粉末近净成形流变特性的研究现状.ppt

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1、,粉末近净成形流变特性 的研究现状,By,1.引言,2.喂料粘度对流变特性的影响,3.粉末特性对流变性能的影响,4.工艺条件对流变性能的影响,5.流变学的应用,1.1,粉末增塑挤压成形(Powder Extrusion Molding),粉末与一定量的增塑剂（酚醛塑胶溶液、石蜡等）混合后在较低温度（200）下挤压成坯，然后通过脱脂、预烧、烧结等工序制得成品。,关键工艺步骤：成形剂的设计与制备、粉末与成形剂的混合、喂料挤压成形、挤压毛坯的脱脂与烧结。,喂料的流变特性,影响最终产品缺陷（裂纹、鼓泡）的控制,1.2,金属注射成形(Metal Injection Molding),将细小的金属粉末与粘

2、结剂混合得到金属粉末/粘结剂混合物，MIM喂料。将喂料在注射成形机上得到MIM成形坯，再采用物理或化学方法除去成形坯中的粘结剂，然后烧结得到MIM成品。,喂料的流变行为,喂料的稳定性,喂料对剪切速率和温度的敏感性,决定产品形状和质量,1.3,流体类型,牛顿流体,假塑性流体,非牛顿流体,胀流型流体,宾汉流体,剪切应力与剪切速率的关系曲线,粘度与剪切速率的关系曲线,牛顿流体,非牛顿流体,非牛顿性态：在剪切流中该流体具有剪薄或剪厚的能力；在剪切流中存在非零法向应力差；该流体具有产生应力的能力；具有呈现应力松弛的能力；具有蔓延的能力。,假塑性流体,粘度随剪切速率的增加而减小，所谓的剪切变稀,胀流型流体

3、,粘度随剪切速率的增加而增加，剪切变稠,宾汉流体,剪切应力小于某一临界值时不发生流动，相当于虎克固体，超过临界值后，可像牛顿液体一样流动。其塑性行为或临界流动 应力的存在于分子缔合或某种有序结构的破坏有关。,2,喂料粘度对流变特性的影响,流体在剪切力的作用下产生连续不断的变形以抵抗外力，这就是流体粘性的表现,2.1,粉末近净成形工艺喂料的粘度测定方法,粘度测定方式,旋转粘度仪,毛细管流变仪,粘度较小的分散系,粘度较大的分散系,非牛顿流体,喂料的稳定性、均匀性、粉末和粘结剂两相分离程度,原理：使圆筒、圆板或锥板在液体中旋转，或这些物体静止，而使周围的液体作同心状旋转流动时，这些物体均将受到基于液

4、体的粘滞力产生的力矩作用（力矩与液体粘度有关）,2.2,毛细管流变仪,在活塞上施加一定压力使流体从毛细孔中挤出，在稳定流动的条件下，测量沿毛细管的压强降或流量即可获得该温度条件下的剪切应力和剪切速率值，得到粘度值。,2.3,粘结剂组成对喂料粘度和流变行为的影响,作为增加流动性的低分子组元，如石蜡,粘结剂,起骨架作用的高分子聚合物,添加剂,熔点低，粘度较小，可以增加喂料的流动性,脱脂时保持喂料坯的形状,用量很少，能起到润滑、分散和稳定作用,2.4,粘结剂体系对喂料流变性能的影响,使喂料的流动阻力增加，粘度升高,喂料,金属粉末,粘结剂体系,增塑剂,对聚合物起稀释作用,表面活性剂,包覆一层粉末，降低

5、润湿角,影响喂料的流变性能,粘结剂,蜡基体系,油基体系,改性剂,提高粘结剂的混合均与性、粘结剂与金属粉末的粘附作用,3,粉末特性对喂料流变性能的影响,对于同一种W-Ni-Fe喂料，随着剪切速率的上升，喂料粘度值下降。对于不同的喂料，在同一剪切速率条件下，喂料随着粉末装载量的增加，粘度值增大，并且随着剪切速率的降低，喂料粘度随粉末装载量变化的幅度增大。,MIM喂料一般情况下为假塑性体，粉末的特性（颗粒尺寸、颗粒形状）很大程度上影响到喂料的装载量，进而影响到喂料的流变性能和产品的综合性能。,2023/6/2,喂料粘度与粉末装载量的关系,3.1,粉末装载量，密度，有利于烧结合金的致密化，力学性能,粉

