一种用于硬质合金挤压棒坯的成型剂及其混炼工艺
技术领域
本发明属于硬质合金挤压成型技术领域，具体涉及一种用于硬质合金挤压棒坯的成型剂及其混炼工艺。
背景技术
硬质合金是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料，因其具备高硬度及耐磨性而被加工成铣刀、钻头、铰刀、车刀等，广泛应用于模具、3C、高温合金、木工等行业。目前硬质合金的压制生产方式主要有挤压、模压及等静压的方式，其中挤压以材质均匀、不易分层、规格型号多样及可生产带孔管材等优势而被广泛应用。挤压料必须添加成型剂以改善粉末的压制性能，然而现有的成型剂体系存在不易脱除、生产的挤压棒坯强度不够等问题，棒坯难以在干燥后实现半加工。而挤压混炼不均匀则会导致压制性能下降及合金孔洞等内部缺陷。
现有技术中，如申请号为201910049703.6的发明申请中公开了一种硬质合金生产用成型剂，其原料配方及质量百分比如下：聚丙烯酸树脂20-25％、石蜡8-15％、有机溶剂50-60％、交联剂3-5％、分散剂2-5％、疏水剂5-8％。所述有机溶剂为无水乙醇、异丙醇和二甲苯中的任意一种。所述交联剂为丙烯酸丁酯或二甲基丙烯酸乙二醇酯。所述分散剂为聚氧乙烯酯。所述疏水剂为硬脂酸、有机硅烷和钛酸酯中的任意一种。
申请号为200710035542.2的发明申请中公开了一种硬质合金复合成型剂及其生产方法及其使用方法，硬质合金成型剂的组份及其质量百分比为：石蜡20～27％、溶液的浓度为10％～20％的SBS溶液34～42％、溶剂汽油32～44％，所述的硬质合金成型剂的生产方法按以下步骤进行：先将固体的石蜡融化成液体状，然后筛网除去固体杂质，将得到的纯净液体石蜡与汽油混合，搅拌均匀，然后再将SBS溶液加入，充分搅拌，混合均匀，即得成型剂溶液，保温待用。
申请号为201711083055.3的发明申请中公开了一种改进型硬质合金石蜡基挤压成型剂，用于加入混合料中的挤压成型剂，所述挤压成型剂包括粘结组元、石蜡改性剂、活性剂、增塑剂和溶剂，所述粘结组元包括按混合料质量百分比计的2-3％的精炼石蜡和0.8-1.2％的精制石蜡；所述石蜡改性剂包括按混合料质量百分比计的0.1-0.1％的无规聚丙烯、0.1-0.4％的萜烯树脂和0.1-0.4％的乙烯-醋酸乙烯共聚物；所述活性剂包括按混合料质量百分比计的0.1-0.3％的伊索敏、0.1-0.3％的硬脂酸和0.1-0.3％的油酸。
然而，在现有技术中，将聚乙烯蜡配合其他助剂引入硬质合金石蜡体系的成型剂还未见报道。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明通过在硬质合金石蜡体系的成型剂中引入新的组元聚乙烯蜡，选择合适的组分及配比，同时提供一种与之相匹配的混炼工艺生产出挤压喂料，改善了挤压压制性能，并能够显著提高挤压棒坯的强度、成型性能及尺寸稳定性，有效减少了挤压及成型剂脱除过程中裂纹的产生，实现了挤压棒坯干燥后直接进行半加工。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：一种用于硬质合金挤压棒坯的成型剂，按重量百分比计，所述成型剂的组分及各组分的组成如下：
所述石蜡由不同熔点的石蜡混合而成。
进一步地，所述成型剂的组分及各组分的组成如下：
进一步地，所述石蜡中，高熔点石蜡所占的比例为10～15％；所述高熔点石蜡为熔点大于或等于70℃的石蜡。
一种用于硬质合金挤压棒坯的成型剂的混炼工艺，所述混炼工艺主要包括以下步骤：
步骤1)、将所述成型剂中各组分按配比进行预混合并加热、搅拌得到均匀的复合成型剂；
步骤2)、将上述步骤1)得到的复合成型剂与硬质合金粉末按一定比例混合，得到混合料浆；
步骤3)、对上述步骤2)得到的混合料浆进行热搅拌，热搅拌温度为55～90℃；
步骤4)、对上述步骤3)的混合料浆进行冷搅拌，冷搅拌温度为18～40℃；
步骤5)、循环上述步骤3)和步骤4)若干次，得到混合均匀的挤压喂料。
进一步地，步骤2)中，按重量比计，所述复合成型剂与硬质合金粉末的混合比例为1：10～1：20。
进一步地，步骤3)中，所述热搅拌的持续时间为40～70分钟。
进一步地，步骤4)中，所述冷搅拌的持续时间为25～40分钟。
进一步地，步骤5)中，循环步骤3)热搅拌和步骤4)冷搅拌的次数为1～3次。
选用微晶石蜡作为增塑剂，石蜡的主要成分是固体烷烃，该石蜡组元为包含一定配比的不同熔点的石蜡混合组元，用以形成平滑的脱除，减少预烧裂纹的产生。
