硬质合金注射成型溶剂脱脂过程，坯体结构对脱脂过程有着一定的影响，这其中包括两个方面的因素：坯体厚度和坯体形状。生坯形状对脱脂速率影响的本质是样品厚度和样品表面积的影响。脱除速率与生坯表面积成正比，与生坯厚度成反比。样品厚度越小，表面积越大，溶剂脱脂速率越大。

 

 

1.坯体厚度对对硬质合金溶剂脱脂的影响

从上图可见，在相同的脱脂时间内，随着样品厚度的增加，脱脂率降低，且随着样品厚度增加，降低的幅度越来越大。成形坯中，粘结剂均匀包裹着粉末，并形成连通的网络。当一部分粘结剂脱除后，它所在的地方便成为孔隙，后面被脱除的粘结剂便沿这些孔隙传输到表面。由此可知，粘结剂从溶解到扩散至溶剂中所经历的路程要远远大于其到样品表面的直线距离。随样品厚度的增加，溶剂脱脂时粘结剂扩散至样品表面所经历的路程越大，达到相同脱脂率所需的时间也越长。

 

特别是由于硬质合金原料粉为不规则多角形状，其粘结剂所形成的连通孔隙更趋复杂化，扩散过程更加困难。另外，由于溶剂脱脂过程往往伴随有溶胀的发生，这样导致在其他条件相同的情况下，随厚度的增加，坯样产生缺陷的可能性增大。

 

2.生坯形状对脱脂率的影响

生坯形状对脱脂速率影响的本质是样品厚度和样品表面积的影响。脱除速率与生坯表面积成正比，与生坯厚度成反比。样品厚度越小，表面积越大，溶剂脱脂速率越大。

 

由于注射成型技术诸多优异特性，注射成型技术目前已被广泛应用在硬质合金生产领域。在硬质合金生产领域在最常使用溶剂脱脂+热脱脂的二步脱脂工艺。其中溶剂脱脂一般作为二步脱脂的第一步，也是最重要的一步，溶剂脱脂的质量好坏直接影响硬质合金制品的质量好坏。其中脱脂时间对脱脂率的影响较为直接且关系到整个注射成型生产效率和生产成本，故研究对脱脂过程的影响就显得至关重要。

 

1. 脱脂时间对脱脂过程的影响的总体趋势

随脱脂时间延长，粘结剂脱除率增加，但增加的速率逐渐减慢，最后趋于恒定。这是由于随时间延长，粘结剂脱除率增加，溶液中粘结剂浓度增加，脱脂坯与溶液中粘结剂浓度差减小，导致粘结剂溶解及在溶液中扩散的速率降低。如下图所示。

 

 

2. 脱脂时间对不同脱脂阶段的影响

粘结剂注射坯在溶剂中的浸没时间对粘结剂的脱除量有较大的影响。在脱脂早期,脱脂坯与溶剂中的粘结剂浓度相差很大,易于发生粘结剂从注射坯向溶液中扩散、溶解。此时粘结剂脱除速率较快,溶剂中粘结剂浓度增加。随时间延长,脱脂进人后期阶段,溶剂与坯体中粘结剂浓度差减小,体系进人溶解控制阶段,浓度差成为影响反应的速率的主要因素。脱脂坯与溶剂中粘结剂浓度差减小,导致粘结剂溶解及在溶剂中扩散速率降低,脱脂速率逐渐减慢。对于油基物料,在同样时间和条件下,其脱脂量均大于石蜡基。

 

溶剂脱脂广泛应用于硬质合金注射成型脱脂过程。溶剂脱脂的各项工艺参数均会对脱脂过程和制品质量起着重要影响，这其中脱脂温度影响尤为明显。温度不仅影响脱脂率，更对鼓泡、开裂等缺陷影响明显。

 

1.脱脂温度对脱脂率的影响趋势

溶剂脱脂包含下面几个基本步骤：首先是溶剂分子扩散进入硬质合金注射成形坯，然后粘结剂溶解于溶剂中形成粘结剂溶剂溶体，粘结剂分子在成形坯内通过粘结剂溶剂溶体扩散至成形坯表面，最后是扩散至成形坯表面的粘结剂分子脱离成形坯进入溶剂溶体中。由下图可见，相同的脱脂时间内，随脱脂温度升高，脱脂率增加。

