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粉末注射成形技术及相关基础问题

粉末注射成形技术及相关基础问题

2004年中国材料研讨会

作者：曲选辉叶斌北京科技大学材料科学与工程学院北京科技大学材料科学与工程学院

粉末注射成形（Powder Injection Molding,简称PIM）是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型近净形成形技术。本文将简单回顾粉末注射成形技术的发展历程,较为系统地介绍粉末注射成形的基本工艺步骤和关键技术,重点... 详细信息

粉末注射成形（Powder Injection Molding,简称PIM）是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型近净形成形技术。本文将简单回顾粉末注射成形技术的发展历程,较为系统地介绍粉末注射成形的基本工艺步骤和关键技术,重点介绍作者课题组在粉末注射成形技术领域所做的基础研究工作（包括:粉末注射成形工艺对原料粉末的要求:粘结剂的作用及其设计:喂料流变行为与充模流动过程计算机模拟;粘结剂脱除过程与反应机理:强化烧结原理与产品密度和尺寸精确控制技术等等）,在此基础上阐明粉末注射成形技术今后的发展趋势和方向。

关键词：粉末注射成形粉末冶金综述

来源： cnki会议评论

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粉末注射成形喂料性能参数的模拟计算和分析

材料导报 1998年第6期12卷 16-18页

作者：林好转邱光汉李益民曾舟山曲选辉黄伯云中南工业大学粉末冶金国家重点实验室长沙410083

对粉末注射成形喂料的性能参数如比重、粉末装载量、粘结剂和喂料的粘度等的计算作了分析,并用计算机程序作了模拟计算,计算结果与实验测试结果吻合较好,为优化粘结剂配方及充模过程的计算机模拟打好基础。

关键词：粉末注射成形粘度计算粉末装载量粉末冶金

SiCp/Cu复合材料粉末注射成形工艺及性能研究

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SiCp/Cu复合材料粉末注射成形工艺及性能研究

作者：陈华江苏科技大学

学位级别：硕士

SiC/Cu复合材料具有耐磨损、耐高温等一系列性能,应用前景非常广阔。粉末注射成形的优势在于能够大批量地一次成形形状复杂的较小金属零部件,且制品各部位密度均匀、性能优异。本文主要是利用粉末注射成形技术,制备出性能优异的SiC/Cu... 详细信息

SiC/Cu复合材料具有耐磨损、耐高温等一系列性能,应用前景非常广阔。粉末注射成形的优势在于能够大批量地一次成形形状复杂的较小金属零部件,且制品各部位密度均匀、性能优异。本文主要是利用粉末注射成形技术,制备出性能优异的SiC/Cu复合材料。针对SiCP/Cu复合材料研究中的问题,开展了以下几个方面的研究工作:本文采用20μm的Cu粉末和10μm的SiC颗粒进行注射成形,研究了粉末装载量、粘结剂体系和脱脂工艺的选择对脱脂保形的影响;注射成形参数对注射坯的成形性的影响;烧结工艺对烧结件的影响;SiC体积分数对于复合材料硬度、强度、耐磨性的影响。研究结果表明:高的粉末装载量以及蜡基粘结剂体系有利于后续的脱脂。研究中采用的粉末装载量为50%,粘结剂为55%PW+40%LDPE+5%SA。适当提高溶剂的温度,分子扩散能力增强,有助于溶剂脱脂的进行。试验中采用的脱脂温度为35℃。热脱脂过程中,当初始升温速率为4.5℃/min时,产生裂纹、鼓泡等缺陷,应采用低的升温速率。本文采用的升温曲线为:室温60min→150℃(保温30min)100min→250℃(保温1h) 120 min→340℃(保温1h) 150 min→490℃(保温30min)炉冷→室温。纯铜粉末进行注射注射成形时,当注射温度为160℃,注射压力为110MPa时,试样成形良好。随着SiC颗粒的加入,喂料的粘度增加,流动性能变差,不利于注射过程的顺利进行,因此需要在纯铜粉末注射成形工艺的基础上适当地提高注射温度和注射压力。当注射温度为180℃、注射压力为120MPa以上时,注射过程得以顺利进行。在烧结过程中,采用氢气还原、烧结速率为5℃/min、烧结温度为1050℃。采用中速高温烧结的方法,获得性能优良的烧结件。 SiC/Cu复合材料的硬度随着SiC体积分数的增加而提高;其强度随着SiC体积分数的增加,呈先上升,再下降的趋势。并研究了SiC/Cu复合材料在干态旋转滑动的条件下摩擦磨损性能。通过试验可知: SiC颗粒镶嵌于铜基体中,对基体起保护作用以及抗犁削作用的能力较强,SiC/Cu复合材料的摩擦磨损性能优异。本研究工作对SiC/Cu复合材料的零件制备工艺及性能改善的方法做了基础的研究,为SiC/Cu复合材料的扩大应用起到了很好的作用,有很大的工程应用价值。

