專利名稱：一種復(fù)雜形狀硬質(zhì)合金制件的凝膠注模成形方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于硬質(zhì)合金領(lǐng)域，特別是提供了一種制備復(fù)雜形狀、大尺寸 硬質(zhì)合金零件的方法，適應(yīng)于硬質(zhì)合金零件的工業(yè)生產(chǎn)。
技術(shù)背景硬質(zhì)合金具有高硬度、高強(qiáng)度、耐磨損、耐腐蝕、耐高溫及低膨脹 系數(shù)等一系列優(yōu)點(diǎn)，常用于制造金屬切削刀具、量具、模具等，是金屬 加工、礦山開(kāi)采、石油鉆探、國(guó)防軍工等工業(yè)不可缺少的工具材料。用硬質(zhì)合金來(lái)做刀具，它的硬度即使在1000度的高溫下也不會(huì)降低。因此， 可以進(jìn)行高速切削加工，切削速度每分鐘達(dá)到2000米以上，比普通碳素 鋼刀具高出100多倍，比鎢鋼刀具也高15倍。用它制成的模具，可以 沖壓300多萬(wàn)次，比普通合金鋼模具耐用60倍。通常，硬質(zhì)合金采用粉末冶金工藝生產(chǎn)，而傳統(tǒng)的粉末冶金工藝如 壓制成形只能制備一些形狀較為簡(jiǎn)單或在二維平面具有一定形狀復(fù)雜度 的硬質(zhì)合金制品；此外，由于硬質(zhì)合金硬度很高，用普通的機(jī)加工如激 光、電火花等盡管也能夠加工一些復(fù)雜形狀的硬質(zhì)合金制品，但是制造 成本將會(huì)成倍增加，這大大限制硬質(zhì)合金的應(yīng)用范圍。盡管粉末注射成 形工藝可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜形狀硬質(zhì)合金的近凈成形，但是在成形一些大尺寸 零件時(shí)存在較大困難。在本發(fā)明中，采用甲苯基甲基丙烯酸羥乙酯體系凝膠注模成形可以 實(shí)現(xiàn)大尺寸、復(fù)雜形狀硬質(zhì)合金的近凈成形；燒結(jié)體的斷裂強(qiáng)度可以達(dá) 到2380MPa，密度為14.71g/cm3,與注射成形以及壓制燒結(jié)工藝所得性 能相近；這種方法的好處一方面在于實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜形狀、大尺寸硬質(zhì)合金 零件的近凈成形，大大減少了后續(xù)加工工序，模具成本低，生產(chǎn)效率高， 使生產(chǎn)成本大幅降低；另一方面可通過(guò)調(diào)節(jié)固含量的方法來(lái)定量的改變 零件的力學(xué)性能，以制備不同功用的零件。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種制備復(fù)雜形狀、大尺寸硬質(zhì)合金零件近 凈成形的方法，采用模具成本低、工藝簡(jiǎn)單的凝膠注模的成形技術(shù)，制 備出性能符合要求的復(fù)雜形狀、大尺寸硬質(zhì)合金零件。本發(fā)明原理如下采用有機(jī)單體甲苯基甲基丙烯酸羥乙酯溶液，該溶液能聚合成為高強(qiáng)度的、橫向連接的聚合物-溶劑的凝膠。將有機(jī)單體 甲苯基甲基丙烯酸羥乙酯與甲苯配制成一定濃度的預(yù)混液，加入超分散劑Solsperse-6000使硬質(zhì)合金粉末懸浮于預(yù)混液中制成漿體，然后加入適 量催化劑N,N，N',N'-四甲基乙二胺和引發(fā)劑過(guò)氧化苯甲酰攪拌均勻，經(jīng)排 氣后注入模具中，模內(nèi)的有機(jī)單體發(fā)生聚合反應(yīng)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將硬質(zhì)合 金粉體包裹，成為由大分子網(wǎng)絡(luò)定型的坯體。坯體經(jīng)干燥、排膠、燒結(jié) 得到致密產(chǎn)品，如圖1。此外還可以通過(guò)調(diào)節(jié)固含量來(lái)改變硬質(zhì)合金的 力學(xué)性能。