技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及新型材料設(shè)計領(lǐng)域，具體涉及的是一種新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成型mim生產(chǎn)工藝。

背景技術(shù)：

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金屬粉末注射成型技術(shù)是集塑料成型、粉末冶金工藝學(xué)和金屬材料學(xué)等多個學(xué)科交叉的產(chǎn)物，利用模具注射成型并經(jīng)過脫脂、燒結(jié)等工藝制造高密度、高精度、高強度及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)零件；

軍方對步槍內(nèi)部的擊錘、撞針及抽殼鉤零部件提出了以下指標(biāo)：一是降低零部件密度，減輕重量；二是提升零部件強度，同時滿足設(shè)計壽命15000次的設(shè)計要求；三是具備良好的散熱性能；四是提高零部件加工制造精度，誤差在±0.05mm之內(nèi)。

現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足：

1.傳統(tǒng)粉末冶金、鑄件加工等生產(chǎn)工藝所生產(chǎn)出的產(chǎn)品無法滿足密度低、強度高及散熱性能好三項技術(shù)指標(biāo)；

2.傳統(tǒng)粉末壓制所使用的模具生產(chǎn)的產(chǎn)品尺寸不滿足槍械內(nèi)部零部件的公差要求，不具備批量量產(chǎn)性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

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本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是傳統(tǒng)粉末冶金、鑄件加工等生產(chǎn)工藝所生產(chǎn)出的產(chǎn)品無法滿足密度低、強度高及散熱性能好三項技術(shù)指標(biāo)；傳統(tǒng)粉末壓制所使用的模具生產(chǎn)的產(chǎn)品尺寸不滿足步槍內(nèi)部的擊錘、撞針及抽殼鉤零部件的公差要求，不具備批量量產(chǎn)性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)手段：產(chǎn)工藝步驟如下：

步驟1：混料工藝，設(shè)備采用三維高效混料機

新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成形mim生產(chǎn)工藝，生，放入粉末材料，鈦粉88-90份，鋁粉5.5-6.5份，釩粉3.5-4.5份，鐵粉0.1-0.3份，碳粉0.1-0.2份，將各種金屬粉末按照相應(yīng)體積分?jǐn)?shù)放入到混料瓶內(nèi)，放入氧化銘球磨球，球料比采用1：1.5，充入氬氣來保護鈦粉防止氧化。在三維高效混料機上混料10小時，將混料后的混合粉末放入密封袋內(nèi)，抽真空保護；

步驟2：注塑工藝，設(shè)備采用注塑機，注塑工藝，設(shè)備采用注塑機，其中料筒溫度150±10℃、射嘴溫度160±10℃、模具溫度55±5℃、螺桿轉(zhuǎn)速50r/min、射膠時間5±0.5s、保壓時間2±1s、射膠壓力60±10mpa；

步驟3：脫脂工藝，采用“溶劑脫脂+熱脫脫脂”兩種方式。溶劑脫脂使用正庚烷溶液，在溫度為50℃的環(huán)境下水浴加熱5小時，初步溶解粘接劑中的石蠟；熱脫脫脂設(shè)備采用脫脂爐，充入氮氣，通氣量為4±0.5m3/h，緩慢升溫，采用四段溫控路線：室溫升溫至250±10℃,保溫30分鐘，熱解石蠟和硬脂酸；升溫至470±10℃，保溫1小時，充分熱解石蠟和硬脂酸；升溫至520±20℃，保溫1小時，熱解低密度聚乙烯；升溫至600±20℃，保溫2小時，脫除粘接劑，使加工件具有一定強度，之后取出進行油冷降溫散熱；

步驟4：燒結(jié)工藝，設(shè)備采用燒結(jié)爐，在加工件上方覆蓋同材質(zhì)鈦合金罩，并在縫隙處填充氧化鋯密封。通入氣體氮氣，通氣量為3.5土0.5m3/h，燒結(jié)工藝分為預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)兩個分步驟，預(yù)燒結(jié)溫度為1100±10℃，保溫時間為2小時；溫度上升至燒結(jié)溫度1200±10℃，保溫時間為3小時，之后取出進行油冷降溫散熱；

