鎢銅PIM脫脂工藝

鎢銅PIM(粉末注射成型)工藝經過混料、注射成型後就到了脫脂燒結工藝。脫脂工藝又被稱作成型劑或粘結劑的脫除,其是利用物理或化學方法將所添加的粘結劑(如酒精、石蠟等)進行去除。它也是整個注射成型工藝中所需時間最長也相對最難控制的一個部分,如果控制不當將會引起鎢銅坯體的變形、成分不均等缺陷,對鎢銅產品的最終性能產生了極大的影響。脫脂速度慢和不易於控制也一直是阻礙PIM技術發展的一大因素,因而相關研究人員從兩個角度出發,即研發新型的粘結劑和脫脂技術。

目前使用較多的幾種脫脂方法分別是熱脫脂、溶劑脫脂、催化脫脂以及虹吸脫脂等四類,其中屬於物理脫脂為虹吸脫脂。熱脫脂顧名思義通過熔點的差異進行加熱,使粘結劑蒸發逸出。其有較廣的適用性、成本相對較低、操作也簡單方便,但是熱脫脂所需時間較長、生產效率也較低且在過程中不容易控制,容易產生脫脂缺陷。而虹吸脫脂的脫脂效率很高,但是虹吸材料和坯塊相互粘結的緊密程度無法得到確切的保證且成本相對較高,並沒有得到很好的推廣使用。催化脫脂工藝屬於化學脫脂,其脫脂效率也相對較高,所制得的產品變形量較小,但是催化脫脂中所使用的酸蒸汽對設備有腐蝕性且會污染環境。

而溶劑脫脂是指將坯料浸入加熱過的溶劑或溶劑蒸汽中,鎢銅坯料中可溶的粘結劑組分通過溶解-擴散作用溶於相應的溶劑中,從而達到脫除粘結劑的目的。其能夠大幅縮短脫脂時間,提高整體的生產效率,製品的變形量也相對較小,成分分佈均勻,是一種較為理想的粉末注射成型脫脂方法。但是溶劑脫脂是溶劑鎢銅生坯由外向內擴散,產生的缺陷小,但是溶劑進入坯體內部,也可能因為過分溶脹而導致試樣變形或開裂。溶劑脫脂後,一般需對坯體進行乾燥處理以除去生坯孔隙裏的溶劑,其中剩餘的粘結劑可以通過熱脫脂過程進行。這也就形成了二步脫脂法,即溶劑脫脂+熱脫脂。

對於溶劑脫脂的控制機制可分為擴散控制、溶解與擴散同時存在控制以及溶解程序控制三個方面。擴散控制是當粘結劑溶解速度較快時,溶劑與被溶解的粘結劑擴散路徑較長,相應的擴散速度較慢,這是處於擴散控制階段,即V擴散>V溶解;溶解與擴散同時存在控制是當粘結劑的溶解速度與擴散速度相當的情況下,即V擴散≈V溶解 ;而當粘結劑溶解速度小於溶液中擴散速度時,脫脂過程主要受溶解控制,此時V擴散<V溶解。此後進行熱脫脂,在溶劑脫脂進行的過程當中,注射成型的鎢銅坯體已經拖出了絕大部分石蠟,而石蠟脫出後在坯體內部就相應地留下了空隙,這也給熱脫脂的快速脫除提供了條件。熱脫脂的過程其實也可分為兩個階段,其一是熱分解過程,屬於化學反應,另一個則是粘結劑蒸發氣化,屬於物理導熱傳質過程。

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