一種復(fù)雜形狀硬質(zhì)合金制件的凝膠注模成形方法，具體工藝如下成形燒結(jié)1 、稱取硬質(zhì)合金粉，加入到甲苯基甲基丙烯酸羥乙酯和甲苯溶液中， 攪拌混合成溶液1，甲苯基甲基丙烯酸羥乙酯和甲苯溶液體積比為l 1.5: 1;2、 稱取超分散劑Solsperse-6000到加入溶液1中，攪拌均勻，制成 漿料2,分散劑與硬質(zhì)合金粉的比例為1: 400 600 (質(zhì)量比)；3、 分別量取適量的催化劑和引發(fā)劑(保證有足夠的排氣和注模時(shí) 間)，催化劑與合金粉的比例為h 400 600 (質(zhì)量比)，引發(fā)劑與合金 粉的比例為l: 4500 5500 (質(zhì)量比)，加入槳料2中，攪拌均勻制成漿 料3，催化劑為N，N,N',N'-四甲基乙二胺，引發(fā)劑為過(guò)氧化苯甲酰；4、 將漿料3放入高真空環(huán)境中排氣；5、 在模具內(nèi)壁涂薄薄一層脫模劑異辛醇，將經(jīng)排氣的漿料緩緩注入 模具，注入過(guò)程中，用細(xì)玻璃棒上下移動(dòng)以避免漿料注入過(guò)程不產(chǎn)生氣 泡；6、 注漿完畢后，將其放入5(TC 8(rC恒溫的小于1(^Pa真空干燥 箱內(nèi)干燥；7、 干燥20 60分鐘后，脫模，修坯，再放入50。C 8(TC恒溫的小 于10—2Pa真空干燥箱內(nèi)干燥30 72小時(shí)；8、 將干燥過(guò)的坯體在小于10—2Pa的真空下燒結(jié)，即可得到硬質(zhì)合 金零件。模具制作1、 稱取適量的硅橡膠，加入質(zhì)量比為1 1.5%的固化引發(fā)劑，攪拌 均勻；2、 在零件表面上均勻地涂上一層薄薄的硅橡膠，過(guò)程中要避免產(chǎn)生 氣泡，靜置1 5小時(shí)；隔l小時(shí)再涂一層硅橡膠，共需三層，然后靜置 10 20小時(shí)。3、 稱取適量的石膏粉，加入水，攪拌均勻，倒入尺寸大于零件的紙 盒中，然后將包裹硅橡膠的零件的一半浸入紙盒石膏漿中，IO分鐘后， 在紙盒中石膏截面處鋪三層軟質(zhì)紙，再倒入石膏漿至沒(méi)過(guò)零件2厘米， 靜置5 10小時(shí)，制成石膏靠模；4、取出包裹硅橡膠的零件，選一簡(jiǎn)單側(cè)面，用剪刀剪開(kāi)，將外層硅 橡膠套取出，放入石膏靠模，至此制成硅橡膠模具。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于-1、 從生產(chǎn)上提供了一種制備形狀復(fù)雜、大尺寸硬質(zhì)合金零件且可應(yīng) 用于大規(guī)模生產(chǎn)的新技術(shù)；2、 該技術(shù)成本低、效率高、工藝簡(jiǎn)單，使生產(chǎn)成本大幅降低；3、 該工藝制備的硬質(zhì)合金零件性能達(dá)到了傳統(tǒng)粉末冶金成形或注射 成形的水平。


圖1為凝膠注模成形硬質(zhì)合金零件工藝流程圖具體實(shí)施方式
實(shí)施實(shí)例用YG6硬質(zhì)合金粉末制備維納斯頭像。成形燒結(jié)1、 稱取2000g的硬質(zhì)合金粉，加入甲苯基甲基丙烯酸羥乙酯和甲苯 各72ml的溶液中，攪拌混合；2、 稱取4g超分散劑Solsperse-6000加入l溶液中，攪拌均勻，制成 漿料2;3、 取催化劑N,N,N',N'-四甲基乙二胺3.6ml和引發(fā)劑過(guò)氧化苯甲酰 0.4g，加入漿料2中，攪拌均勻制成漿料3;4、 將漿料3放入高真空環(huán)境中排氣2分鐘；5、 在硅橡膠模具內(nèi)壁涂薄薄一層脫模劑異辛醇，將經(jīng)排氣的漿料緩 緩注入模具，注入過(guò)程中，用細(xì)玻璃棒上下移動(dòng)以避免漿料注入過(guò)程不產(chǎn)生氣泡；6、 注漿完畢后，將其放入6(TC恒溫的真空干燥箱內(nèi)干燥；7、 干燥30分鐘后，脫模，修坯，再放入6(TC恒溫的真空干燥箱內(nèi) 干燥48小時(shí)；8、 將干燥過(guò)的坯體在小于10'2Pa的真空下燒結(jié)，緩慢升溫，室溫 至500。C升溫速度rC/min,其中在300。C保溫2小時(shí)，500。C至1350 。C升溫速度4"C/min，然后在135(TC保溫1小時(shí)，即可得到硬質(zhì)合金 維納斯頭像。模具制作1、 稱取80g的硅橡膠，加入1.04g的固化引發(fā)劑，攪拌均勻；2、 在零件表面上均勻地涂上一層薄薄的硅橡膠，過(guò)程中要避免產(chǎn)生 氣泡，靜置1小時(shí)；再稱取100g的硅橡膠，加入1.3g的固化引發(fā)劑， 攪拌均勻，涂在上一層硅橡膠上，靜置1小時(shí)，再重復(fù)上一步，共需三 層硅橡膠，然后靜置12小時(shí)。3、 稱取1000g的石膏粉，加入30ml水，攪拌均勻，倒入尺寸大于 半身維納斯像的紙盒中，然后將包裹硅橡膠的維納斯頭像的一半浸入紙 盒石膏漿中，IO分鐘后，在紙盒中石膏截面處鋪三層軟質(zhì)紙，再倒入石 膏槳至沒(méi)過(guò)維納斯頭像2cm，靜置8小時(shí)，制成石膏靠模；4、 取出包裹硅橡膠的維納斯頭像，選一簡(jiǎn)單側(cè)面，用剪刀剪開(kāi)，將 外層硅橡膠套取出，放入石膏靠模，至此制成維納斯頭像硅橡膠模具。
