硬质合金注射成形热脱脂工艺

硬质合金注射成形属于粉末注射成型工艺(PIM),PIM工艺复杂、影响因素多,因此提高和稳定PIM 硬质合金性能使其达到传统粉末冶金模压法制备的合金的性能一直是PIM 工艺中的最大难点。之所以是最大难点其主要原因是脱除粘结剂的工艺非常苛刻,要求既不产生增碳也不能造成脱碳,否则会对烧结产品的力学性能有很大的影响。热脱脂方式,也是二步法脱脂的最终脱脂步骤,它的工艺参数直接影响硬质合金注射坯的脱脂质量。
 
1.不含低分子极性组元
目前广泛用于硬质合金注射成形工业中的粘结剂为石蜡基多组元体系的粘结剂,如PW-EVA-HDPE粘结剂体系,这些体系不含低分子极性组元。此类粘结剂的主要组元石蜡一般在55℃~70 ℃(主要是根据石蜡的种类)发生软化和熔融,但在熔融点以下不会脱除。当温度超过一定温度(PW的组分最低裂解温度)时,PW开始发生裂解并产生大量的气体。将坯件以 较快的升温速度升温至较高温度(200-250℃)时,注射坯容易开裂。当升温速率较低时,坯件无脱脂缺陷,大部分PW能发生热解。同时粉末颗粒发生粘性流动产生重排。然后在250 ℃至450 ℃脱除剩余粘结剂,此时,脱脂缺陷对脱脂温度和升温速率不敏感。当热脱脂温度高于450 ℃时,粘结剂在脱除的同时也使得WC产生脱碳,因此,热脱脂最高温度不宜高于450 ℃。
 
2.含低分子极性组元
在硬质合金注射成形中,WC 粒度细小且形状不规则、比表面大,表面活化能搞,粉末团聚程度大,有机物(特别是表面活性剂组分)容易在粉末颗粒表面或团聚粉末颗粒空隙内形成一层吸附薄膜,吸附层的厚度对粘结剂的脱除有很大的影响。油、硬脂酸、邻苯二甲二辛脂等低分子组元具有极性,优先吸附在 WC粉颗粒表面,更均匀地包覆在粉末表面,减少吸附层的膜厚。而且这些低分子粘结剂组元较石蜡更容易通过热脱脂脱除。因此,在热脱脂时,此类含低分子极性组元的注射坯的热脱脂时间较短,对脱脂温度等工艺参数不十分敏感,脱脂缺陷容易控制,热脱脂工艺控制步骤较简单。下图为不含低分子极性组元(图a)和含低分子极性组元(图b)的脱脂工艺图。
 
粘结剂体系对脱脂过程的影响图片

 

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