步驟5：拋光工藝，設(shè)備采用滾拋機，頻率設(shè)置30±10hz，時間20±5分鐘。

作為優(yōu)選，本發(fā)明更進一步的技術(shù)方案是：

所述的注射工藝采用通用的mim蠟基體系喂料注射工藝，其中螺桿轉(zhuǎn)速50r/min、射膠壓力60±10mpa。

所述的注塑機為力勁potenza型注塑機，所述的脫脂爐為罩式脫脂爐，所述的燒結(jié)爐為氣氛燒結(jié)爐，所述的滾拋機為離心式滾拋機。

所述的離心式滾拋機的滾拋介質(zhì)為清水、8*8棕剛玉斜三角磨料。

所述粘結(jié)劑采用聚乙烯、石蠟及硬脂酸混合材料。

所述的脫脂工藝中溶劑脫脂使用正庚烷溶液，50℃環(huán)境下水浴加熱；氮氣通氣量為4±0.5m3/h，持續(xù)整個工藝過程,從工藝執(zhí)行開始，持續(xù)至溫度降至300℃以下。

所述的燒結(jié)工藝設(shè)備功率可自行按照每分鐘升溫不超過2.5℃來設(shè)置升溫曲線，防止加工件發(fā)生變形。

所述降溫散熱方式為油冷降溫散熱。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：采用鈦及鈦合金材料與金屬粉末注射成形蠟基粘結(jié)劑配制成的金屬粉末注射成形（mim）專用喂料,采用金屬粉末注射成形生產(chǎn)工藝,滿足密度低、強度高、散熱性能好及精度高的要求，實現(xiàn)鈦及鈦合金材料產(chǎn)品的量產(chǎn)。

本發(fā)明具備如下的特點：

1、本工藝可以批量性生產(chǎn)鈦及鈦合金材料新型材料產(chǎn)品；

2、整個工藝過程工藝參數(shù)控制簡單,常規(guī)性金屬粉末注射成形工藝用到的各工序設(shè)備即可滿足要求。無需高精尖的設(shè)備來保證；

3、該工藝可同時適用于其他類型鈦及鈦合金材料產(chǎn)品生產(chǎn)。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明實施例的金屬粉末注射成型mim生產(chǎn)工藝。

具體實施措施：

下面結(jié)合實施例，進一步說明本發(fā)明。

具體實施例1:

本發(fā)明新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成形mim生產(chǎn)工藝,生產(chǎn)工藝步驟如下：

步驟1：混料工藝，設(shè)備采用三維高效混料機，放入粉末材料，鈦粉88-90份，鋁粉5.5-6.5份，釩粉3.5-4.5份，鐵粉0.1-0.3份，碳粉0.1-0.2份，將各種金屬粉末按照相應(yīng)體積分?jǐn)?shù)放入到混料瓶內(nèi)，放入氧化銘球磨球，球料比采用1：1.5，充入氬氣來保護鈦粉防止氧化。在三維高效混料機上混料10小時，將混料后的混合粉末放入密封袋內(nèi)，抽真空保護；

步驟2：注塑工藝，設(shè)備采用注塑機，注塑工藝，設(shè)備采用注塑機，其中料筒溫度150±10℃、射嘴溫度160±10℃、模具溫度55±5℃、螺桿轉(zhuǎn)速50r/min、射膠時間5±0.5s、保壓時間2±1s、射膠壓力60±10mpa；

步驟3：脫脂工藝，采用“溶劑脫脂+熱脫脫脂”兩種方式。溶劑脫脂使用正庚烷溶液，在溫度為50℃的環(huán)境下水浴加熱5小時，初步溶解粘接劑中的石蠟；熱脫脫脂設(shè)備采用脫脂爐，充入氮氣，通氣量為4±0.5m3/h，緩慢升溫，采用四段溫控路線：室溫升溫至250±10℃,保溫30分鐘，熱解石蠟和硬脂酸；升溫至470±10℃，保溫1小時，充分熱解石蠟和硬脂酸；升溫至520±20℃，保溫1小時，熱解低密度聚乙烯；升溫至600±20℃，保溫2小時，脫除粘接劑，使加工件具有一定強度，之后取出進行油冷降溫散熱；

