論文開(kāi)題：利用明膠凝膠注模成形工藝研究

大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告
學(xué)院：　機(jī)電學(xué)院　　　　　　　　　　　專(zhuān)業(yè)班級(jí)：08機(jī)制2班

課題名稱(chēng) 利用明膠凝膠注模成形工藝研究

1、本課題的的研究目的和意義：
通過(guò)本次設(shè)計(jì)，了解凝膠注模成形工藝過(guò)程及特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的金屬粉末成形方法。掌握凝膠反應(yīng)的機(jī)理，影響反應(yīng)的各因素的影響機(jī)理。通過(guò)對(duì)凝膠注模不銹鋼粉末過(guò)程中各影響因素的分析，研究不同粘結(jié)劑、不同分散劑、粘結(jié)劑含量、分散劑濃度、不銹鋼粉末固相含量、溶液pH值等因素對(duì)漿料流變性和生坯機(jī)械性能的影響規(guī)律，達(dá)到優(yōu)化工藝參數(shù)的目的。
2、 文獻(xiàn)綜述（國(guó)內(nèi)外研究情況及其發(fā)展）：
凝膠注模成形(gelcasting) 由美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室M. A. J anney 教授等于20 世紀(jì)90 年代初發(fā)明,是近年倍受關(guān)注的一種復(fù)雜形狀陶瓷或金屬部件近凈尺寸的原位凝固成形方法。凝膠注模成形技術(shù)是傳統(tǒng)膠態(tài)成形工藝與化學(xué)理論的結(jié)合,其構(gòu)思是將有機(jī)單體與溶劑配制成一定濃度的預(yù)混液,金屬或陶瓷粉末懸浮于其中制成低粘度、高固相含量的濃懸浮體,加入引發(fā)劑及催化劑之后,將這種濃懸浮體漿料注入非多孔模具中,在一定的溫度條件下,有機(jī)聚合物單體交聯(lián)聚合成三維網(wǎng)絡(luò)狀聚合物凝膠,并使粉末顆粒原位粘結(jié)而固化形成坯體。坯體經(jīng)干燥
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后的生坯可以用電腦數(shù)值控制三軸銑床進(jìn)行加工,可被用來(lái)制作澆鑄用的模具。他們得到的燒結(jié)體密度最高為理論密度的91 %。Stanford 大學(xué)[12 ]也在Gelcasting 中采用MoldS2DF (mold shape deposition manufacturing) 模具方法成功地制備了氮化硅渦輪轉(zhuǎn)子和不銹鋼轉(zhuǎn)子。
2．國(guó)內(nèi)金屬粉末凝膠注模成形技術(shù)的研究進(jìn)展
我們采用最基本的Gelcasting 工藝的凝膠體系———水溶性丙烯酰胺凝膠體系。該體系以丙烯酰胺(AM) 為單體,N ,N2二甲基二丙烯酰胺(MBAM) 為交聯(lián)劑。將這兩種單體按一定的配比、質(zhì)量濃度溶入適量去離子水中,配制成預(yù)混液。通過(guò)大量的對(duì)比實(shí)驗(yàn),選擇能夠?qū){料中的金屬粉末有效懸浮分散的分散劑。將金屬鐵粉和適量的分散劑、消泡劑、增塑劑加入預(yù)混液中,調(diào)制成57 %固相含量的金屬懸浮漿料。在漿體中加入適量濃度為30 %過(guò)硫酸銨溶液引發(fā)劑,攪拌均勻后真空除去內(nèi)部氣體,注漿入模(石膏<3010 球體模) ,模具內(nèi)的料漿在引發(fā)劑和熱作用下發(fā)生凝膠反應(yīng)而固化成形,015 - 1h 后脫模得到坯體。坯體干燥后直接于真空管式爐中在1150 ℃、1200 ℃燒結(jié)115h , 可以看出,燒結(jié)體密度可達(dá)94 %以上,并且燒結(jié)體收縮均勻,形狀保持很好。
3． 金屬粉末凝膠注模成形的應(yīng)用前景
金屬粉末凝膠注模成形憑借其易成形復(fù)雜形狀、大尺寸零件,模具成本低廉、成形坯體組分均勻、密度均勻、缺陷少、強(qiáng)度高、不需專(zhuān)門(mén)的脫脂工序、適用于多種金屬粉末等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),為金屬制品的精密成形制備提供了一種低成本、高可靠性的工藝手段,在金屬磁材、生物醫(yī)學(xué)植入材料、金屬基粉末冶金結(jié)構(gòu)件、金屬工藝品等生產(chǎn)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
(1) 在磁體生產(chǎn)的磁場(chǎng)成形過(guò)程中,磁粉在磁場(chǎng)中取向度的改善是提高永磁體磁性能的關(guān)鍵因素。Gelcasting 作為一種濕法無(wú)壓成形工藝,可以降低磁粉轉(zhuǎn)動(dòng)阻力,使磁粉最大限度地排列在外磁場(chǎng)方向,提高磁取向度從而獲得高的磁性能。并且Gelcasting 模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于各個(gè)方向外加磁場(chǎng)的設(shè)置,使設(shè)備成本降低。
(2) 多孔鈦鎳合金強(qiáng)度高、密度低、耐腐蝕性強(qiáng),彈性模量與人骨彈性模量接近,生物相容性好,生物界面結(jié)合牢固,是較理想的生物醫(yī)學(xué)植入材料。但是制備高孔隙度鈦鎳合金卻比較困難。鈦鎳合金的傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝是熔鑄法,但這種方法只能得到致密材料,而不能用于制備多孔體合金。Gelcasting 技術(shù)通過(guò)改變料漿的固相含量,可以獲得高孔隙度、復(fù)雜形狀、大尺寸的多孔鈦鎳合金人造骨材料。隨著醫(yī)學(xué)的發(fā)展和人們物質(zhì)生活條件的提高,以人造骨材料解除病痛的方法將越來(lái)越多的被采用。因此,開(kāi)展該研究具有很大的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
(3) 對(duì)于金屬基粉末冶金零件的成形(尤其是那些難成形的金屬粉末如鈦粉) ,傳統(tǒng)的壓制方法難以獲得復(fù)雜的形狀,而易于獲得復(fù)雜形狀的成形方法如熱壓鑄或注射成形需加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)20 %的蠟或其他有機(jī)物,脫脂過(guò)程繁瑣,不適用于大尺寸零件,從而使較大尺寸、復(fù)雜形狀金屬基粉末冶金零件的制備成為難題。Gelcasting 適用于多種金屬粉末,可以在較低成本的前提下同時(shí)滿(mǎn)足大尺寸、復(fù)雜形狀的要求,解決這個(gè)難題。
(4) 目前,金屬工藝品多采用鑄造或鍛造的方法,這些方法或者以低精密度為代價(jià)保證低成本、或者以高成本換取高精密度,兩者難以兼?zhèn)�。Gelcast2ing 可以利用價(jià)格低廉、便于獲得復(fù)雜形狀的石蠟、塑料等模具材料清晰地表現(xiàn)細(xì)節(jié)特征,并且對(duì)于常規(guī)材料成形過(guò)程不需要大型設(shè)備,操作簡(jiǎn)便,非常適合于工藝飾品的制作。因此,開(kāi)展金屬粉末凝膠注模成形技術(shù)研究具有很大的實(shí)用價(jià)值。