權(quán)利要求
1. 一種復(fù)雜形狀硬質(zhì)合金制件的凝膠注模成形方法，其特征是具體成形燒結(jié)步驟為(1)、稱取硬質(zhì)合金粉，加入到甲苯基甲基丙烯酸羥乙酯和甲苯溶液中，攪拌混合成溶液1，甲苯基甲基丙烯酸羥乙酯和甲苯溶液體積比為1～1.5∶1；(2)、稱取超分散劑Solsperse-6000到加入溶液1中，攪拌均勻，制成漿料2，分散劑與硬質(zhì)合金粉的質(zhì)量比為1∶400～600；(3)、分別量取適量的催化劑和引發(fā)劑，催化劑與合金粉的質(zhì)量比為1∶400～600，引發(fā)劑與合金粉的質(zhì)量比為1∶4500～5500，加入漿料2中，攪拌均勻制成漿料3；(4)、將漿料3放入小于10-2Pa的真空環(huán)境中排氣；(5)、在模具內(nèi)壁涂薄薄一層脫模劑異辛醇，將經(jīng)排氣的漿料緩緩注入模具，注入過(guò)程中，用細(xì)玻璃棒上下移動(dòng)以避免漿料注入過(guò)程不產(chǎn)生氣泡；(6)、注漿完畢后，將其放入50℃～80℃恒溫的小于10-2Pa的真空干燥箱內(nèi)干燥；(7)、干燥20～60分鐘后，脫模，修坯，再放入50℃～80℃恒溫的小于10-2Pa的真空干燥箱內(nèi)干燥30～72小時(shí)；(8)、將干燥過(guò)的坯體在高真空下燒結(jié)，即可得到硬質(zhì)合金零件。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)雜形狀硬質(zhì)合金制件的凝膠注模成形 方法，其特征是催化劑為N，N，N'，N'-四甲基乙二胺，引發(fā)劑為過(guò)氧化苯甲 酰。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種復(fù)雜形狀硬質(zhì)合金制件的凝膠注模成形方法，其特征是模具制作步驟為(1) 、稱取適量的硅橡膠，加入質(zhì)量比為1 1.5%的固化引發(fā)劑， 攪拌均勻；(2) 、在零件表面上均勻地涂上一層薄薄的硅橡膠，過(guò)程中要避免 產(chǎn)生氣泡，靜置1 5小時(shí)；隔l小時(shí)再涂一層硅橡膠，共需三層，然后 靜置10 20小時(shí)；3)、稱取適量的石膏粉，加入水，攪拌均勻，倒入尺寸大于零件 的紙盒中，然后將包裹硅橡膠的零件的一半浸入紙盒石膏漿中，10分鐘后，在紙盒中石膏截面處鋪三層軟質(zhì)紙，再倒入石膏漿至沒(méi)過(guò)零件2厘 米，靜置5 10小時(shí)，制成石膏靠模；(4)、取出包裹硅橡膠的零件，選一簡(jiǎn)單側(cè)面，用剪刀剪開(kāi)，將外層硅橡膠套取出，放入石膏靠模，至此制成硅橡膠模具。
全文摘要
一種復(fù)雜形狀硬質(zhì)合金制件的凝膠注模成形方法，屬于硬質(zhì)合金領(lǐng)域。本發(fā)明將有機(jī)單體甲苯基甲基丙烯酸羥乙酯與甲苯配制成一定濃度的預(yù)混液，加入超分散劑Solsperse-6000使硬質(zhì)合金粉末懸浮于預(yù)混液中制成漿體，然后加入適量催化劑N，N，N′，N′-四甲基乙二胺和引發(fā)劑過(guò)氧化苯甲酰攪拌均勻，經(jīng)排氣后注入模具中，模內(nèi)的有機(jī)單體發(fā)生聚合反應(yīng)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)將硬質(zhì)合金粉體包裹，成為由大分子網(wǎng)絡(luò)定型的坯體。坯體經(jīng)干燥、排膠、燒結(jié)得到致密產(chǎn)品。該技術(shù)成本低、效率高、工藝簡(jiǎn)單，使生產(chǎn)成本大幅降低；該工藝制備的硬質(zhì)合金零件性能達(dá)到了傳統(tǒng)粉末冶金成形或注射成形的水平。
文檔編號(hào)B22F1/00GK101279364SQ20081011221
公開(kāi)日2008年10月8日 申請(qǐng)日期2008年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月21日
發(fā)明者宇 宋, 艷 李, 楊曉亮, 濤 林, 邵慧萍, 郭志猛 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)