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粉末注射成形催化脱脂研究

作　者: 郑礼清
导　师: 李笃信；李昆
学　校: 中南大学
专　业: 材料学
关键词: 注射成形催化脱脂型粘结剂 POM 流变脱脂工艺催化脱脂机理烧结
分类号: TF124.39
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

粉末注射成形(Powder Injection Molding,简称PIM)是一项能高效率生产小型复杂形状精密零部件的先进近净成形技术。粉末注射成形工艺包括四个阶段：混炼、成形、脱脂和烧结,其中脱脂是粉末注射成形工艺中最复杂、最重要的环节。目前最主要应用的脱脂方式是热脱脂和溶剂脱脂,在脱脂过程中经常产生很多的缺陷,并且脱脂阶段产生的缺陷不能在烧结阶段消除。催化脱脂具有脱脂缺陷少,脱脂速率快等优点,是目前PIM技术领域新的发展方向。本文开发了一种注射成形用新型催化脱脂型粘结剂,并结合17-4PH不锈钢粉末制备了催化脱脂型喂料,重点讨论了喂料流变性能；研究了脱脂时间、脱脂温度、催化气体流量和粘结剂组成对催化脱脂速率的影响,通过脱脂坯SEM分析来探讨了催化脱脂机理,最后通过烧结后最终产品的性能来评价所开发的催化脱脂型粘结剂体系。研究结果表明：1、配方为：85%-92%POM,5%-8%HDPE,以及少量的相容剂、表面活性剂等粘结助剂的催化脱脂型粘结剂适合于PIM,粘结剂与粉末的相容性好,注射成形和催化脱脂效果也较佳。2、制得的催化脱脂型喂料具有很好的均匀性和成形性能,并且呈假塑性流体,喂料的粘度随着温度的升高以及剪切速率的增大而减小,有利于保证混料和注射过程的稳定性。3、催化脱脂型粘结剂的脱脂效果好,不仅脱脂时间远短于热脱脂,而且脱脂过程中无明显缺陷,脱脂坯维形能力强。催化脱脂速率可以很容易通过控制脱脂催化剂HN03的浓度、控制脱脂温度来实现。适合的催化脱脂工艺为：HN03气体通入速度为0.010～0.050cc/min;脱脂温度为120℃～125℃。4、催化脱脂机理遵循“缩芯”机制,催化反应仅在气体-粘结剂界面上进行,并由生坯外部逐渐向内部发展。因此,催化脱脂可以很好解决脱脂产品中出现气泡和裂纹的缺陷。5、催化脱脂坯烧结后,产品平均密度达到7.63g/cm3,达到其理论密度的97%,产品硬度达到26.6HRC。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-6
目录  6-9
第一章文献综述  9-27
  1.1 粉末注射成形  9-14
    1.1.1 粉末注射成形工艺及特点  9-11
    1.1.2 粉末注射成形产业及其发展趋势  11-13
    1.1.3 粉末注射成形技术关键  13-14
  1.2 粘结剂及脱脂技术  14-19
    1.2.1 粘结剂基本功能及特征  14-15
    1.2.2 粘结剂体系分类  15-16
    1.2.3 粘结剂的研究进展  16-17
    1.2.4 脱脂技术及其特点  17-19
  1.3 催化脱脂技术  19-25
    1.3.1 催化脱脂技术发展历程  19-20
    1.3.2 催化脱脂的脱脂原理及脱脂特性  20-22
    1.3.3 催化脱脂用脱脂炉  22-24
    1.3.4 催化脱脂工艺研究发展现状  24-25
  1.4 本论文的设计指导思想  25-27
第二章基本工艺及实验方法  27-33
  2.1 原料性质  27-28
  2.2 实验工艺过程  28-30
    2.2.1 喂料制备  28-29
    2.2.2 注射成形  29
    2.2.3 脱脂  29-30
    2.2.4 烧结  30
  2.3 基本分析方法及测量手段  30-33
    2.3.1 热失重分析(TGA)  30
    2.3.2 流变性能测试  30-31
    2.3.3 脱脂率计算  31
    2.3.4 尺寸收缩比计算  31-32
    2.3.5 金相分析  32
    2.3.6 密度测定  32
    2.3.7 力学性能测试  32
    2.3.8 SEM分析  32-33
第三章催化脱脂型粘结剂调配及喂料制备  33-43
  3.1 前言  33
  3.2 催化分解性组元的确定  33-36
    3.2.1 催化分解性组元的功能  33-34
    3.2.2 聚甲醛(POM)性质  34-35
    3.2.3 聚甲醛(POM)热稳定性能  35-36
  3.3 耐酸性组元的确定  36-37
    3.3.1 耐酸性组元的功能  36-37
    3.3.2 耐酸性组元与POM的相容性分析  37
  3.4 添加剂的选择  37-38
  3.5 催化脱脂型粘结剂配方的确定  38
  3.6 催化脱脂型喂料的制备  38-39
  3.7 催化脱脂型喂料性能分析  39-41
    3.7.1 喂料形貌分析  39-40
    3.7.2 注射成形性  40
    3.7.3 喂料热性能分析  40-41
    3.7.4 喂料流变性能分析  41
  3.8 本章小结  41-43
第四章催化脱脂型喂料流变性能研究  43-51
  4.1 前言  43
  4.2 流变学基础  43-45
  4.3 喂料表观粘度与剪切速度的关系  45-48
  4.4 喂料表观粘度与温度的关系  48-49
  4.5 喂料的综合流动性  49-50
  4.6 本章小结  50-51
第五章催化脱脂工艺研究  51-60
  5.1 前言  51
  5.2 粘结剂组分对催化脱脂率的影响  51-52
  5.3 催化脱脂工艺对催化脱脂率的影响  52-54
    5.3.1 气体流量对催化脱脂率的影响  52-53
    5.3.2 脱脂时间对催化脱脂率的影响  53-54
    5.3.3 脱脂温度对催化脱脂率的影响  54
  5.4 粉末装载量对催化脱脂率的影响  54-55
  5.5 催化脱脂效果分析  55-56
  5.6 催化脱脂机理分析  56-59
  5.7 本章小结  59-60
第六章烧结工艺  60-66
  6.1 前言  60
  6.2 超固相线液相烧结的致密化过程  60-61
  6.3 烧结方案  61-62
  6.4 烧结产品性能分析  62-65
    6.4.1 烧结密度及尺寸变化  63-64
    6.4.2 金相组织分析  64-65
  6.5 本章小结  65-66
第七章结论  66-68
参考文献  68-73
致谢  73-74
附录  74

粉末注射成形催化脱脂研究

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