专利名称：一种复杂形状不锈钢粉末冶金零部件的成型方法
技术领域：
本发明属于粉末冶金技术领域，特别是提供了一种复杂形状不锈钢粉末冶金零部件的成型方法。
背景技术：
粉末冶金烧结不锈钢以其优良的抗氧化性、抗腐蚀性及机械性能在诸多工业领域获得广泛应用。传统粉末冶金不锈钢成型工艺主要有压制成型、冷等静压成型、注射成型、粉浆浇注成型等多种，但各有优缺点。如压制成型生产效率高，但坯体密度不易均匀且只能生产简单形状的制品；冷等静压成型所得坯体密度高且均匀，但生产效率低、成本高；注射成型能够获得复杂形状的制品、坯体密度均匀、生产效率高，但生产较大规格制品有难度、生产周期长并且能耗高、污染大；粉浆浇注成型能够获得复杂形状大件粉末冶金制品、设备简单、生产费用低，但坯体强度低、生产周期长、生产率低。
凝胶注模成型(gelcasting)由美国橡树岭国家实验室M.A.Janney教授等人于20世纪90年代初发明，是近年倍受关注的一种复杂形状陶瓷或金属部件近净尺寸成型方法。其优点是易成型复杂形状，成型坯体组份均匀、密度均匀、缺陷少、强度高、不需专门的脱脂工序、可生产大尺寸制品。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复杂形状不锈钢粉末冶金零部件的成型方法，采用凝胶注模成型工艺，低成本、高效率实现强度高、密度均匀的复杂形状大件粉末冶金不锈钢坯体的生产。
本发明是将丙烯酰胺有机单体及N，N-亚甲基双丙烯酰胺交联剂溶入溶剂配制成一定浓度的预混液，不锈钢粉料悬浮于其中制成低粘度、高固相含量的浓悬浮体，加入引发剂及催化剂之后，将这种浓悬浮体浆料注入非多孔模具中，在一定的温度条件下，有机聚合物单体交联聚合成三维网络状聚合物凝胶，并使粉末颗粒原位粘结而固化形成坯体。具体工艺如下1)将丙烯酰胺及N，N-亚甲基双丙烯酰胺以质量比(2～200)∶1混合，将该混合物溶于水，制成1～50质量％均一稳定的溶液；2)将上述溶液与不锈钢粉料、分散剂混合，其中不锈钢粉为混合物的10～65体积；不锈钢粉料包括304L、316L、430L、440A、17-4PH等多种牌号铬不锈钢和铬镍不锈钢；使用的分散剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸胺中的任何一种，分散剂用量占金属粉料质量的0.02～1.0％；3)将第二步骤所得混合料球磨8～48小时；4)上述浆料室温真空除泡10～30分钟；5)将浆料注入模具中，模具材料为非孔材料玻璃或金属、橡胶、塑料等；之后加热模具至40～80℃，30～120分钟后脱模，室温真空干燥48～72小时，获得到不锈钢坯体。
本发明的优点在于实现了低成本、高效率成型复杂形状大件粉末冶金不锈钢坯体，产品强度高、密度均匀，易于工业化生产。
具体实施例方式
实施例1凝胶注模成型304L不锈钢零部件304L不锈钢粉料为市售雾化粉，平均粒度约为10μm；丙烯酰胺为天津市化学试剂研究所生产，为白色细小晶体；N，N-亚甲基双丙烯酰胺为天津市科密欧化学试剂开发中心生产，为白色粉末。
将10克丙烯酰胺、1克N，N-亚甲基双丙烯酰胺溶于100毫升水中，加入790克304L不锈钢粉和5克聚丙烯酸分散剂，球磨48小时后真空除泡30分钟，获得固相体积分数50％的浆料，注入金属模具后将模具移入80℃恒温箱中保温120分钟，脱模后真空干燥72小时即可得到凝胶注模成型304L不锈钢零件坯体。
实施例2凝胶注模成型316L不锈钢零部件316L不锈钢粉料为市售雾化粉，平均粒度10μm；丙烯酰胺为天津市化学试剂研究所生产，为白色细小晶体；N，N-亚甲基双丙烯酰胺为天津市科密欧化学试剂开发中心生产，为白色粉末。
将20克丙烯酰胺、6克N，N-亚甲基双丙烯酰胺溶入100毫升水中制成溶液，加入800克316L不锈钢粉和10克聚丙烯酰胺分散剂，球磨24小时后真空除泡20分钟，制得固相体积分数为50％的浆料。将所得浆料注入玻璃模具，在60℃保温120分钟，模具内浆料固化为坯体，脱模后真空干燥48小时即可得到316L不锈钢零件坯体。
实施实例3羟丙基甲基纤维素凝胶注模成型铁基零部件17-4PH不锈钢粉料为市售雾化粉，平均粒度约为10μm；丙烯酰胺为天津市化学试剂研究所生产，为白色细小晶体；N，N-亚甲基双丙烯酰胺为天津市科密欧化学试剂开发中心生产，为白色粉末。
将30克丙烯酰胺、5克N，N-亚甲基双丙烯酰胺溶入100毫升水中制成溶液，加入950克17-4PH不锈钢粉和5克聚甲基丙烯酸胺分散剂，球磨24小时后真空除泡20分钟，制得固相体积分数为55％的金属浆料。将所得浆料注入橡胶模具，在60℃保温120分钟，模具内浆料固化为坯体，脱模后真空干燥48小时即可得到17-4PH不锈钢零件坯体。
权利要求
1.一种复杂形状不锈钢粉末冶金零部件的成型方法，其特征在于a、将丙烯酰胺及N，N-亚甲基双丙烯酰胺以质量比2～200∶1混合，将该混合物溶于水制成1～50质量％均一稳定的溶液；b、将上述溶液与不锈钢粉料、分散剂混合，其中不锈钢粉为混合物的10～65体积％；使用的分散剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸胺中的任何一种，分散剂用量占金属粉料质量的0.02～1.0％；c、将第二步骤所得混合料球磨8～48小时；d、上述浆料室温真空除泡10～30分钟；e、将浆料注入模具中，模具材料为非孔材料玻璃或金属、橡胶、塑料等；之后加热模具至40～80℃，30～120分钟后脱模，室温真空干燥48～72小时，获得到不锈钢坯体。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所述的不锈钢粉料包括304L、316L、430L、440A、17-4PH牌号铬不锈钢和铬镍不锈钢；所述的模具材料为非孔材料玻璃或金属、橡胶、塑料。
全文摘要
本发明提供了一种复杂形状不锈钢粉末冶金零部件的成型方法，属于粉末冶金技术领域。将丙烯酰胺有机单体及N，N－亚甲基双丙烯酰胺交联剂溶入溶剂配制成一定浓度的预混液，不锈钢粉料悬浮于其中制成低粘度、高固相含量的浓悬浮体，加入引发剂及催化剂之后，将这种浓悬浮体浆料注入非多孔模具中，在一定的温度条件下，有机聚合物单体交联聚合成三维网络状聚合物凝胶，并使粉末颗粒原位粘结而固化形成坯体。本发明的优点在于实现了低成本、高效率成型复杂形状大件粉末冶金不锈钢坯体，产品强度高、密度均匀，易于工业化生产。
文档编号B22F3/22GK1820878SQ20061001152
公开日2006年8月23日 申请日期2006年3月21日 优先权日2006年3月21日
发明者郭志猛, 李艳, 郝俊杰, 隋延力 申请人:北京科技大学