 

 

2.脱脂温度的影响机理

在脱脂开始阶,扩散过程是整个脱脂过程的控制环节随着孔隙通道打开,脱脂速度加快。温度是影响扩散反应速率的主要因素。温度越高,分子运动越剧烈,低分子组元向高分子组元有机物中的扩散和溶解加快,更有利于高分子聚合物的链结构松散而使得高分子聚合物在溶剂中的溶解增加,因而注射坯的脱脂量增加。随温度进一步升高到50 ℃时,扩散、溶解、溶胀反应加剧。溶解增加和体积膨胀导致溶胀开裂,温度升高,溶解速度加快,溶胀引起的开裂和鼓泡更为严重。但实验结果表明：脱脂温度超过50℃时，粘结剂所对应的注射坯样在内即有部分样品发生鼓泡，超过60℃时，坯体内会出现严重的鼓泡、开裂现象。这是因为在早期脱脂阶段，主要是低分子溶剂组元向高分子PW、EVA 、HDPE 等有机物中扩散，引起高分子组元软化和高分子链结构变松散，体积产生膨胀（即为溶胀），在溶胀之后，即为粘结剂的溶解阶段，随溶解增加和体积膨胀的发生，从而导致溶胀开裂。温度升高，溶解速度加快，溶胀引起的开裂更为严重。在脱脂的后期阶段，溶液与坯体中粘结剂浓度差减小，体系进入溶解控制阶段，浓度差成为影响反应速率的主要因素。此时，由于低温脱脂粘结剂脱除率低，溶液与坯体中浓度差相对较大，导致低温脱脂速率反而比高温脱脂速率大。

 

硬质合金的注射成型技术一次成形材料利用率高，表面光洁度好，生产成本低，特别适合于大批量生产体积小、形状复杂的硬质合金零部件。脱脂工艺是注射成形工艺过程中最重要，也是最困难的步骤之一 ，控制不当将引起脱脂坯变形，成分波动等缺陷，进而影响最终硬质合金产品的性能。在硬质合金注射成型脱脂工艺中，最常使用的是热脱脂和溶剂脱脂。其中溶剂脱脂一般作为二步脱脂的第一步，也是最重要的一步，溶剂脱脂的质量好坏直接影响硬质合金制品的质量好坏。这其中溶剂脱脂的粘结剂体系组成、脱脂温度、脱脂时间、样品厚度及形状等是最重要的工艺组成。由于不同粘结剂体系的组成对脱脂率的影响最为明显且直接，故研究粘结剂体系的组成对脱脂率的影响就显得至关重要。

 

下图为2种石蜡基（1#、2#）和1种油基（3#）的脱脂率变化图片。

 

 

1. 石蜡基（PW）粘结剂硬质合金注射坯脱脂时随脱脂时间延长，各组粘结剂脱除率均增加，其中石蜡基（PW）的不同粘结剂的脱除速率和最终脱脂率都相差不大。对于分子量较大的石蜡在溶剂脱脂时首先发生较低分子量的正庚烷溶剂向较高分子的PW等聚合物中扩散,将高分子有机物的链节强度弱化而解链,产生溶胀效应,再发生溶解,因此,其溶解速度较慢。

 

2. 油基（主要有植物油基和矿物油基）粘结剂注射坯样的脱脂速率明显快于前者，最终脱脂率也高于石蜡基（PW）粘结剂。油基粘结剂能方便地用溶剂溶解而脱去，脱脂时间短，因而表现出比、 更好的溶剂脱脂特性。所以 油基粘结剂粘结剂的脱脂效果最为理想。另外，油基粘结剂具有比蜡更好的流动性，在注射成形时可使内应力松弛避免坯样微裂纹的产生。含有油基小分子的有机液体与正庚烷的相溶性好,它们更容易从注射坯向溶剂中扩散而脱除,而且不产生溶胀效应,表现出比PW更好的溶剂。下图为2种石蜡基和1种油基的脱脂率变化图片。