步驟4：燒結(jié)工藝，設(shè)備采用燒結(jié)爐，在加工件上方覆蓋同材質(zhì)鈦合金罩，并在縫隙處填充氧化鋯密封。氣氛為氮氣，通氣量為3.5±0.5m3/h，燒結(jié)工藝分為預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)兩個分步驟，預(yù)燒結(jié)溫度為1100±10℃，保溫時間為2小時；溫度上升至燒結(jié)溫度1200±10℃，保溫時間為3小時，之后取出進行油冷降溫散熱；

步驟5：拋光工藝，設(shè)備采用滾拋機，頻率設(shè)置30±10hz，時間20±5分鐘。

具體實施例2：

本發(fā)明新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成形mim生產(chǎn)工藝,混料工藝、注射工藝、脫脂工藝、燒結(jié)工藝、拋光工藝，混料工藝設(shè)備采用三維高效混料機，將鈦粉88-90份，鋁粉5.5-6.5份，釩粉3.5-4.5份，鐵粉0.1-0.3份，碳粉0.1-0.2份各種金屬粉末按照相應(yīng)體積分?jǐn)?shù)放入到混料瓶內(nèi)，按照球料比1：1.5放入氧化銘球磨球，充入氬氣來保護鈦粉防止氧化。在三維高效混料機上混料10小時，將混料后的混合粉末放入密封袋內(nèi)，抽真空保護。

具體實施例3：

本發(fā)明新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成形mim生產(chǎn)工藝,混料工藝、注射工藝、脫脂工藝、燒結(jié)工藝、拋光工藝，注射工藝采用通用的mim蠟基體系喂料注射工藝，其中料筒溫度150±10℃、射嘴溫度160±10℃、模具溫度55±5℃、螺桿轉(zhuǎn)速50r/min、射膠時間5±0.5s、保壓時間2±1s、射膠壓力60±10mpa。

具體實施例4：

本發(fā)明新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成形mim生產(chǎn)工藝,混料工藝、注射工藝、脫脂工藝、燒結(jié)工藝、拋光工藝，所述的注塑機為東華9of2v型注塑機，所述的脫脂爐為罩式脫脂爐，所述粘結(jié)劑采用聚乙烯、石蠟及硬脂酸混合材料，所述降溫方式為油冷降溫散熱，所述的燒結(jié)爐為氣氛燒結(jié)爐，所述的滾拋機為離心式滾拋機。

具體實施例5：

本發(fā)明新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成形mim生產(chǎn)工藝,混料工藝、注射工藝、脫脂工藝、燒結(jié)工藝、拋光工藝，所述的離心式滾拋機的滾拋介質(zhì)為清水、8*8棕剛玉斜三角磨料。

具體實施例6：

本發(fā)明新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成形mim生產(chǎn)工藝,混料工藝、注射工藝、脫脂工藝、燒結(jié)工藝、拋光工藝，所述的脫脂工藝中溶劑脫脂使用正庚烷溶液，50℃環(huán)境下水浴加熱；充入氮氣通氣量為4±0.5m3/h，持續(xù)整個工藝過程,從工藝執(zhí)行開始，持續(xù)至溫度降至300℃以下。

具體實施例7：

本發(fā)明新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成形mim生產(chǎn)工藝,混料工藝、注射工藝、脫脂工藝、燒結(jié)工藝、拋光工藝，所述的燒結(jié)工藝設(shè)備功率可自行按照每分鐘升溫不超過2.5℃來設(shè)置升溫曲線，防止加工件發(fā)生變形。

具體實施例8：

本發(fā)明新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成形mim生產(chǎn)工藝,混料工藝、注射工藝、脫脂工藝、燒結(jié)工藝、拋光工藝，所述的降溫降溫方式為油冷降溫散熱。

