硬质合金虹吸脱脂工艺控制

硬质合金挤压注射成形过程中的虹吸脱脂是一种新型脱脂工艺,由于具有脱脂速度快,不受脱脂气氛影响的特点,目前已成为硬质合金脱脂工艺的研究热点。但由于脱脂坯易与虹吸粉料相互粘结导致吸料不容易清除等工艺自身缺陷,目前应用较少。一般采用虹吸脱脂+热脱脂两步脱脂工艺。脱脂是硬质合金注射挤压成形中耗时最多、最难控制的步骤。在脱脂过程中成形坯极易出现宏观或微观缺陷, 因此脱脂工艺对于保证硬质合金产品质量极为重要。虹吸脱脂过程一般采用低分子量的固体石蜡( PW)为基体的粘结剂体系, 将生坯放于虹吸料上, 缓慢加热让有机物熔化并被虹吸料吸出。
 
脱脂温度对脱脂率的影响图片
 
1.虹吸温度对脱脂速率的影响
虹吸温度是影响虹吸脱脂速率的一个重要因素,它由所用粘结剂体系决定,温度对PW 的脱除率的影响如下图所示。随着时间的推移,PW 脱除率曲线先出现显著增长,后趋于平缓, 温度越高,脱脂率也随之提高,但高温下成形坯变形严重,温度过高, 引起其骨架作用的高聚物发生软化,在自重作用下成形坯发生变形。要选用合适的脱脂温度,既能实现较快的脱脂速率,又能保证成形坯的形状。
 
2.虹吸时间对PW 脱除率的影响
如图1所示,在不同的温度下,随着时间的延长,PW的脱除率表现为开始时急剧增加,之后缓慢增加,最后趋于平缓。温度越高,最终的脱脂率也会提高,此后延长虹吸时间,PW 的脱除率增加有限。
 
3.虹吸脱脂对热脱脂结果的影响
没有经过虹吸脱脂后成形坯在热脱脂时需要更长的脱脂时间。虹吸脱脂已经脱除了部分PW,在成形坯内部已经初步形成了细微的孔道,这为后续热脱脂过程中产生的气体的逸出提供了路径,有效的避免了缺陷的产生;而对于直接热脱脂来说,升温速率过快时,由PW的蒸发、分解产生的气体来不及及时的逸出,当压力超过成形坯的强度时就会产生鼓泡甚至裂纹等缺陷。
 

 

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硬质合金挤压热塑性成形剂

硬质合金挤压热塑性成形剂是硬质合金挤压成形工艺中最常用的成型剂体系。它主要是以热塑性有机物作为主体,可分蜡基、油基、塑基等不同类型,其中蜡基系成形剂的研究较为成熟。
 
热塑性成型剂分类
热塑性体系成形剂以热塑性有机物作为成形剂主体,根据成型剂主体又可细分为蜡基系、油基系、塑基系等。目前蜡基系成形剂的研究较为成熟,已成为最有竞争力的成形剂体系。蜡基系主要有石蜡、聚乙烯蜡、巴西棕榈蜡、褐煤蜡、液体石蜡、微晶蜡(如下图所示);油基系主要有植物油(花生油、椰子油等)、矿物油等;塑基系主要有高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、乙烯一醋酸乙烯共聚物、乙丙橡胶等。
 
石蜡图片
 
不同热塑性成型剂的特点
由于油在室温下为液态或半固态,与蜡基系成形剂相比,油基系成形剂的粘度低,流动性好,但其也有喂料混炼过程易挥发,挤压过程易两相分离,挤压棒坯强度低,保形性差,溶剂脱脂易出现溶胀和应力开裂等缺点。油基系成形剂常用的油有氢化植物油或椰子油。塑基系成形剂主要是为了提高挤出坯体的强度,故而使成形剂中高分子的比例加大,但成形剂所用高分子的聚合度一般较低,以保证较低的熔点和粘度。塑基系成形剂虽然保形性较好但粉末装载量低、脱脂慢。
 
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硬质合金虹吸脱脂

虹吸脱脂是最快的脱脂工艺,同时脱脂气氛对脱脂没有影响。鉴于这些优点,虹吸脱脂也为硬质合金脱脂发展的新方向。但是虹吸脱脂存在脱脂速度不易控制的问题, 若脱脂速度太快,会使脱脂坯开裂。虹吸脱脂由于虹吸料难以清除, 目前在硬质合金工业中应用较少。
 
虹吸脱脂定义
硬质合金虹吸脱脂是指将硬质合金成形坯(挤压坯或注射坯)放置于一多孔基板或多孔粉坯上,将成形坯加热到使粘结剂的粘度足够低,而能发生毛细流动的程度,粘结剂将在毛细力的作用下被吸出成形坯并且流入吸料中。
 
虹吸脱脂图片
 
虹吸脱脂时间
由于脱脂过程较为复杂,涉及的物理量较多,为简化计算,可将成形坯内部粉末看出是同一直径的粒度,吸料粉末也同样处理。由此得到的吸脱脂时间的表达式如下:
t=〖4.5(1-E)〗^2 GH^2 D'/[E^3 WD(D-D^' )](1)
式中:t为时间;
E 为孔隙率;
G为液态粘结剂粘度;
H为成形坯厚度;
D为成形坯颗粒直径;
D'为戏料粉末颗粒直径;
W为粘结剂表面能;
 
从上式可知,脱脂时间与液态粘结剂的粘度、成形坯厚度的平方及吸料颗粒直径成正比,与粘结剂表面能、成形坯粉末粒径及成形坯粉末和吸料粉末直径的差值成反比.要提高虹吸脱脂速度,应该采用细吸料颗粒、较大的成形坯粉末粒度、高的成形坯孔隙率及粘度较低、表面能较高的粘结剂。
 
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