均勻后注入模具內，冷卻后固化成形； 5)脫模后將坯體在40°C 80°C條件下真空干燥5 20小時，即得凝膠注模成形坯體。
全文摘要
本發明提供了一種金屬粉末凝膠注模成形方法，用于金屬零部件的凝膠注模成形，屬于粉末冶金生產工藝中金屬零部件制備技術領域。本發明是在一定溫度條件下配制硬脂酸和氫氧化鈉的無水乙醇溶液，加入適量金屬粉末制成具有一定流動性、穩定的懸浮漿料，將上述漿料混合并攪拌均勻后注入模具，硬脂酸與氫氧化鈉反應形成硬脂酸鈉，冷卻即形成凝膠，從而使粉末固化形成坯體，與以丙烯酰胺、甲基丙烯酸羥乙酯為單體的常用凝膠體系相比，無單體聚合過程，因此有機物分子鏈較短，易于在排膠過程中排出，碳殘留少，特別適合于鈦、釹鐵硼等活潑金屬及合金的凝膠注模成形。此外，該體系無毒、廉價，工藝簡單，適于工業化生產。
文檔編號B22F3/115GK102814498SQ20121033181
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月10日 優先權日2012年9月10日
發明者郭志猛, 葉青, 段啟凱, 楊春雷, 王志, 魏然, 郝俊杰, 邵慧萍 申請人:北京科技大學