具體實施例9：

本發(fā)明新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成形mim生產(chǎn)工藝,混料工藝、注射工藝、脫脂工藝、燒結(jié)工藝、拋光工藝，混料工藝設(shè)備采用三維高效混料機，將各種金屬粉末按照鈦粉88-90份，鋁粉5.5-6.5份，釩粉3.5-4.5份，鐵粉0.1-0.3份，碳粉0.1-0.2份相應(yīng)體積分?jǐn)?shù)放入到混料瓶內(nèi)，放入氧化銘球磨球，球料比采用1：1.5，充入氬氣來保護鈦粉防止氧化。在三維高效混料機上混料10小時，將混料后的混合粉末放入密封袋內(nèi)，抽真空保護。注塑工藝設(shè)備采用力勁potenza型注塑機，注塑工藝，設(shè)備采用注塑機，其中料筒溫度150±10℃、射嘴溫度160±10℃、模具溫度55±5℃、螺桿轉(zhuǎn)速50r/min、射膠時間5±0.5s、保壓時間2±1s、射膠壓力60±10mpa；脫脂工藝，采用“溶劑脫脂+熱脫脫脂”兩種方式；溶劑脫脂使用正庚烷溶液，在溫度為50℃的環(huán)境下水浴加熱5小時，初步溶解粘接劑中的石蠟；熱脫脫脂設(shè)備采用脫脂爐，充入氮氣，通氣量為4±0.5m3/h，緩慢升溫，采用四段溫控路線：室溫升溫至250±10℃,保溫30分鐘，熱解石蠟和硬脂酸；升溫至470±10℃，保溫1小時，充分熱解石蠟和硬脂酸；升溫至520±20℃，保溫1小時，熱解低密度聚乙烯；升溫至600±20℃，保溫2小時，脫除粘接劑，使加工件具有一定強度，之后取出采用油冷降溫。燒結(jié)工藝中設(shè)備采用氣氛燒結(jié)爐，在加工件上方覆蓋同材質(zhì)鈦合金罩，并在縫隙處填充氧化鋯密封。氣氛為氮氣，通氣量為3.5±0.5m3/h，燒結(jié)工藝分為預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)兩個分步驟，預(yù)燒結(jié)溫度為1100±10℃，保溫時間為2小時；采用2.5℃min的緩慢加熱速率上升至燒結(jié)溫度1200±10℃，保溫時間為3小時，之后取出采用油冷降溫。拋光工藝中設(shè)備采用滾拋機，頻率設(shè)置30±10hz，時間20±5分鐘；

對于新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成形mim生產(chǎn)工藝，權(quán)利要求保護使用預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)相結(jié)合的燒結(jié)方式。采用預(yù)燒結(jié)是為了進一步消除內(nèi)部殘余的粘接劑，同時使內(nèi)部形成燒結(jié)頸，使顆粒之間開始融合；之后緩慢升溫使為了保證加工件由于脫脂過程中打開的空隙在加熱過程中緩慢閉合，保證加工件需要的強度。同時在加工件上方覆蓋同材質(zhì)鈦合金罩，并在縫隙處填充氧化鋯密封，防止其他元素混入；

按照以上工藝生產(chǎn)的步槍內(nèi)部的擊錘、撞針及抽殼鉤零部件，密度4.49-4.51g/cm3，熱導(dǎo)率7.9-8.0w/m·k，比熱=0.60-0.65j/g·℃，強度1010-1015mpa，滿足產(chǎn)品對密度，強度，導(dǎo)熱性能及精度要求。

具體實施例10：

由于以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護不限于此，任何本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所能想到本技術(shù)方案技術(shù)特征的等同的變化或替代，都涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

技術(shù)特征：

1.新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成型mim生產(chǎn)工藝，其特征在于：生產(chǎn)工藝步驟如下：步驟1：混料工藝，設(shè)備采用三維高效混料機，放入粉末材料，鈦粉88-90份，鋁粉5.5-6.5份，釩粉3.5-4.5份，鐵粉0.1-0.3份，碳粉0.1-0.2份，將各種金屬粉末按照相應(yīng)體積分?jǐn)?shù)放入到混料瓶內(nèi)，放入氧化銘球磨球，球料比采用1：1.5，充入氬氣來保護鈦粉防止氧化；在三維高效混料機上混料10小時，將混料后的混合粉末放入密封袋內(nèi)，抽真空保護；步驟2：注塑工藝，設(shè)備采用注塑機，其中料筒溫度150±10℃、射嘴溫度160±10℃、模具溫度55±5℃、螺桿轉(zhuǎn)速50r/min、射膠時間5±0.5s、保壓時間2±1s、射膠壓力60±10mpa；步驟3：脫脂工藝，采用“溶劑脫脂+熱脫脫脂”兩種方式；溶劑脫脂使用正庚烷溶液，在溫度為50℃的環(huán)境下水浴加熱5小時，初步溶解粘接劑中的石蠟；熱脫脫脂設(shè)備采用脫脂爐，充入氮氣，通氣量為4±0.5m3/h，緩慢升溫，采用四段溫控路線：室溫升溫至250±10℃,保溫30分鐘，熱解石蠟和硬脂酸；升溫至470±10℃，保溫1小時，充分熱解石蠟和硬脂酸；升溫至520±20℃，保溫1小時，熱解低密度聚乙烯；升溫至600±20℃，保溫2小時，脫除粘接劑，使加工件具有一定強度，之后取出降溫；步驟4：燒結(jié)工藝，設(shè)備采用燒結(jié)爐，在加工件上方覆蓋同材質(zhì)鈦合金罩，并在縫隙處填充氧化鋯密封；通入氣體為氮氣，通氣量為3.5±0.5m3/h，燒結(jié)工藝分為預(yù)燒結(jié)和燒結(jié)兩個分步驟，預(yù)燒結(jié)溫度為1100±10℃，保溫時間為2小時；溫度上升至燒結(jié)溫度1200±10℃，保溫時間為3小時，之后取出降溫；步驟5：拋光工藝，設(shè)備采用滾拋機，頻率設(shè)置30±10hz，時間20±5分鐘。

