【摘 要】紧固扣零件尺寸小、结构复杂，采用机加工比较困难，本文采用粉末注射成形近净成形技术生产紧固扣零件进行探讨，确定出适合生产紧固扣零件的原材料、粘结剂、混炼工艺、脱脂和烧结等工艺，高效率低成本地制备出满足要求的紧固扣产品。
【关键词】粉末注射成形；紧固扣；脱脂；烧结
紧固扣是设备中起辅助紧固作用的零部件，零件形状尺寸小，批量大，带有孔、槽、支臂和紧固头等复杂结构，零件的材料为镍铜合金。一直以来该零件采用机加工生产，经过钻、铣、车、磨等多道次加工成活，加工工时长，在加工过程中还需要进行多次装卡，零件的尺寸精度很难保证，加工废品率较高，产品制造成本高。
金属粉末注射成形技术是传统粉末冶金技术结合塑料成形技术而发展起来的一种金属零部件近净成形技术[1]。该技术可以自动化连续生产制造出最终形状的零部件产品，解决了小型复杂零部件加工的困难。把金属粉末注射成形技术应用到紧固扣工件的生产，充分发挥注射成形的近净成形技术优势，采用自动化连续生产的方式大批量制造出零部件产品，对提高紧固扣的生产效率降低生产成本具有重大的意义。
1 粉末原材的选择
金属粉末注射成形对粉末原材料的要求相对较高，选择合适的原材料有利于后续的混炼、成形、脱脂和烧结进程，金属粉末的主要性能指标有粉末粒度、松装密度、振实密度、流动性等，理想的粉末材料的平均粒径0.5～20μm，松装密度为0.4～0.5T.D（理论密度），振实密度为0.5T.D以上，粉末颗粒要近似球形，粉末具有大的比表面积，在成形时流动性好，填充量大，烧结的收缩率低，有利于成形和尺寸精度控制[2]。
紧固扣主要含有铜和镍两种元素，原材料选择粉末粒度较小球形最佳的羰基铜粉和羰基镍粉，这两种粉末的平均粒度为5μm，松装密度和振实密度也符合要求。
2 粘结剂
注射成形要求喂料在一定温度下呈熔融态并具有良好的流动性，一般在金属粉末中加入占体积百分数40%～60%的粘结剂，依据混合粘结剂后的粉末喂料的流变特性和粘结剂的脱脂特性来选择。通常采用的粘结剂有热塑性体系、凝胶体系、水溶性体系和热固性体系等[3]。根据紧固扣原料特性，选用了石蜡基多元聚合物粘结剂，其主要组成为：65wt%的石蜡+25wt%的高密度聚乙烯+10wt%的硬脂酸。选用熔点低、流动性好的石蜡作为主要组分，保证了喂料的流变特性，添加较高熔点的高密度聚乙烯作为骨架材料，给注射坯体提供足够的强度，另外少量的硬脂酸作为表面活性剂，增加粘结剂和金属粉末的润湿性能。
3 注射成形
注射成形是为了获得紧固扣零件形状的无缺陷的成形坯，在成形过程中产生的缺陷在后续工序中是不可消除的，因此要严格控制该步工序。紧固扣的喂料采用石蜡基粘结剂，成形温度要比粘结剂中各个聚合物组分的熔点高。成形压力越高越有利于喂料的成形，但过高的压力会导致粘结剂和金属粉体的分离并出现飞边。经过反复试验，最终确定成形温度为165℃～170℃，成形压力120MPa，在该工艺成形的紧固扣注射坯形状保持好，表面光滑、颜色均匀，没有缺陷。
4 脱脂和烧结
脱脂的目的是把成形坯中的粘结剂脱除，脱脂不当会导致成形坯开裂变形，如何快速高效地将粘结剂脱除又避免缺陷产生是关键，一般采用溶剂法和热脱脂相结合的方法进行[4]。对于石蜡基粘结剂，选用三氯乙烯作为溶剂，石蜡在该溶剂中具有高的溶解度，而高密度聚乙烯在其中的溶解度要低，通过浸泡，把注射坯中60%以上的石蜡溶解出来，形成开孔连续通道，而高密度聚乙烯未发生溶解，作为支架支撑保持着注射坯的形状。热脱脂是使粘结剂在高温下以气体方式从坯体中脱出，根据喂料的热分解特性，制定出在150℃、350℃和450℃三个温度区间保温的热脱脂工艺，在150℃主要脱除水汽和溶剂残留，在350℃温度区间脱出石蜡，该区间要保持慢的升温速率和较长的保温时间。450℃温度区间，高密度聚乙烯裂解脱出。经过溶剂脱脂和热脱脂，成形坯中的粘结剂基本全部脱除。
烧结是将成形坯经过高温加热得到强化和致密化制品的技术，成形坯经过脱脂后其内部保留大量的孔隙，烧结产品收缩率一般达到15%～25%，对于紧固扣这种结构复杂的异形件，烧结产品的尺寸精度和变形控制是关键因素。通过试验，确定紧固扣的铜镍合金烧结工艺为1230℃真空烧结2小时，烧结的紧固扣产品形状保持好，形位公差小，零件的尺寸公差也符合要求。
5 结论
羰基铜粉和羰基镍粉为原材料，结合石蜡加高密度聚乙烯和硬脂酸的聚合物粘结剂制成喂料，在成形温度为165℃～170℃，成形压力120MPa下制备出成形坯，经溶剂脱脂和真空脱脂后在1230℃真空烧结制造出紧固扣工件，产品形状和尺寸满足要求，实现低成本高效率生产。
【参考文献】
[1]韩凤麟.金属注射成形-21世纪的金属零件成形工艺[J].粉末冶金工业，2012，22（2）：1-9.
[2]曲选辉.粉末注射成形的研究进展[J].中国材料进展，2010，29（5）：42-46.
[3]李笃信，李益民，曲选辉，等.金属粉末注射成形粘结剂[J].材料导报，2000，14（5）：36-39.
[4]王光耀，何浩，李益民，等.工艺参数对金属粉末注射成形芯层熔体形貌的影响[J].中国有色金属学报，2011，21（8）：1847-1854.
[责任编辑：汤静]