一种铁基喂料及其生产方法

技术领域

本发明涉及金属注塑成型技术领域，具体涉及一种铁基喂料及其生产方法。

背景技术

金属注塑成型(Metal Injection Molding，MIM)是一种从塑料注射成形行业中引伸出来的新型粉末冶金近净成形技术，已广泛应用于军事、交通、机械、电子、航天、航空等领域。金属注射成型的基本工艺步骤是：首先，选取符合MIM要求的金属粉末和粘结剂，然后，在一定温度下采用适当的方法将粉末和粘结剂混合成均匀的喂料，经制粒后在注射成形，获得的成形坯经过脱脂处理后烧结致密化成为最终成品。

喂料是金属注射成型产品制备的核心，将金属粉末与添加剂按照一定比例在一定温度下，在混炼制粒一体机中进行一段时间温度的混炼，再经过螺杆挤出切割制粒，制成注射成型喂料。由于制备原料及添加剂类型不同，目前的铁基喂料的流动性普遍较差，且不可重复多次注塑成型，另外，制备原料的碳化温度差异较大，注塑成型后容易形成黑纹，严重影响产品质量，因此，如何增加铁基喂料的流动性、增加重复利用次数、减少黑纹的产生成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种铁基喂料及其生产方法，目的在于解决现有铁基喂料存在的流动性差、重复利用次数少、黑纹多的问题。

本发明为一种铁基喂料，所述铁基喂料的组成原料按照重量份计包括14000～14999份的金属粉体、1600～1640份的粘连剂、94～104份的润滑剂、35～49份的抗氧化剂；

所述金属粉体包括80%的羰基铁粉、20%的羰基镍粉；

所述粘连剂包括聚甲醛树脂、低密度聚乙烯、聚丙酮、聚酰胺以及乙烯-醋酸乙烯共聚物；

所述润滑剂为硬脂酸和/或石蜡；

所述抗氧化剂为抗氧剂T502或抗氧剂T501。

优选的，金属粉体中，10％的金属粉体直径小于2.8μm，50％的金属粉体直径小于8μm，90％的金属粉体直径小于22μm。

优选的，粘连剂以质量百分比计，聚甲醛树脂为92％～94％、低密度聚乙烯为1.1％～1.5％、聚丙酮为4％～6％、聚酰胺为0.5％～1.1％以及乙烯-醋酸乙烯共聚物为0.10％～0.19％。

生产上述铁基喂料的方法，包括如下步骤：

步骤一：采用海绵铁经羰化法制金属粉末，研磨过筛得羰基铁金属粉末；采用水淬合金经羰化法制金属粉末，研磨过筛得羰基镍金属粉末；

步骤二：将所述粘连剂、润滑剂以及抗氧化剂加热熔化后包覆在步骤一得到的羰基铁金属粉末及羰基镍金属粉末表面，得中间产物；

步骤三：将步骤二得到的中间产物依次经搅拌密炼和造粒工序后，得到铁基喂料产品。

优选的，步骤三中搅拌密炼的温度为169～179℃，搅拌密炼的时间为59～69min，搅拌密炼的转速为61～71r/min。

优选的，步骤三中铁基喂料产品的粒径为2.1～2.9mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明提供一种铁基喂料及其生产方法，铁基喂料的基材包括羰基铁金属粉末及羰基镍金属粉末，羰基铁金属粉末具有材料损耗低、产品纯度高、产品性能稳定、易于大规模生产等优点，而羰基镍金属粉末以其独特的晶形结构和高纯度的颗粒成为与其它金属混合的理想材料，它树枝状的表面使其能与大颗粒紧密结合，在粉末烧结前形成稳固而均匀的分布，在随后的烧结过程中能和其它粉末渗滤均匀，最后能形成具有平衡冶金结构的精密部件，两者合理配比使用时，有效提高了喂料的流动性，材料保形性好，另外，铁基喂料组成原料的碳化温度差异较小，在注塑成型阶段可多次重复使用，所得成型产品无黑纹。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明提供的一种铁基喂料及生产方法作进一步说明。

实施例1

步骤一：采用海绵铁经羰化法制羰基铁金属粉末1，先将海绵铁加入合成釜中，然后通入高温、高压CO，产生的羰基铁气体冷却后收集，在分解器内分解生产羰基铁金属粉末，然后研磨过筛，得到羰基铁金属粉末1；所得羰基铁金属粉末1中，D10小于2.8μm，D50小于8μm，D90小于22μm。

采用水淬合金经羰化法制羰基镍金属粉末1，先将水淬合金加入合成釜中，然后通入高温、高压CO，产生的羰基铁气体冷却后收集，在分解器内分解生产羰基镍金属粉末，然后研磨过筛，得到羰基镍金属粉末1；所得羰基镍金属粉末1中，D10小于2.8μm，D50小于8μm，D90小于22μm。