6、末装载量一定程度后，脱脂坯中孔隙率低，颗粒间距短，物质迁移的路径短，烧结速率大，合金晶粒尺寸迅速长大，力学性能,2023/6/2,颗粒尺寸的影响,3.2,产品的表面光洁度好,细粉,成本增加，易团聚，增加了混炼均匀的难度，脱脂速率慢,粗粉,装载量减小，不利于产品的最终性能,粉末粒度的分布范围,越宽，细颗粒能很好低填充在粗颗粒的堆积孔隙中，使粉末密度，装载量，合适的粒度分布有利于喂料的成形,粉末粒度的尺寸差别,越大，可改善最大散装密度且降低混合料粘度,2023/6/2,颗粒形状的影响,3.3,形状越不规则,纵横比越大，颗粒移动时摩擦力越大，流动性能下降,球形,粉末间摩擦力较低，与有机粘接剂混合后喂

7、料的粘度低，易于成形,所得坯体强度低，后继脱脂时容易变形甚至坍塌，形状难以保持，成形坯体易变形,粉末间机械咬合力作用，坯体强度高，脱脂时不易变形；形状极不规则，摩擦力大，流动性下降,注射成形,球形或等轴状粉末颗粒,挤压成形,形状不规则的粉末颗粒,2023/6/2,工艺条件对流变性能的影响,4,两向压缩一向拉伸流变,V3区的喂料向模具出口方向流动；V2区内的喂料向上回流，在挤压应力的作用下又回流入V3区；由于摩擦阻力的作用，V1区中的喂料在挤压初期和中期不产生流动，只在挤压后期冲头靠近挤压嘴时才流入V3区。,2023/6/2,工艺条件对流变性能的影响,4,V3区的喂料向模具出口方向流动；V2区内

8、的喂料向上回流，,2023/6/2,剪切速率对喂料的流动状态和粘度的影响,4.1,Fe-Ni粉末与不同的粘结剂组元混合均匀的喂料，无论是牛顿型介质或是幂律流体介质，当装载量大于45%时，基本上均表现出剪切稀化行为。,剪切稀化的原因：粉末颗粒的有序化和粘结剂的平直化。,n为剪切稀化指数，代表分散系对剪切速率的敏感程度，n值越大表面分散系粘度随剪切速率变化的速度越慢，物料流动变形的稳定性较好。n值过小，喂料对剪切速率的变化过于敏感，导致喂料的流变稳定性差；n值过大，虽然喂料的流变稳定性好，但无法通过改变剪切速率来调整喂料的流动性。,2023/6/2,温度对喂料的流动状态和粘度的影响,4.2,Fe-

9、Ni粉末与不同的粘结剂组元混合均匀的喂料，粘度随温度的升高而降低,温度升高，粘结剂分子平直化，粘结剂分子之间的相互排斥力增加,粘流活化能是指高分子链流动时用于克服分子间作用力所需的能量，反映了粘结剂中聚合物对温度的敏感性。E越小，粘度对温度变化越不敏感，喂料稳定性越好。,2023/6/2,压力对喂料的流动状态和粘度的影响,4.3,粘结剂粘度随压力增加而增加,2023/6/2,喂料综合流变学因子,4.4,塑性指数用来综合评定喂料流变性能。指数包括流体粘度、粘度对温度的敏感性和粘度对剪切速率的敏感性这几个主要流变学参数,称之为喂料综合流变学因子。指数越大，流体流变性能越好。,5,流变学的应用,引起流动不稳定的因素,粘结剂,成形温度,固体粉末含量,剪切速率,模具设计,喂料流变特性,确定模型,对成形剂各组元及其含量进行设计和调整,考虑不同粉末特性对成形剂的具体要求,近净成形坯体,流变模型,选择挤压和注射工艺、模具以及粘结剂,控制流变状态,层流状态,湍流状态,2023/6/2,粘结剂设计,原料选择,模具设计,工艺条件优化,无缺陷的成形件组织结构,Thanks,