钨基MIM喂料能量相互作用与流变学研究1
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梁叔全 ，唐艳 ，张勇 ，钟杰
中南大学材料科学与工程学院，湖南长沙（410083）
E-mail sqliang@mail.csu.edu.cn
文章来源：百度文库
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摘 要：本文建立起在金属粉末注射成形喂料中粉末-聚合物相互作用能关系模型。通过引入点阵模拟，提出了为达到体系能量平衡，颗粒尺寸及粉末浓度的选择准则。结合W-PW-HDPE分散系的理论分析和实验观察，提出了适用于这种体系的具体的颗粒尺寸和粉末浓度选择准则，得到了剪切力－粘度的关系和均匀的喂料分散系 关键词：金属粉末注射成形、相互作用能、晶体点阵 中图分类号：TG146.4
1. 概述
金属粉末注射成形技术（metal Injection Molding——MIM）[1]产生于20世纪20年代后期，是把塑料注射成形技术引入到传统的粉末冶金工艺中的一种新兴的成形技术。该技术的主要优势是最终几何形状的成形能力较好，从而将产品的机加工降至最低程度，可以通过利用回收废料来节省原料成本；制备产品的表面形态较好，宏观缺陷少；设备投资相对较低，自动化程度很高，可用于批量生产等[2, 3]，可以广泛用于包括普通钢、不锈钢、碳化硅、氧化铝、钨基、铁基重合金等的材料体系[4]。
进行MIM的工艺过程首先要选取合适的聚合物制备粘结剂，将预处理过的金属粉末按一定的添加顺序均匀地分散到聚合物粘结剂中，形成混合均匀、粘度适中的喂料，然后通过注射成形技术制备出特有的形状，成形后将大部分粘结剂予以脱除，最后烧结成结构稳定制品。其技术成功关键在于组织均匀、流动性优良的喂料制备，而这方面的理论研究还比较欠缺。本文从理论上分析了粉末－聚合物之间的相互作用，引入点阵模型，得出了制备组织结构均匀，流动性优良喂料的粒子尺寸、粉度浓度的选择准则，为制备均匀分散系提供理论指导，并用铁基、钨基MIM喂料进行了实验验证。
2. 理论分析
在金属粉末注射成形的喂料分散系中，粉末颗粒的能量主要包括如下几项：重力势能（g
E）、浮力势能（bE）、范德瓦尔斯（van der Waals）力作用能（aE）和库仑力作用能
（rE）。重力能的作用来自粉末颗粒自身，会引起颗粒沉降，从而产生粘结剂和粉末的分离，引起分散不均匀。浮力的作用与聚合物性质有关，可以阻碍颗粒的沉降。范德瓦尔斯力作用能引起颗粒间相互吸引，造成团聚。库仑力作用能引起颗粒间相互排斥，能阻碍团聚的形成。
以两个分布在聚合物粘结剂中等大的立方形颗粒为例，假设对角线长为2a， 颗粒表面最近距离为H，如图1所示，那么在一定的分散系中，产生于每个颗粒上的各种作用能可以表述为：
重力作用能：
g
haEsg⋅=ρ3 （1）
浮力作用能：
ghaEb⋅=13
ρ （2） 1
本课题得到高等学校博士学科点专项科研基金资助（20030533018）
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