步骤二：将160g粘连剂、10.2g润滑剂以及3.5g抗氧化剂加热熔化后包覆在1120g羰基铁金属粉体1和280g羰基镍金属粉末1的表面，形成一层具体保护膜的中间产物1；其中，以质量份计，粘连剂由92％聚甲醛树脂、1.5％低密度聚乙烯、5.8%聚丙酮、0.57％聚酰胺以及0.13％乙烯-醋酸乙烯共聚物组成，润滑剂为硬脂酸，抗氧化剂为抗氧剂T502。

步骤三：将步骤二所得中间产物1经密炼机搅拌，在搅拌密炼温度为169℃，搅拌密炼时间为59min，搅拌密炼转速为61r/min的情况下，搅拌均匀生成“面团”结构体，再经挤出造粒成2.1～2.9mm颗粒状，得到铁基喂料1。

实施例2

步骤一：采用海绵铁经羰化法制羰基铁金属粉末2，先将海绵铁加入合成釜中，然后通入高温、高压CO，产生的羰基铁气体冷却后收集，在分解器内分解生产羰基铁金属粉末，然后研磨过筛，得到羰基铁金属粉末2；所得羰基铁金属粉末2中，D10小于2.8μm，D50小于8μm，D90小于22μm。

采用水淬合金经羰化法制羰基镍金属粉末2，先将水淬合金加入合成釜中，然后通入高温、高压CO，产生的羰基铁气体冷却后收集，在分解器内分解生产羰基镍金属粉末，然后研磨过筛，得到羰基镍金属粉末2；所得羰基镍金属粉末2中，D10小于2.8μm，D50小于8μm，D90小于22μm。

步骤二：将162.5g粘连剂、9.5g润滑剂以及4.6g抗氧化剂加热熔化后包覆在1144g羰基铁金属粉体2和286g羰基镍金属粉末2的表面，形成一层具体保护膜的中间产物2；其中，以质量份计，粘连剂由94％聚甲醛树脂、1％低密度聚乙烯、4%聚丙酮、0.83％聚酰胺以及0.17％乙烯-醋酸乙烯共聚物组成，润滑剂为硬脂酸，抗氧化剂为抗氧剂T502。

步骤三：将步骤二所得中间产物2经密炼机搅拌，在搅拌密炼温度为172℃，搅拌密炼时间为61min，搅拌密炼转速为63r/min的情况下，搅拌均匀生成“面团”结构体，再经挤出造粒成2.1～2.9mm颗粒状，得到铁基喂料2。

实施例3

步骤一：采用海绵铁经羰化法制羰基铁金属粉末3，先将海绵铁加入合成釜中，然后通入高温、高压CO，产生的羰基铁气体冷却后收集，在分解器内分解生产羰基铁金属粉末，然后研磨过筛，得到羰基铁金属粉末3；所得羰基铁金属粉末3中，D10小于2.8μm，D50小于8μm，D90小于22μm。

采用水淬合金经羰化法制羰基镍金属粉末3，先将水淬合金加入合成釜中，然后通入高温、高压CO，产生的羰基铁气体冷却后收集，在分解器内分解生产羰基镍金属粉末，然后研磨过筛，得到羰基镍金属粉末3；所得羰基镍金属粉末3中，D10小于2.8μm，D50小于8μm，D90小于22μm。

步骤二：将163g粘连剂、9.4g润滑剂以及3.6g抗氧化剂加热熔化后包覆在1168g羰基铁金属粉体3和292g羰基镍金属粉末3的表面，形成一层具体保护膜的中间产物3；其中，以质量份计，粘连剂由92.2％聚甲醛树脂、1.1％低密度聚乙烯、6%聚丙酮、0.6％聚酰胺以及0.1％乙烯-醋酸乙烯共聚物组成，润滑剂为硬脂酸，抗氧化剂为抗氧剂T502。

步骤三：将步骤二所得中间产物3经密炼机搅拌，在搅拌密炼温度为175℃，搅拌密炼时间为63min，搅拌密炼转速为65r/min的情况下，搅拌均匀生成“面团”结构体，再经挤出造粒成2.1～2.9mm颗粒状，得到铁基喂料3。

实施例4

步骤一：采用海绵铁经羰化法制羰基铁金属粉末4，先将海绵铁加入合成釜中，然后通入高温、高压CO，产生的羰基铁气体冷却后收集，在分解器内分解生产羰基铁金属粉末，然后研磨过筛，得到羰基铁金属粉末4；所得羰基铁金属粉末4中，D10小于2.8μm，D50小于8μm，D90小于22μm。

