貝斯特講述MIM四種脫脂的方法
time:2020-05-12Views:3272 Author:Best Seiko從MIM技術(shù)產(chǎn)生以來,隨著粘結(jié)劑體系的不同,形成了多種MIM工藝路徑,脫脂方法也多種多樣。脫脂時間由起初的幾天縮短以了現(xiàn)在的幾小時。從脫脂步驟上可以粗略地將所 有的脫脂方法分為兩大類:一類是二步脫脂法。二步脫脂法包括溶劑脫脂+熱脫脂,虹吸脫脂——熱脫脂等。一步脫脂法主要是一步熱脫脂法,目前很先 進的是Catamold催化脫脂方法。[敏感詞]分別介紹幾種有代表性的MIM脫脂方法。
1 Wiech法脫脂 :
Wiech法以Wiech于1980年發(fā)明的專利為代表,并經(jīng)過了幾次改進??蓪⑵浞Q為Wiech(1)、(2)和(3)法。Wiech所用的粘結(jié)劑為MIM中很常用的蠟基粘結(jié)劑體系,含一種或多種組元。Wiech(1)法的基本過程是:首先將MIM成形坯置于一直空容器內(nèi),將其加熱到粘結(jié)劑的流動溫度或高于這個溫度,然后將溶劑以氣態(tài)形式緩慢地加入成形壞所在的容器內(nèi)。氣態(tài)溶劑進入成形坯溶解粘結(jié)劑,溶解到一 定程度,粘結(jié)劑的溶劑溶液會從成形壞中滲出。通過這種氣態(tài)溶劑可以脫除大部分的粘結(jié)劑而不會產(chǎn)生裂紋或斷裂現(xiàn)象。將已脫除了大部分粘結(jié)劑的成形坯再浸入液態(tài)溶劑中除去剩余的部分粘結(jié)劑。由于已經(jīng)通過氣態(tài)溶劑脫脂形成的孔隙能道,第 二步浸入式溶劑脫脂速度很快,且不會產(chǎn)生裂紋和缺陷。然后將成形坯預熱以除去殘留的部分粘結(jié)劑和部分溶劑,并進行燒結(jié)得到成品。Wiech(1)法使氣態(tài)溶劑脫脂就需3天時間,脫脂效率很低。且由于脫脂溫度高于粘結(jié)劑流動溫度,變形較嚴重。Wiech于1981年發(fā)明了Wiech(3)法,其基本過程是:將MIM成形坯置于一惰性氣體容器中,通過調(diào)節(jié)溫度和氣體流量,使得成形坯中粘結(jié)劑的蒸氣壓高于容器內(nèi)氣氛壓力,這樣粘結(jié)劑能從成形壞中蒸發(fā)出來進入容器氣氛中,容器中有一個獨 立部分用來冷凝收集粘結(jié)劑,粘結(jié)劑脫除速度可以通過調(diào)節(jié)冷凝速度來控制。對于多組元粘結(jié)劑,還可以通過調(diào)節(jié)容器內(nèi)溫度和壓力,有選擇地逐步蒸發(fā)排除。此過程約需一 天或一 天以上時間。
Wiech于1981年發(fā)明了Wiech(2)法,采用虹吸脫脂作為第 一步,將MIM成形坯置于虹吸料上,緩慢升溫至200℃保溫3h以脫除大部分粘結(jié)劑,然后再將成形坯放入爐中于一個大氣壓的氫 氣氛中以約3℃/min的速率升至約800℃進行進一步脫脂和預燒結(jié),整個脫脂過程約10h左右。這樣,Wiech實際上采用了三種形式的二步法進行脫脂,先是采用溶劑蒸氣脫脂,然后是蒸發(fā)法,后來又采用虹吸脫脂作為第 一步,脫脂時間也由起初的3天縮短到了10個小時。但它人都存在一些缺點,Wiech(1)法效率低,成形坯易產(chǎn)生變形。Wiech(2)法脫脂爐內(nèi)氣氛壓力需精 確控制,且對于銷大分子量的粘結(jié)劑組元,則蒸發(fā)法很難奏效。Wiech(3)法存在虹響應料粘附于成形坯和污染成形坯的問題。
2 Injectamax法脫脂 :
美國AMAX metal Injection Molding公司的Johnson于1988年發(fā)明了Injectamax法,該方法的主要優(yōu)點在于脫脂速度快且不 會 造 成 裂紋。其粘結(jié)劑由至少兩種組元構(gòu)成,脫脂時選用一種溶劑有選擇地首先溶解脫除粘結(jié)劑中的可溶性組元,而不溶性組元則不溶解。這樣打開孔隙通道,然后再利用熱脫脂除去剩余的粘結(jié)劑。該法采用的粘結(jié)劑一般由植物油、石蠟和熱塑性樹脂構(gòu)成,采用三氯 乙 烷溶劑首先除去油和石蠟。整個脫脂工藝過程時間短,只 需6h,是一種快 速的脫脂方法。這種溶劑脫脂+熱脫脂兩步法由于簡單、投資少和高效率,是目前大多數(shù)MIM公司和生產(chǎn)廠家所采用的生產(chǎn)方法。