2.根據(jù)權(quán)利要求書1所描述的新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成型mim生產(chǎn)工藝，其特征在于：所述的注射工藝采用通用的mim蠟基體系喂料注射工藝，其中螺桿轉(zhuǎn)速50r/min、射膠壓力60±10mpa。

3.根據(jù)權(quán)利要求書1所描述的新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成型mim生產(chǎn)工藝，其特征在于：所述的注塑機為力勁potenza型注塑機，所述的脫脂爐為罩式脫脂爐，所述的燒結(jié)爐為氣氛燒結(jié)爐，所述的滾拋機為離心式滾拋機。

4.根據(jù)權(quán)利要求書1所描述的新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成型mim生產(chǎn)工藝，其特征在于：所述粘結(jié)劑采用聚乙烯、石蠟及硬脂酸混合材料。

5.根據(jù)權(quán)利要求書1所描述的新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成型mim生產(chǎn)工藝，其特征在于：所述的燒結(jié)爐為氣氛燒結(jié)爐，在加工件上方覆蓋同材質(zhì)鈦合金罩，并在縫隙處填充氧化鋯密封。

6.根據(jù)權(quán)利要求書1所描述的新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成型mim生產(chǎn)工藝，其特征在于：所述的離心式滾拋機的滾拋介質(zhì)為清水、8*8棕剛玉斜三角磨料。

7.根據(jù)權(quán)利要求書1所描述的新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成型mim生產(chǎn)工藝，其特征在于：所述的脫脂工藝中溶劑脫脂使用正庚烷溶液，50℃環(huán)境下水浴加熱；通入器提為氮氣，通氣量為4±0.5m3/h，持續(xù)整個工藝過程,從工藝執(zhí)行開始，持續(xù)至溫度降至300℃以下。

8.根據(jù)權(quán)利要求書1所描述的新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成型mim生產(chǎn)工藝，其特征在于：所述的燒結(jié)工藝設(shè)備功率可自行按照每分鐘升溫不超過2.5℃來設(shè)置升溫曲線，防止加工件發(fā)生變形。

9.根據(jù)權(quán)利要求書1所描述的新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成型mim生產(chǎn)工藝，其特征在于：所述降溫散熱方式為油冷降溫散熱。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明公開了一種新型鈦及鈦合金材料的金屬粉末注射成型MIM生產(chǎn)工藝，混料工藝、注射工藝、脫脂工藝、燒結(jié)工藝、拋光工藝，本工藝可以批量性生產(chǎn)鈦及鈦合金材料新型材料產(chǎn)品；整個工藝過程工藝參數(shù)控制簡單，常規(guī)性金屬粉末注射成形工藝用到的各工序設(shè)備即可滿足要求；無需高精尖的設(shè)備來保證；該工藝可同時適用于其他類型鈦及鈦合金材料產(chǎn)品生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：王洪濱;曹樹坤;惠繼恒;嚴(yán)遠海;張九勇

受保護的技術(shù)使用者：濟南大學(xué)

技術(shù)研發(fā)日：2021.04.14

技術(shù)公布日：2021.08.31