选用油胺作为活性剂，配合少量汽油的使用，用以提高混炼过程中成型剂在硬质合金粉料中的混合均匀性。
选用大豆油作为增塑剂，相对分子量950，常温下为浅黄色粘稠油状液体，无毒性、挥发性低、迁移性小，用以提高挤压喂料的维形性能及抗氧化性能。
选用油酰胺为润滑组元，相对分子量281.48，含极性亲水基团和亲油基团，能够降低高塑性成型剂的粘度，同时增强粉末流动性，减少挤压过程以及脱模时的摩擦力，提高挤压效率及合格率。
选用聚乙烯蜡作为分散剂、润滑剂及石蜡改性剂，聚乙烯蜡是聚乙烯生产过程中的低分子量聚合物，相对分子量再800～10000，密度0.9～0.98g/cm3，熔点60～120℃，其颜色一般为白色或淡黄色。聚乙烯蜡的引入，在拌料过程中，可作为分散剂，促进各成型剂组分与硬质合金粉料均匀混合；在挤压成型过程中，聚乙烯蜡的加入对石蜡体系性能有显著提升，可降低石蜡混合组元的针入度，提升挤压棒坯的强度及维形性能；而且聚乙烯蜡还具备润滑剂的功能，与油酰胺配合使用可有效降低挤压时粉料与粉料之间、粉料与模具之间的摩擦力，使挤压过程平稳进行，避免挤压裂纹的产生，并能增加挤压棒坯表面的光泽度，提高挤压效率；在热脱脂过程中，聚乙烯蜡的引入以及其他石蜡组分之间比例的调整，避免了成型剂的集中脱除导致的裂纹。
选用正构烷烃为溶剂，常温下为液态，对上述成型剂各组元有较强的溶解作用，易脱除，残留少。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的硬质合金挤压成型剂及其配套的混炼工艺，添加了聚乙烯蜡组分，采用预混合及热、冷搅拌交替的工艺方式，极大的提高了成型剂与硬质合金粉料的混合均匀性，有效改善了因成型剂混炼不均导致的压制性能下降及合金缺陷增多的问题；同时，增强了挤压棒坯的抵抗变形能力，提高了棒坯的加工强度，可实现干燥后直接半加工；进一步改善成型剂流动性能，提高表面质量，降低产生挤压裂纹风险；在热脱脂的过程中与成型剂体系相容性好，成型剂脱除平稳，避免脱除过程中裂纹的发生，提高了产品合格率。
具体实施方式
下面通过具体实施案例来进一步说明本发明。但这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1
一种用于硬质合金挤压棒坯的成型剂及其混炼工艺，按重量百分比计，所述成型剂的组分及各组分的组成如下：
上述成型剂配套的硬质合金挤压混炼工艺，主要包括以下步骤：
步骤1)、将成型剂各个组分分别加热后，使其在液态下称重并与其他组分预混合得到复合成型剂，即：将成型剂总重量36％的石蜡，其中高熔点石蜡6％、成型剂总重量1％的汽油、成型剂总重量5％的油胺、成型剂总重量6％的大豆油、成型剂总重量17％的油酰胺、成型剂总重量7％的聚乙烯蜡和成型剂总重量29％的正构烷烃在液态下称重后加入到同一个容器当中混合，加热搅拌得到预混合均匀的复合成型剂；
步骤2)、将预混合后的复合成型剂与硬质合金粉末以1：12的比例范围混合；
步骤3)、升温至90℃以上搅拌混合50分钟；
步骤4)、冷却至30℃以下搅拌混合30分钟；
步骤5)、重复步骤3)和步骤4)3次后制粒得到混合均匀的挤压喂料。
实施例2
一种用于硬质合金挤压棒坯的成型剂及其混炼工艺，按重量百分比计，所述成型剂的组分及各组分的组成如下：
上述成型剂配套的硬质合金挤压混炼工艺，主要包括以下步骤：
步骤1)、将成型剂各个组分分别加热后，使其在液态下称重并与其他组分预混合得到复合成型剂，即：将成型剂总重量40％石蜡，其中高熔点石蜡9％、成型剂总重量1％的汽油、成型剂总重量4％的油胺、成型剂总重量4％的大豆油、成型剂总重量22％的油酰胺、成型剂总重量5％的聚乙烯蜡和成型剂总重量24％的正构烷烃在液态下称重后加入到同一个容器当中混合，加热搅拌得到预混合均匀的复合成型剂；
步骤2)、将预混合后的复合成型剂与硬质合金粉末以1：13的比例范围混合；
步骤3)、升温至85℃以上搅拌混合40分钟；
步骤4)、冷却至30℃以下搅拌混合30分钟；
步骤5)、重复步骤3)和步骤4)3次后制粒得到混合均匀的挤压喂料。
使用上述实施例1和2生产的挤压喂料挤压得到的棒坯，在低温快速烘干后，具备足够的加工强度可直接进行切割得到要求的长度；还可根据需求对该棒坯进行如下半加工：
经加工后的预成型棒坯可直接烧结得到合金制品，相对于常规成型剂体系下预烧后才能进行加工的工艺路线，该工艺缩短了生产周期，大大提高了生产效率，降低了加工难度和生产成本，具有较大现实意义。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
