[发明专利]用于制造铝合金成型制品的方法

说明书

金属注射成型技术在近些年来日渐繁荣，并成为用于制造复杂的小型部件的一种成熟技术，产生约十亿欧元的全球年营业额。应用于塑料注射成型的成型技术与在粉末技术中使用的各种材料的结合对于许多材料而言开辟了令人感兴趣的新市场。

该制造方法基本包括下述的工艺步骤。首先，制造可注射颗粒形式的原料，其由金属粉末和塑性组分构成，塑性组分包含至少两种密切混合的聚合物组分。然后，通过塑料注射成型机将该原料成型而得到成型制品。这些所谓的“生坯(green body)”通常包含约40体积%的塑性粘结剂，其在随后所谓的脱脂(debinding)(或“脱粘结剂”)步骤中被大部分除去。残留的粘结剂组分即所谓的“骨架(backbone)”保持并确保脱脂后制品的残余强度。脱脂可以各种方式例如通过热、使用溶剂、通过催化等实现，所选择的方法应小心地适应在颗粒中使用的塑性粘结剂。在脱脂之后，对所述制品即所谓的“棕色体(brown body)”进行烧结处理，在其第一步骤中，残留的“骨架”粘结剂通常通过加热除去，之后所述制品经过烧结和收缩而形成接近密实的金属组件。该项技术目前既可应用于高合金钢、低合金钢、贵金属、硬质金属，而且又可应用于陶瓷。

尽管存在涉及该项技术的专利，但是用于铝材料的金属粉末注射成型在工业中尚未成功建立，这是由于实际上铝合金的烧结机理与上述材料的那些烧结机理完全不同。处于铝粉末表面上的非还原性氧化物对于烧结而言构成明显的阻碍。出于该原因，所公开的出版物仅描述了无氧气氛。

与上述的铝加工相关联的一个具体难题在于铝的相对较低的熔点(660℃)，当向其添加诸如锡的合金元素时，其熔点进一步降低。这导致塑性组分的脱脂必须在非常低的温度下完成的难题，并使得合适的工艺时间窗口通常对于保证塑性组分的完全除去而言过短。如果没有完全除去塑性组分，则会发生不期望的有机残留组分与金属组分的反应，这将干扰烧结工艺，从而降低通过该方法所得到产品的机械性质。

Liu等人在Powder Metallurgy 51,78-83(2008)中描述了一种方法，其中添加作为合金金属的锡以及镁块，镁作为“牺牲金属”，即作为氧气和水分的捕获剂。

与此背景技术相反，本发明的目的在于开发一种金属注射成型工艺，其用于以简单和可重现的方式制造具有良好机械特性的铝材料成型制品。

发明内容

本发明人已实现该目的，其通过提供一种用于通过金属注射成型来制造基于铝合金的成型制品的方法，所述方法包括下述步骤：

a)通过将金属粉末和/或一种或多种金属合金粉末形式的、包含于所期待合金中的金属与粘结剂混合而制备原料；

b)通过注射成型所述原料制造生坯；

c)通过催化脱脂和/或溶剂脱脂和/或热脱脂至少部分地将所述粘结剂从所述生坯中除去而制造棕色体；

d)烧结至少部分脱脂的棕色体而得到所期待的成型制品；

本发明方法的特征在于，在步骤c)中将所述粘结剂完全除去，其中任选在已进行一个或多个前述脱脂步骤之后进行热脱脂以除去(残留的)粘结剂，所述热脱脂在包含至少0.5体积%氧气的气氛中进行，其后烧结由此得到的完全脱脂(脱粘结剂)的棕色体。

该方法能够得到高纯度的铝合金成型制品，其原因在于由于在步骤c)中将粘结剂完全除去，而不会存在合金性金属与塑性材料的不期待的反应。即使在相对较低的温度下，由于在气氛中存在氧而实现将粘结剂完全除去。与现有教导相反，根据现有教导需绝对防止氧气存在，而本发明人已发现至少为0.5体积%的少量氧气不会显著增加铝的氧化，且有助于更快地以及完全脱脂。根据粉末混合物的组成和温度条件，适于采用例如在20-100体积%之间的含氧量，这意味着甚至可以使用纯O₂气。

铝合金含有除了铝之外的不受任何具体限制的一种或多种其它金属。合金搭配组分(alloy partner)优选选自镁、铜、硅和锰，并且特别优选含有0.5-25重量%的比例，以得到具有所期待性质的成型制品。根据本发明，不需要诸如铋、锡、铅、铟或锌的金属，或诸如伍德金属的合金，上述金属或合金具有显著较低的熔点，并且在某些情况下可用作降低熔化开始时的温度的烧结助剂，但如果希望的话仍可以作为合金搭配组分而添加，以得到相应合金的烧结体。尤其有利的是使用其它金属与铝的合金形式，即作为所谓的母合金粉末。