3 水溶解法脫脂 :
水溶解法是建立在90年代發(fā)展起來的水溶性粘結(jié)劑基礎(chǔ)上的,它是類似于Injectamax二步法(溶劑脫脂+熱脫脂)的直接發(fā)展。由于化學溶劑存在毒性、回收等問題,如果能用便宜、無 污染的水作為溶劑則可將MIM工藝水平大大提 高一步。C a o發(fā)展了一種固態(tài)聚合物溶液脫氧蒸餾水中浸泡約16h即可除去80%的聚乙二醇,然后再采用熱脫脂法除去剩余的粘結(jié)劑。Anwar和Yang也采用聚乙二醇+聚甲 基 丙 烯 酸 甲酯粘結(jié)劑體系做了一些工作,通過采用提 高水溫至60-80℃,可在此h除脫95%以 上的聚乙二醇。Bialo發(fā)展了另一種形式的水溶性粘結(jié)劑,它采用聚氧 化 乙 烯作為水溶性部分,其粘結(jié)劑配方為76%聚氧 化 乙 烯+23%聚乙 烯蠟——1%硬脂酸,成形坯只 需在水中浸泡60-70min就脫除了大部分聚氧 化 乙 烯。由于水價格便宜、無毒、無 污 染問題,水溶解法是一種經(jīng)濟且對環(huán)境很為有利的脫脂主法。但是水溶性粘結(jié)劑存在吸水問題,導致MIM喂料的貯存和運輸需特 殊裝置,并且與水溶性粘結(jié)劑中的水溶性部分(如聚乙二醇)相容的聚合物很少且混煉時易發(fā)生溶脹,喂料混煉時間很長。所以雖然不溶解法問世五年,但到目前為止還處于實驗室階段,沒有用于實際生產(chǎn)。
4 Catamold法催化脫脂 :
Catamold法是由德國BSAF公司的Bloemacher等于90年代初開發(fā)出來的MIM一步脫脂方法,是一種催化脫脂方法。MIM催化脫脂工作原理及該法的主要技術(shù)特點是采用聚醛樹脂作為粘結(jié)劑并在酸性氣氛中快 速催化脫脂。采用長鏈聚醛樹脂作為粘結(jié)劑,利用聚醛樹脂的極性連接金屬粉末,可以適合于很廣泛的粉末種類范圍。聚醛樹脂在酸性氣氛催化作用下分解為甲醛,這種分解反應在110 ℃以上快 速發(fā)生,是一種直接的氣-固轉(zhuǎn)變,有利于控制生坯變形,保 證了燒結(jié)后的尺寸精度。催化脫脂在氣氛-粘結(jié)劑的界面進行,在成形坯內(nèi)部沒有氣體存在,反應界面的推進速度可達 到1-4mm/h。
德國CREMER公司針對Catamold脫脂法設計了一種連續(xù)脫脂和燒結(jié)爐系統(tǒng),操作過程是:將MIM成形壞放在脫脂的第 一個加熱區(qū),并在氮氣氣氛下加熱至86℃,以避免在隨后的催化脫脂過程中硝 酸冷凝在坯料上。然后將成形坯移動進入催化脫脂區(qū),將聚醛樹脂分解為甲醛。經(jīng)過初步脫脂后,坯料通過第 一個清潔室進入燒結(jié)爐,在燒結(jié)爐的第 一個加熱區(qū)脫除殘余的粘結(jié)劑。隨后,在氮氣、氫 氣、氬氣、分解氨和其它一些混合物的作用下進行燒結(jié)。國內(nèi)目前也有好幾家做MIM催化脫脂爐的廠家。
Catamold法的一個重要特點是采用催化劑脫脂,脫脂時不出現(xiàn)液相,避免了MIM產(chǎn)品容易發(fā)生變形和尺寸精度控制困難的弱點,是MIM產(chǎn)業(yè)的一個重大突 破,并且由于是催化脫脂,大大縮短了脫脂時間,從而降低了成本。并且應用metamold法能產(chǎn)生較大尺寸的MIM零部件。采用CREMER公司的連續(xù)脫脂和燒結(jié)系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn),使得MIM真正成為一種具有競爭力的PM近凈成形技術(shù)。
Catamold法是目前應用于工業(yè)生產(chǎn)中很先 進的MIM脫脂方法。不過這種方法存在酸性氣氛腐蝕設備、廢氣處理等問題,且設備投資成本相對其它方法更高。