超分散剂改性不锈钢粉末与注射成型喂料

作     者：韩涛 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：任凤梅

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：金属注射成型 超分散剂 表面改性 分散均匀性 相互作用 

摘      要：金属粉末注射成型（MIM）是现代工业中一种快速制备零件的技术,适用于生产各类小型、精密的零件。在MIM工艺中,粉末与粘结剂这两个关键组分影响着喂料和生坯的性能以及最终产品的各项性能指标。本文通过合成的超分散剂对不锈钢粉末进行表面改性,改性粉末上的超分散剂与不同的粘结剂之间存在着氢键或化学键的相互作用,制备出的喂料和生坯具有较好的力学性能及脱脂保形性。主要研究内容如下:（1）以丙烯酸（AA）、甲基丙烯酸羟丙酯（HPMA）和丙烯酰胺（AM）分别与甲基丙烯酸甲酯（MMA）和丙烯酸丁酯（BA）共聚,制备出三种超分散剂:含羧基的MMA/BA/AA（命名为PMC）、含羟基的MMA/BA/HPMA（命名为PMO）和含酰胺基的MMA/BA/AM（命名为PMN）。当引发剂偶氮二异丁腈和链转移剂正十二硫醇用量分别为单体质量的2%和1%时,PMC、PMO和PMN的分子量分别为4400、5500和4800,红外光谱分析证实了产物结构。以超分散剂表面改性17-4PH不锈钢粉末,粉末的热重分析和X射线光电子能谱分析表明超分散剂已经成功接枝在粉末表面;改性粉末沉降体积和Zeta电位分析结果均表明粉末表面改性效果较好。（2）以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚乙二醇（PEG）为MIM的粘结剂,和超分散剂改性前后不锈钢粉末制备喂料和生坯,研究改性粉末表面不同官能团对喂料和生坯密度、力学性能及脱脂保形性等性能的影响。研究表明,PMN改性粉末上超分散剂与粘结剂组分PMMA的氢键作用最强,PMN改性的生坯弯曲强度和弯曲模量达到了15.3MPa和2869MPa,生坯密度为4.97g·cm,高于其余生坯;在两步脱脂法中,PMC改性的生坯具有最高的溶剂脱脂率,PMN改性生坯热脱脂率最高,达到了97.50%;改性后粉末制备的坯体脱脂后宏观及微观结构上保持较好,PMN改性生坯长、宽、高三个方向的尺寸变化率分别为0.34%、0.10%、和1.04%,具有最佳的尺寸稳定性。（3）用相同方法以聚乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯（PE-g-GMA）和石蜡（PW）为粘结剂,制备喂料和生坯。扭矩及熔融指数结果表明PMC与PMO两种改性喂料的流动性较好;通过XPS测试发现PMC改性粉末的表面的羧基与PE-g-GMA上的环氧基团具有最强的化学相互作用;PMC改性的生坯弯曲强度与弯曲模量为23.97MPa和5397MPa,密度为4.31g·cm,显著高于其余生坯;PMC改性的坯体脱脂后的综合尺寸变化率最小,其长、宽、高三个方向的尺寸变化率分别为0.59%、2.32%和0.75%,热脱脂率为96.92%,宏观及微观结构上无明显缺陷,生坯的保形性最好。