关键词： SiC颗粒 Cu 复合材料粉末注射成形

基于数值模拟的粉末注射成形模具结构优化设计

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机械设计与制造 2009年第12期 236-238页

作者：吴苑标郑振兴华南理工大学机械与汽车工程学院广州510641

在粉末注射成形过程中,模具结构的设计合理与否对成形质量和效率都有决定性影响。在基于数值模拟的基础上导出了粉末注射模具的浇注系统优化设计模型,并在MODEFLOW软件模拟和工艺实验中得到验证。结果表明优化后的模具在锁模力和成形周... 详细信息

在粉末注射成形过程中,模具结构的设计合理与否对成形质量和效率都有决定性影响。在基于数值模拟的基础上导出了粉末注射模具的浇注系统优化设计模型,并在MODEFLOW软件模拟和工艺实验中得到验证。结果表明优化后的模具在锁模力和成形周期方面都明显下降,生坯成形密度明显提高且密度方差明显减小,同时有效减少了试模次数,提高成形效率。

关键词：粉末注射成形数值模拟模具优化设计浇注系统

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粉末注射成形一维充填模拟

吉首大学学报（自然科学版） 2004年第3期25卷 15-17,28页

作者：李茂谢贵良蔡海涛中南大学数学科学与计算技术学院湖南长沙410083

通过对矩形薄壁型腔的充填问题适当简化,编写程序对温度场及压力场进行一维数值模拟,模拟出了相应的运动前沿,得到了能够反映注射成形复杂流场耦合变化的压力场、温度场数据.

关键词：充填模拟型腔压力场薄壁粉末注射成形矩形一维复杂流场前沿简化

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金刚石纤维的粉末注射成形仿真及实验研究

金刚石纤维的粉末注射成形仿真及实验研究

作者：张荣辉湖南大学

学位级别：硕士

制造业是国民经济的支柱产业,刀具是制造业发展的基础。刀具技术的创新与发展对制造业乃至整个国民经济发展都很重要。为了克服传统砂轮磨削和铣/切削加工的缺点,本项目组提出了一种新型结构的有序化超硬微刃刀具,本文采用MPI（Moldflow... 详细信息

制造业是国民经济的支柱产业,刀具是制造业发展的基础。刀具技术的创新与发展对制造业乃至整个国民经济发展都很重要。为了克服传统砂轮磨削和铣/切削加工的缺点,本项目组提出了一种新型结构的有序化超硬微刃刀具,本文采用MPI（Moldflow Plastics Insight）仿真软件来进行粉末注射成形（Powder Injection Molding, PIM）工艺参数的研究,并结合粉末注射成形实验为有序化超硬微刃刀具提供性能优良的金刚石纤维粉末注射成形坯。介绍了金刚石喂料各种性能参数的检测方法,并根据粘度测量结果和非线性曲线拟合方法求解出喂料的Cross-WLF七参数粘度模型的参数。该模型能根据有限的测量结果而得到各种实验条件下的粘度值。然后根据测量和求解结果对MPI软件数据库进行了拓展使之适合粉末注射成形的仿真。利用MPI软件分别对粉末注射成形的模具温度、熔体温度、注射速率、注射压力和保压压力进行了单因素仿真模拟,获知了各项工艺参数对充填率的影响情况。运用正交实验方法对注射成形进行工艺参数优化。首先采用直观分析法看出各项工艺参数对充填率的影响趋势。接着采用极差法得到各因素对充填率的影响大小排序为熔体温度、注射压力、流动速率、模具温度、保压压力。然后采用方差分析法并结合实际情况进行了最优工艺参数组合的选择。并对最优工艺参数组合进行了仿真模拟,发现确实能进行完整的充填。最后对工艺参数的几种组合进行了注射成形,结果表明当工艺参数搭配不合理时会发生“欠注”或“喷射”现象,只有工艺参数搭配合理时,才能注射出性能优良的坯件。

关键词：金刚石纤维 MPI软件粉末注射成形工艺参数仿真模拟

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粉末注射成形低温热脱蜡的非等温动力学

中国有色金属学报 1997年第3期7卷 112-115页

作者：李新军吕海波石西昌周红李元高中南工业大学粉末冶金研究所

利用热重法研究了石蜡在粉末注射成形中低温热脱除的非等温动力学。采用微分法和积分法来确定动力学参数。并推出石蜡在聚丙烯配方体系生坯中热脱除的动力学方程式为：－ｌｎ（１－ａ）＝Ａｅｘｐ（－Ｅ／ＲＴ）ｔｍ，（０＜ｍ＜１）。... 详细信息

