一种分体粘合成形PIM复杂中空结构件及其制备方法与流程

本发明涉及粉末注射成形，尤其是涉及一种分体粘合成形pim复杂中空结构件及其制备方法。

背景技术：

1、粉末注射成形（pim，powder injection molding）适合大批量制造小型复杂精密金属零件。对于中空、薄壁、异形腔体类复杂结构件，传统工艺常采用分体注射、分体脱脂、分体烧结后再焊接/胶接组装的流程。然而，该流程存在以下缺陷：

2、1.需设计防呆定位结构，模具与成形难度大；

3、2.焊接易产生密封不良、锈蚀、变形，胶接强度低、耐温性差；

4、3.工序多、成本高、良品率低；

5、4.难以满足浸液、高压、高盐雾等严苛工况使用要求。

6、因此，开发一种工艺简单、结合可靠、无需防呆结构的分体粘接 pim 中空件成形方法具有重要工程价值。

技术实现思路

1、为了解决现有pim复杂中空件分体成形存在的防呆结构复杂、焊接/胶接密封性差、工序多、成本高的问题，本发明提供一种分体粘合成形pim复杂中空结构件及其制备方法，可以在取消防呆结构的同时实现高强度、高密封性一体化成形。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种分体粘合成形pim复杂中空结构件的方法，包括以下步骤：

4、（1）将复杂中空结构件设计为至少两个分体注射成形件，通过粉末注射成形工艺单独制备得到分体坯体；

5、（2）配制粘接浆料，所述粘接浆料包括粘接粉末和复配粘结剂；

6、（3）将所述粘接浆料均匀涂覆于各分体坯体的粘合面，并将各分体坯体组合成整体坯体；

7、（4）将所述整体坯体进行一体脱脂处理；

8、（5）将脱脂后的整体坯体进行一体烧结处理，成形为复杂中空结构件。

9、本发明通过将不能进行直接pim成形的复杂中空结构件拆分为上下或者左右两个分体注射成形件，各自单独制备模具（如果完全对称，可直接省下一套模具），注射成形得到两个分体坯体；然后再以粘接粉末与复配粘结剂复配形成粘接浆料，利用复配粘结剂降低粘合面表面张力、提升浆料浸润性与界面粘接力，粘接粉末则可在烧结时形成过渡液相增强界面结合；接着将粘接浆料均匀涂覆于分体坯体的粘合面，利用表面毛细力使浆料将两个分体注射件物理吸附结合，无需设计防呆结构；最后将粘接组合后的坯体进行一体脱脂处理和烧结，通过一体脱脂处理去除坯体及浆料中的全部有机组分，通过烧结成形为致密完整的复杂中空结构注射成形件。

10、可选地，步骤（2）中，所述复配粘结剂包括聚乙二醇、聚乙烯醇、丙烯酸树脂和消泡剂中的至少两种。

11、可选地，步骤（2）中，所述粘接浆料中粘接粉末的质量百分比为50%~65%。

12、可选地，所述粘接浆料由以下质量百分比的原料组成：丙烯酸树脂43.9%、消泡剂0.5%、17-4h不锈钢金属粉末55.6%。

13、可选地，所述粘接浆料由以下质量百分比的原料组成：丙烯酸树脂32%、聚乙二醇10%、消泡剂3%、304l不锈钢金属粉末55%。

14、可选地，所述粘接浆料由以下质量百分比的原料组成：胶体状丙烯酸树脂38%、有机硅消泡剂4%、聚乙烯醇6%、氮化铝陶瓷粉末52%。

15、可选地，步骤（2）中，所述粘接粉末与所述分体坯体中的基体粉末相同。

16、可选地，步骤（2）中，所述粘接粉末为熔点比所述分体坯体中的基体粉末的熔点不超过50℃的差异化熔点粉末。

17、可选地，步骤（5）中，所述一体烧结处理的温度不高于所述分体坯体中的基体粉末的熔点，且不低于所述差异化熔点粉末的熔点。

18、可选地，步骤（5）中，所述一体烧结处理的保温时间为1~4h，烧结完成后随炉缓冷至室温。

19、可选地，步骤（3）中，所述粘接浆料的涂覆厚度为0.02~1mm。

20、在进行涂覆时可以根据产品材质的不同选择合适的涂布机器，可以选择三轴自动点胶机或刮刀涂布机进行固液界面的粘合操作，分开注射好的两部分中空制品粘合好后，在重力和固液表面毛细力作用下紧密结合，之后进行一体化脱脂烧结，后处理与正常pim成形件工艺一样。