采用水淬合金经羰化法制羰基镍金属粉末4，先将水淬合金加入合成釜中，然后通入高温、高压CO，产生的羰基铁气体冷却后收集，在分解器内分解生产羰基镍金属粉末，然后研磨过筛，得到羰基镍金属粉末4；所得羰基镍金属粉末4中，D10小于2.8μm，D50小于8μm，D90小于22μm。

步骤二：将164g粘连剂、10.4g润滑剂以及4.9g抗氧化剂加热熔化后包覆在1199.92g羰基铁金属粉体4和299.98g羰基镍金属粉末4的表面，形成一层具体保护膜的中间产物4；其中，以质量份计，粘连剂由93％聚甲醛树脂、1.2％低密度聚乙烯、4.51%聚丙酮、1.1％聚酰胺以及0.19％乙烯-醋酸乙烯共聚物组成，润滑剂为硬脂酸，抗氧化剂为抗氧剂T502。

步骤三：将步骤二所得中间产物4经密炼机搅拌，在搅拌密炼温度为177℃，搅拌密炼时间为65min，搅拌密炼转速为67r/min的情况下，搅拌均匀生成“面团”结构体，再经挤出造粒成2.1～2.9mm颗粒状，得到铁基喂料4。

实施例5

步骤一：采用海绵铁经羰化法制羰基铁金属粉末5，先将海绵铁加入合成釜中，然后通入高温、高压CO，产生的羰基铁气体冷却后收集，在分解器内分解生产羰基铁金属粉末，然后研磨过筛，得到羰基铁金属粉末5；所得羰基铁金属粉末5中，D10小于2.8μm，D50小于8μm，D90小于22μm。

采用水淬合金经羰化法制羰基镍金属粉末5，先将水淬合金加入合成釜中，然后通入高温、高压CO，产生的羰基铁气体冷却后收集，在分解器内分解生产羰基镍金属粉末，然后研磨过筛，得到羰基镍金属粉末5；所得羰基镍金属粉末5中，D10小于2.8μm，D50小于8μm，D90小于22μm。

步骤二：将162g粘连剂、9.8g润滑剂以及3.7g抗氧化剂加热熔化后包覆在1176g羰基铁金属粉体5和294g羰基镍金属粉末5的表面，形成一层具体保护膜的中间产物5；其中，以质量份计，粘连剂由93.3％聚甲醛树脂、1.32％低密度聚乙烯、4.7%聚丙酮、0.5％聚酰胺以及0.18％乙烯-醋酸乙烯共聚物组成，润滑剂为石蜡，抗氧化剂为抗氧剂T501。

步骤三：将步骤二所得中间产物5经密炼机搅拌，在搅拌密炼温度为179℃，搅拌密炼时间为69min，搅拌密炼转速为71r/min的情况下，搅拌均匀生成“面团”结构体，再经挤出造粒成2.1～2.9mm颗粒状，得到铁基喂料5。

对比例1

采用与实施例1同样的方法制备铁基喂料6，只是将粘结剂替换成聚甲醛，其余均与实施例1完全相同，制得铁基喂料6。

对比例2

采用与实施例2同样的方法制备铁基喂料7，只是将粘结剂替换成质量比为1:1的聚丙烯和聚甲基丙烯酸甲酯的混合物，其余均与实施例2完全相同，制得铁基喂料7。

将实施例1-5得到的铁基喂料1-5与对比例1-2得到的铁基喂料6-7进行比较，通过流变仪测试熔融指数，得到流动性结果；通过测定注射成型脱脂后产品的变形尺寸，得到保形性结果；通过对数次重复利用的铁基喂料测试熔融指数，得到重复使用后熔融指数结果；通过观察注射成型产品浇口位置黑纹数量，得到产品外观结果，将以上不同性能进行对比，结果如表1所示：

表1 性能对比

由表1可知，通过本发明制得的铁基喂料1-5的流动性可达到 1600～1700g/10min，而对比例中铁基喂料6-7的流动性仅为900～1000g/10min，因此本发明制得的铁基喂料流动性大大增强。铁基喂料1-5注射成型脱脂后变形尺寸小于等于0.002mm，而对比例中铁基喂料6-7的变形尺寸为0.02mm左右，因此本发明制得的铁基喂料具体良好的保形性。本发明制得的铁基喂料1-5重复使用16次后，测试熔融指数还可达到1300g/10min，而对比例中铁基喂料6-7重复利用6次后，熔融指数已下降为600～700g/10min，因此本发明制得的铁基喂料可重复多次利用。本发明制得的铁基喂料1-5注射成型后，产品浇口位置均未发现黑纹，外观更好，满足更高层次的使用需求。