利用热重法研究了石蜡在粉末注射成形中低温热脱除的非等温动力学。采用微分法和积分法来确定动力学参数。并推出石蜡在聚丙烯配方体系生坯中热脱除的动力学方程式为：－ｌｎ（１－ａ）＝Ａｅｘｐ（－Ｅ／ＲＴ）ｔｍ，（０＜ｍ＜１）。当ｍ＝０．２５时，为最可能的机理形式。热脱蜡的动力学控制步骤为石蜡在聚丙烯中的扩散过程。

关键词：粉末注射成形势脱蜡非等温动力学粉末冶金

Fe-2Ni基合金钢粉末注射成形工艺与性能研究

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Fe-2Ni基合金钢粉末注射成形工艺与性能研究

作者：舒剑华中科技大学

学位级别：硕士

粉末注射成形(Powder Injection Molding,缩写为PIM)工艺技术是一种将粉末冶金工艺、粉末陶瓷工艺与塑料注射成形工艺相结合的新型近净成形技术。简单地说:就是采用塑料注射成形技术,制造金属、陶瓷零件。金属粉末注射成形是传统粉末... 详细信息

粉末注射成形(Powder Injection Molding,缩写为PIM)工艺技术是一种将粉末冶金工艺、粉末陶瓷工艺与塑料注射成形工艺相结合的新型近净成形技术。简单地说:就是采用塑料注射成形技术,制造金属、陶瓷零件。金属粉末注射成形是传统粉末冶金与塑料成形工艺相结合的产物,是新兴的极富发展前途的一种高技术,在制作几何形状复杂、组织结构均匀的高性能接近最终形状产品方面尤其具有优势。粘结剂是该技术的核心,在研究工作中,抓住了粘结剂的加入与脱除就抓住了问题的关键。本文评估出一种较适合金属注射成形工艺的粘结剂和脱脂技术,以指导粘结剂新体系和高效脱脂技术的开发。主要工作如下: 在所选基体合金钢粉末的基础上,设计出两种粘结剂体系,实验表明:66PW+10HDPE+20EVA+4SA粘结剂组成成分较适合Fe-2Ni基合金钢粉末注射成形。采用正交实验研究了注射参数及其交互作用对注射坯质量的影响。结果表明:(1)参数的水平影响注射坯质量;(2)参数的交互作用对注射坯质量影响显著。通过研究,确立了最佳的注射参数:注射压力为14MPa,注射温度为140℃,注射速度为80mm/s,保压压力为8MPa。研究了溶剂脱脂+热脱脂工艺过程,溶剂脱脂的溶剂采用正庚烷和正己烷两种,在溶剂脱脂后进行热脱脂工艺,确立了合适的溶剂脱脂工艺和后续热脱脂工艺。实验表明:在40℃下,66PW+10HDPE+20EVA+4SA粘结剂体系在正己烷溶剂中脱脂8小时得到的样品最佳,是最佳的溶剂脱脂方案。随后结合粘结剂体系的TGA曲线设计出最佳的热脱脂方案。该方案脱脂效率高,时间短,所得的试样缺陷较少。制定出本实验的烧结工艺,实验表明:采用预烧结+正式烧结工艺过程可以大大减少氧化对烧结试样的影响。对试样进行热处理后进行性能测试可以发现:(1)1370℃的烧结温度,试样的密度最高,最接近原始粉末的比重瓶密度;(2)在烧结温度为1360-1370℃之间得到的硬度最高;(3)在烧结温度为1390℃,回火温度为400℃下得到的试样抗拉强度最高,烧结温度为1370℃的试样次之。对试样断口分析可知:拉伸断口存在着明显的撕裂棱,属于韧性断裂,但是也存在着孔洞、裂纹等缺陷。

关键词：粉末注射成形蜡基粘结剂脱脂烧结拉伸强度

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钛合金粉末注射成形热脱脂工艺的研究

材料工程 2006年第z1期34卷 321-325页

作者：郭世柏曲选辉秦明礼段柏华何新波江西科技师范学院材料所南昌330013 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

采用粉末注射成形方法制备了钛合金坯体,然后利用溶剂脱脂方法脱除坯体中可溶性粘结剂。在热脱脂速率为2.0℃/min、最高脱脂温度600℃、保温时间为1h和真空脱脂气氛条件下脱除坯体中剩余粘结剂,坯体中残余碳氧含量分别0.092%(质量分数)... 详细信息

采用粉末注射成形方法制备了钛合金坯体,然后利用溶剂脱脂方法脱除坯体中可溶性粘结剂。在热脱脂速率为2.0℃/min、最高脱脂温度600℃、保温时间为1h和真空脱脂气氛条件下脱除坯体中剩余粘结剂,坯体中残余碳氧含量分别0.092%(质量分数)和0.28%,低于国外报道的PIM钛合金脱脂坯中残余碳氧含量。XRD结果表明,脱脂坯中只存在α相,没有TiC,Ti3Al,TiO和TiN等杂质相存在。N2气氛下脱脂,脱脂坯中残余碳含量较低,但氧含量较高。

关键词：粉末注射成形热脱脂残余碳氧