3、 本課題的主要研究?jī)?nèi)容（提綱）和成果形式：
1）進(jìn)行調(diào)研和分析，查找相關(guān)資料，完成外文翻譯5000字；
2）通過(guò)研究不同粘結(jié)劑和分散劑對(duì)溶液流變性和分散效果的影響，確定合適的凝膠體系；
3）通過(guò)研究各個(gè)工藝因素對(duì)漿料流變性和生坯機(jī)械性能的影響，確定合理的凝膠注模工藝參數(shù)
5）按規(guī)定格式和質(zhì)量完成畢業(yè)論文。
4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，利用真空燒結(jié)制作形狀較復(fù)雜的不銹鋼零件；

4、擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題：
1) 不同粘結(jié)劑對(duì)漿料流變性和生坯機(jī)械性能的影響規(guī)律。
2) 不同分散劑對(duì)漿料流變性和生坯機(jī)械性能的影響規(guī)律。
3) 粘結(jié)劑含量對(duì)漿料流變性和生坯機(jī)械性能的影響規(guī)律。
4) 分散劑濃度對(duì)漿料流變性和生坯機(jī)械性能的影響規(guī) ……（未完，全文共4758字，當(dāng)前僅顯示2403字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《論文開(kāi)題：利用明膠凝膠注模成形工藝研究》）