一种超声塑化成形制备金属制品的方法与流程

本发明涉及金属粉末冶金领域，具体涉及一种超声塑化成形制备金属制品的方法。

背景技术：

粉末冶金技术是一种绿色环保的金属成形技术，以金属粉末为原料，通过不同的技术手段将粉末成形为所需的形状，然后通过高温烧结，使粉末颗粒之间形成冶金结合，进而获得力学性能与铸造、锻压材料接近的产品。由于其只需要辅以少量的机加工或不需要机加工就能获得最终产品形状，所以能以较低的成本大批量生产二维或三维复杂形状的产品，是一种性价比较高的成形工艺。粉末冶金成形时，一般通过模具达成。在把金属粉末充填至模具时，需要借助外力。常见的提供外力的设备是大吨位的油压机或者注塑机，这些专用设备不仅购置费用和使用费用高昂，要求使用技能高，而且压力设备有其技术缺陷，比如油压成形时，由于金属粉末与模具内壁的摩擦力，会造成一定的压坯密度梯度，导致烧结变形的发生。如果产品的尺寸较小，形状复杂，压制就更难达成。金属粉末注射成形融合了塑料注塑技术，可以成形尺寸较小、形状复杂的产品，但是由于喂料在模具型腔中流动时受到型腔路径的影响，容易造成金属粉末与塑料粘结剂的分离，导致生坯外观缺陷和因内应力过大生坯烧结时严重变形等问题。

因此，开发一种能克服粉末冶金过程中生坯容易存在密度梯度和内应力的问题的制备方法，对于降低产品变形率，节约工业生产成本具有十分重要的经济效益。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，为了克服粉末冶金过程中生坯容易存在密度梯度和内应力的问题，提供了一种超声塑化成形制备金属制品的方法。该方法成功解决了粉末冶金过程中生坯容易存在密度梯度和内应力的问题，大大降低了产品变形率，节约工业生产成本。

本发明所要解决的上述技术问题，通过以下技术方案予以实现：

一种超声塑化成形制备金属制品的方法，其包括如下步骤：

s1.喂料制备：将金属粉末与高分子粘结剂混合后造粒，得颗粒状的喂料；

s2.称料：称取颗粒状的喂料，并将颗粒状的喂料倒入模具的产品型腔中，并将模具的上模冲放置在颗粒状的喂料上；

s3.塑化成形：在装有颗粒状的喂料的模具上施加超声波，颗粒状的喂料在超声波的作用下均匀填充产品型腔；待颗粒状的喂料均匀填充产品型腔后，将上模冲压制限位刻度位置，停止施加超声波，待高分子粘结剂重新固化之后，得产品生坯；

s4.脱脂烧结：将得到的产品生坯进行脱脂烧结得金属制品。

优选地，所述的金属粉末为不锈钢粉末。

进一步优选地，所述的不锈钢粉末为17-4ph不锈钢粉。

优选地，所述喂料制备步骤的具体方法为：

将17-4ph不锈钢粉与高分子粘结剂混合均匀，加热至180～250℃，搅拌得膏状混合物；将此膏状混合物移至造粒装置中造粒，制备成颗粒状的喂料。

进一步优选地，所述喂料制备步骤的具体方法为：

将17-4ph不锈钢粉与高分子粘结剂混合均匀，加热至200℃，搅拌得膏状混合物；将此膏状混合物移至双螺杆挤出造粒机中进行挤出造粒，制备成颗粒状的喂料。

优选地，所述的脱脂烧结步骤的具体方法为：

将生坯放入脱脂烧结一体炉中，以0.3～0.6℃/min的速率升温至500～700℃，将其中的高分子粘结剂加热挥发并抽走；再以3-5℃/min的升温速率升温至1200～1500℃进行致密化烧结，保温时间2～4小时，然后随炉冷却，最终获得17-4ph不锈钢产品。

进一步优选地，所述的脱脂烧结步骤的具体方法为：

将生坯放入脱脂烧结一体炉中，以0.5℃/min的速率升温至600℃，将其中的高分子粘结剂加热挥发并抽走；再以3-5℃/min的升温速率升温至1300℃进行致密化烧结，保温时间3小时，然后随炉冷却，最终获得17-4ph不锈钢产品。

有益效果：本发明提供了一种全新的金属制品的制备方法，该方法是采用了一种新的新的成形思路，利用超声波将喂料中的塑料塑化，使其均匀填充产品型腔，待成形完毕之后，关掉超声波发生器，喂料固化之后获得所需形状的生坯；然后通过脱脂和烧结工序，去除其中的塑料粘结剂，即可获得所需要的金属制品；此方法克服了压制成形和注射成形的生坯容易存在密度梯度和内应力的问题，大大降低了产品变形率，节约了工业生产成本；此外，本发明所述的方法还可以以更简单的方式成形，涉及到的超声波发生器在市面上获取方便，且价格便宜。

