[發明專利]一種金屬粉末凝膠注模催化脫膠的方法

在審

• 申請號: 201810179594.5
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN108372293A
• 公開（公告）日: 2018-08-07
• 發明（設計）人: 楊芳;邵艷茹;張策;蘆博昕;郭志猛;隋延力;馮釗紅;陸天行;李沛
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: B22F1/00
• 分類號: B22F1/00;B22F3/22;B22F3/10
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

一種金屬粉末凝膠注模催化脫膠的方法，屬于凝膠注模金屬部件成形領域。本發明中采用催化氣體實現凝膠注模坯體的低溫脫膠，通過催化氣體與高分子有機體網絡的反應，使高分子長鏈發生裂解然后在較低溫度下便可轉變為氣體小分子，與傳統熱脫膠過程相比，凝膠更容易脫出坯體，從而提高脫膠效率。同時，200℃以下低溫脫膠可有效控制活潑金屬增氧增碳情況，防止在高溫脫膠下金屬粉末與凝膠體系中的高分子有機物發生反應。另外，脫膠均勻，在排膠過程中不會因為強度下降和內應力作用下發生開裂，使得凝膠注模制品具有良好的組織結構和性能。

技術領域

本發明屬于凝膠注模金屬部件成形領域，提供了一種金屬粉末凝膠注模催化脫膠的新方法。

背景技術

凝膠注模成形(Gelcasting)技術最初是人們為了解決復雜形狀陶瓷元件的近凈尺寸成形問題而提出的，之后開始應用于復雜形狀的金屬部件的凈盡成型。凝膠注模成形的核心是有機單體在凝膠反應作用下發生聚合反應形成網狀結構將陶瓷或金屬粉體包裹，成為由大分子網絡定型的坯體。坯體經干燥、排膠、燒結得到致密產品。

凝膠注模設備簡單、成形坯體組份均勻、密度均勻、缺陷少、不易變形、易成形復雜形狀零件及使用性很強等突出優點。由于橫向連接的聚合物－溶劑中僅有10％～20％(質量分數)的聚合物，因此，易于通過干燥步驟去除凝膠部件中的溶劑。同時，由于聚合物的橫向連接，在干燥過程中聚合物不能隨溶劑遷移。并且由于流動的液體填充模具與漿料凝固步驟分離，因此，凝膠注模成形克服了注射成形的一些主要缺點。此外，與注漿成形方法不同，凝膠注模成形的生坯強度高，可進行再加工。

目前，由于凝膠注模中使用的有機單體易于分解，一般無專門脫膠步驟直接使用熱分解脫膠，而采用熱分解脫膠的脫膠溫度一般在500-650℃之間。但是對一些活潑金屬的凝膠注模成形來說，熱分解脫膠的溫度偏高，在其脫膠過程中對金屬產生很多不利影響。例如熱脫膠過程中分解的有機物會在熱脫膠溫度條件下造成金屬中增氧增碳嚴重，大量引入了碳、氮、氧等間隙元素的雜質。另一方面是某些金屬粉末燒結溫度與脫膠溫度十分接近，導致在金屬粉末還未脫膠完全就開始進入燒結階段，嚴重影響了金屬凝膠注模制品的組織及性能。因此，采用凝膠注模制備一些活潑金屬的結構件時，如何實現低溫脫膠是制備高強度高性能金屬結構件的關鍵之一。為了解決這一問題，本發明使用一種金屬粉末凝膠注模催化脫膠的新方法，不僅可以將脫膠溫度能夠控制在200℃以下；將坯體放入催化氣氛中，通過催化氣體與高分子有機體網絡的反應，還能使高分子長鏈發生裂解然后在較低溫度下便可轉變為氣體小分子更容易脫出坯體，不容易變形開裂。

發明內容

本發明的目的提供了一種金屬粉末凝膠注模催化脫膠的方法，該方法通過催化氣體與高分子有機體網絡的反應，使高分子長鏈發生裂解然后在較低溫度下便可轉變為氣體小分子，更容易脫出坯體。不僅可以提高脫膠效率，還可以降低脫膠溫度控制增氧增碳情況，防止在高溫下金屬粉末與凝膠體系中的高分子有機物發生反應。此外，脫膠均勻，在排膠過程中不會因為強度下降和內應力作用下發生開裂。

為了獲得上述的金屬粉末凝膠注模催化脫膠的新方法，本發明采用了如下技術方案：

(1)在有機溶劑中按比例加入凝膠因子混合配制成預混液；

(2)將20-85vol％的金屬粉末加入預混液中，并加入0.01-1vol.％的分散劑調節料漿的流動性，以及0.01-0.08vol.％的消泡劑，攪拌均勻后放入球磨機中，球磨速度為100r/min-250r/min，球料比為4:1-7:1，球磨5-15min，得到凝膠注模漿料；

(3)將漿料注入模具中成形，放入干燥箱中60-90℃干燥60-180min，然后將凝膠注模坯體從模具中取出；

(4)將坯體放入氣氛催化脫脂爐中進行脫膠處理，通入氣體為氮氣和催化氣體，氮氣通入速率為90-150ml/min，催化氣體的通入速率為0.01-2ml/min，脫膠時間為20-600min，脫膠溫度為80-200℃；