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注射成形脱脂研究及MIM不锈钢

赵利刚  
【摘要】:脱脂是MIM技术的关键,本论文第一部分以气雾化316L不锈钢为研究对象,研究了MIM不锈钢热脱脂初始阶段的脱脂行为。根据对脱脂生坯内不同位置蒸汽压的分析,以及毛细力大小的理论计算,并对比生坯与脱脂样的SEM照片,发现:随着脱脂的进行,试样中的小颗粒金属球随着粘结剂的流动向试样外表面流动,造成脱脂样表面小球聚集;只要脱除4%左右的粘结剂,试样中就会形成初始孔隙;在热脱脂初始阶段,由于粘结剂在不同的曲率半径处蒸气压不一样,生坯表面小球之间粘结剂能较快脱出,而大球之间的粘结剂脱除较慢。 厚度是影响脱脂速度及脱脂质量的关键因素。通过对脱脂动力学的分析,发现在脱脂过程中,存在动力学控制步骤转化的过程,提出了临界厚度的概念。临界厚度越大,意味着脱脂初始阶段升温速率可以较快,脱脂所需时间可以相对缩短。临界厚度越小,那么脱脂初始阶段必须缓慢升温,以免产生鼓泡、裂纹、变形等缺陷。生产实践中临界厚度越大,脱脂处理越容易进行。对脱脂过程中控制步骤的理论计算,得到脱脂临界厚度与粉末大小、脱脂温度和装载量的关系:临界厚度与粉末颗粒大小成正比,粉末颗粒越大,临界厚度也大;临界厚度与保温温度成反比关系,温度越高,临界厚度越小;临界厚度与装载量成反比,装载量越高,临界厚度越小。 在生产实践中,快速升温通常导致变形、鼓泡、裂纹等各种缺陷。本论文对脱脂缺陷的形成机理进行了分析,预测了不同动力学控制步骤下可能形成的缺陷种类,并运用实验手段加以证实。粘结剂的蒸发或热解气体在聚合物熔体中扩散为控制步骤时,容易在脱脂生坯内部形成微细的气泡和裂纹。粘结剂蒸发或热解气体在孔隙通道内的传输(渗透)为控制步骤时,容易形成粗大的裂纹和气泡。 目前MIM主要应用于不锈钢的生产,粉末成本占总成本的很大部分;气雾化粉末价格较高,水雾化粉末价格相对较低。本论文分别采用水雾化和气雾化粉末进行注射成形,发现采用球化处理的、粒度为10um的水雾化粉末,以58%的装载量可以生产出力学性能与气雾化MIM不锈钢类似的不锈钢产品;水雾化MIM不锈钢密度较低,孔隙度较高,孔隙分布均匀;气雾化MIM不锈钢密度较高,孔隙度较低,但是孔隙分布不均匀,烧结产品中存在大孔隙;1352℃烧结的 中南大学硕士学位论文 摘要 水雾化不锈钢断裂强度及延伸率较高,在更高的温度下烧结会使力学性能降低。 MIM不锈钢在医学领域应用广泛,然而普通的不锈钢中都含有镍元素,镍 元素有一定的毒性,部分人群对镍敏感。本文对M以无镍不锈钢的生产进行了 初步探讨,发现可以采用元素粉末来制造不含镍成分的MIM不锈钢,其中各种 粉末所占的质量百分比为:Crl7.5%,Mo3.5%,MnlZ%,其余为铁粉;MIM工艺 路线为:将以上粉末以58%的装载量与某粘结剂混合,在NZ+H:气氛中、1352 ℃下烧结60分钟;根据以上参数生产的无镍不锈钢制品密度为7.59/cm,,拉伸 强度54OMPa,硬度为HRB55。 不锈钢的一个重要特性是耐腐蚀性,有关MIM不锈钢耐腐蚀性的研究目前 仍网如。本论文第四部分运用盐酸浸泡法、Feroxyt腐蚀评级法以及阳极电位法 来分别测评MIM不锈钢与普通铸造不锈钢以及粉末冶金不锈钢的耐腐蚀性能: 结果发现,四种典型烧结气氛Ar+HZ、Ar、NZ+HZ、N:中,采用Ai+H:烧结获得 的产品孔隙率低,孔隙尺寸小,晶粒尺寸小,杂质(C、0、N)含量少,其耐 腐蚀性能最好;而采用N:烧结的产品孔隙大,晶粒尺寸大,晶间氮化物析出严 重,耐腐蚀性能最差;Ar和NZ+H:烧结的产品组织结构相似,耐腐蚀性能介于 Ar+H:以及N:烧结产品之间。更高的烧结温度可获得更高的致密度,既减少孔 隙,而且高温烧结产品点蚀电位高,有利于耐腐蚀性能的提高。对两种典型注射 成形不锈钢(气雾化3 16L、水雾化316L)的耐腐蚀性进行对比表明:采用水雾 化3 16L所获得的最终产品孔隙小,晶粒尺寸小,晶粒结合能力强,耐腐蚀性能 好;气雾化3 16L的这些参数略低,耐腐蚀性能略低。


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