附图说明

图1为喂料超声塑化成形示意图。图中，1-上模冲；2-生坯；3-下模冲；4-模具；5-超声波；6-喂料。

具体实施方式

以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。

实施例117-4ph不锈钢金属齿轮的超声塑化成形方法

s1.喂料制备：将500目大小粒径的17-4ph不锈钢粉与高分子粘结剂混合均匀，加热至200℃，搅拌得膏状混合物；将此膏状混合物移至双螺杆挤出造粒机中进行挤出造粒，制备成颗粒状的喂料；

s2.称料：称取颗粒状的喂料，并将颗粒状的喂料倒入模具的产品型腔中，并将模具的上模冲放置在颗粒状的喂料上；

s3.塑化成形：在装有颗粒状的喂料的模具上施加超声波，颗粒状的喂料在超声波的作用下均匀填充产品型腔；待颗粒状的喂料均匀填充产品型腔后，将上模冲压制限位刻度位置，停止施加超声波，待高分子粘结剂重新固化之后，得产品生坯；

s4.脱脂烧结：将生坯放入脱脂烧结一体炉中，以0.5℃/min的速率升温至600℃，将其中的高分子粘结剂加热挥发并抽走；再以3℃/min的升温速率升温至1300℃进行致密化烧结，保温时间3小时，然后随炉冷却，最终获得17-4ph不锈钢金属齿轮。

采用该方法生产1000件17-4ph不锈钢金属齿轮，结果显示，产品变形率为0％，无产品变形现象发生。此方法克服了压制成形和注射成形的生坯容易存在密度梯度和内应力的问题，大大降低了产品变形率，节约工业生产成本。

实施例217-4ph不锈钢金属齿轮的超声塑化成形方法

s1.喂料制备：将500目大小粒径的17-4ph不锈钢粉与高分子粘结剂混合均匀，加热至250℃，搅拌得膏状混合物；将此膏状混合物移至双螺杆挤出造粒机中进行挤出造粒，制备成颗粒状的喂料；

s2.称料：称取颗粒状的喂料，并将颗粒状的喂料倒入模具的产品型腔中，并将模具的上模冲放置在颗粒状的喂料上；

s3.塑化成形：在装有颗粒状的喂料的模具上施加超声波，颗粒状的喂料在超声波的作用下均匀填充产品型腔；待颗粒状的喂料均匀填充产品型腔后，将上模冲压制限位刻度位置，停止施加超声波，待高分子粘结剂重新固化之后，得产品生坯；

s4.脱脂烧结：将生坯放入脱脂烧结一体炉中，以0.3℃/min的速率升温至500℃，将其中的高分子粘结剂加热挥发并抽走；再以4℃/min的升温速率升温至1500℃进行致密化烧结，保温时间4小时，然后随炉冷却，最终获得17-4ph不锈钢金属齿轮。

采用该方法生产1000件17-4ph不锈钢金属齿轮，结果显示，产品变形率为0.5％。此方法克服了压制成形和注射成形的生坯容易存在密度梯度和内应力的问题，大大降低了产品变形率，节约工业生产成本。

实施例317-4ph不锈钢金属齿轮的超声塑化成形方法

s1.喂料制备：将500目大小粒径的17-4ph不锈钢粉与高分子粘结剂混合均匀，加热至180℃，搅拌得膏状混合物；将此膏状混合物移至双螺杆挤出造粒机中进行挤出造粒，制备成颗粒状的喂料；

s2.称料：称取颗粒状的喂料，并将颗粒状的喂料倒入模具的产品型腔中，并将模具的上模冲放置在颗粒状的喂料上；

s3.塑化成形：在装有颗粒状的喂料的模具上施加超声波，颗粒状的喂料在超声波的作用下均匀填充产品型腔；待颗粒状的喂料均匀填充产品型腔后，将上模冲压制限位刻度位置，停止施加超声波，待高分子粘结剂重新固化之后，得产品生坯；

s4.脱脂烧结：将生坯放入脱脂烧结一体炉中，以0.6℃/min的速率升温至700℃，将其中的高分子粘结剂加热挥发并抽走；再以5℃/min的升温速率升温至1200℃进行致密化烧结，保温时间2小时，然后随炉冷却，最终获得17-4ph不锈钢金属齿轮。

采用该方法生产1000件17-4ph不锈钢金属齿轮，结果显示，产品变形率为0.8％。此方法克服了压制成形和注射成形的生坯容易存在密度梯度和内应力的问题，大大降低了产品变形率，节约工业生产成本。

对比例117-4ph不锈钢的金属粉末注射成形方法

s21.喂料制备：将500目大小粒径的17-4ph不锈钢粉末与高分子粘结剂混合均匀，加热至200℃，搅拌得膏状混合物；将此膏状混合物移至双螺杆挤出造粒机中进行挤出造粒，制备成颗粒状的喂料；

s22.注射成形：将所述的颗粒状的喂料加入注塑机的料斗，并按以下参数控制注塑机进行工作以成形零件生坯：模具温度：100～120℃；喂料温度：180～220℃；注射压力：120～180mpa；

s23.脱脂烧结：将生坯放入脱脂烧结一体炉中，以0.5℃/min的速率升温至600℃，将其中的高分子粘结剂加热挥发并抽走；再以3℃/min的升温速率升温至1300℃进行致密化烧结，保温时间3小时，然后随炉冷却，最终获得17-4ph不锈钢金属齿轮。

采用该方法生产1000件17-4ph不锈钢金属齿轮，结果显示，产品变形率为9％。与实施例1～3相比，对比例1采用金属粉末注射成形方法制备不锈钢金属齿轮，其产品变形率远远大于实施例1～3方法制备得到的不锈钢金属齿轮；这是由于金属粉末注射成形方法容易存在内应力的问题，从而导致产品变形率高。而本发明实施例1～3所述的方法成功克服了生坯内应力的问题，大大降低了产品变形率，大幅节约了工业生产中的生产成本。