21、通过将粘接浆料的涂覆厚度控制在0.02~1mm，可以保证结合强度且不影响尺寸精度。

22、可选地，还包括在步骤（3）之前对所述分体坯体的粘合面进行打磨粗化处理的步骤。

23、通过对分体坯体的粘合面进行打磨粗化处理，保证一定的粗糙度，控制表面粗糙度为1.0~1.9μm，可以提升粘接浆料的浸润贴合效果，使两部分分体坯体能更好的粘合成形。

24、可选地，所述分体坯体中的基体粉末为mim金属粉末或陶瓷粉末。

25、可选地，所述mim金属粉末为17-4ph不锈钢金属粉末或316l不锈钢金属粉末。

26、可选地，所述陶瓷粉末包括氧化锆陶瓷粉末或氮化铝陶瓷粉末。

27、可选地，步骤（4）中，所述一体脱脂处理采用催化脱脂与热脱脂联用工艺。

28、可选地，所述催化脱脂的脱脂温度为120~160℃，脱脂时间为4~12h。

29、可选地，所述热脱脂的脱脂温度≤650℃，所述热脱脂的保温时间为1.5~2h。

30、第二方面，本发明提供一种复杂中空结构件，采用所述的分体粘合成形pim复杂中空结构件的方法制成。

31、可选地，所述复杂中空结构件为薄壁或中厚壁结构件、螺旋纹路结构件、异形封闭腔体类pim精密零件。

32、本发明的有益效果如下：

33、1、本发明的分体粘合成形pim复杂中空结构件的方法，通过将复杂中空结构件拆分为多个分体坯体，再利用复配粘结剂降低表面张力、提升界面粘性，与粘接粉末复配形成粘接浆料涂覆于粘合面上，利用浆料粘力以及固液表面毛细力实现分体件物理结合，无需设计防呆结构，再经一体化脱脂、烧结直接成形为致密完整的复杂中空结构件。

34、2、本发明在粘接浆料中采用与粉体坯体相同的基体粉末或者差异化熔点粉末，烧结时可以在粘合面形成过渡液相，实现界面冶金结合，彻底解决传统胶接强度低、焊接密封性差、易变形锈蚀的问题。

35、3、本发明所制备的复杂中空结构件在粘合界面均形成完整连续晶粒，力学、耐腐蚀、结合面密封性能优异，可适配浸液、高压、高盐雾严苛工况使用，通用性与实用性极强。

36、4、本发明的制备工艺成本低，工序缩短、良品率提升，适合大批量生产，可用于薄壁/中厚壁、螺旋、异形腔体等复杂中空件的生产。

1.一种分体粘合成形pim复杂中空结构件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的分体粘合成形pim复杂中空结构件的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述复配粘结剂包括聚乙二醇、聚乙烯醇、丙烯酸树脂和消泡剂中的至少两种。

3.根据权利要求1所述的分体粘合成形pim复杂中空结构件的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述粘接粉末与所述分体坯体中的基体粉末相同。

4.根据权利要求1所述的分体粘合成形pim复杂中空结构件的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述粘接粉末为熔点比所述分体坯体中的基体粉末的熔点低不超过50℃的差异化熔点粉末。

5.根据权利要求4所述的分体粘合成形pim复杂中空结构件的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，所述一体烧结处理的温度不高于所述分体坯体中的基体粉末的熔点，且不低于所述差异化熔点粉末的熔点。

6.根据权利要求1所述的分体粘合成形pim复杂中空结构件的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述粘接浆料的涂覆厚度为0.02~1mm。

7.根据权利要求1所述的分体粘合成形pim复杂中空结构件的制备方法，其特征在于，还包括在步骤（3）之前对所述分体坯体的粘合面进行打磨粗化处理的步骤。

8.根据权利要求1所述的分体粘合成形pim复杂中空结构件的制备方法，其特征在于，所述分体坯体中的基体粉末为mim金属粉末或陶瓷粉末。

9.一种复杂中空结构件，其特征在于，采用权利要求1-8中任一项所述的分体粘合成形pim复杂中空结构件的制备方法制成。

10.根据权利要求9所述的复杂中空结构件，其特征在于，所述复杂中空结构件为薄壁或中厚壁结构件、螺旋纹路结构件、异形封闭腔体类pim精密零件。