MIM工藝中的固相燒結(jié)和液相燒結(jié)

在金屬注射成形工藝中，燒結(jié)是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它是將脫脂后的多孔坯件進(jìn)行致密化的過(guò)程。因此，國(guó)際上普遍認(rèn)為該技術(shù)的發(fā)展將會(huì)導(dǎo)致零部件成形與加工技術(shù)的一場(chǎng)革命，被譽(yù)為“當(dāng)今最熱門的零部件成形技術(shù)”和“21世紀(jì)的成形技術(shù)”。燒結(jié)過(guò)程中溫度和時(shí)間的把握直接影響到最終成品的性能，在該工藝中，名副其實(shí)需要掌握好火候的就是這個(gè)環(huán)節(jié)。脫脂后的坯件在進(jìn)行燒結(jié)時(shí)粉末在低于其主要組成成分的溫度下通過(guò)原子前一來(lái)完成粉末顆粒間的聯(lián)結(jié)，減少顆粒間的空隙，從而達(dá)到致密化的目的。在MIM工藝中，致密化后的坯件還是會(huì)具有人們事先設(shè)計(jì)好的與注射模具相符的形狀，只是經(jīng)過(guò)燒結(jié)變得具有了一定強(qiáng)度和性能，可以承受一定的外力，不會(huì)像剛脫完脂的坯件那樣多孔易碎。

曾經(jīng)有人從兩個(gè)方面總結(jié)MIM燒結(jié)的特點(diǎn)，從宏觀來(lái)看，坯件整體的氣孔率下降、坯件的致密度提高，從微觀來(lái)看，粉末顆粒的原子發(fā)生里質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)移，使粉末不需要粘結(jié)劑的作用便可產(chǎn)生顆粒間的粘結(jié)來(lái)保持一定的形狀和性能。

燒結(jié)的原理就是在一定的溫度下，利用熱的力量刺激粉末的原子使其發(fā)生物理位置的遷移，將粉體狀的坯件變成顆粒聯(lián)結(jié)緊密的塊狀的坯件。質(zhì)量、切削量：對(duì)于在切削加工和磨削加工中材料損耗非常、加工非常耗時(shí)的零件，MIM在降低生產(chǎn)成本上極有優(yōu)勢(shì)。由此可以看出溫度對(duì)于燒結(jié)的重要性，從理論上來(lái)講，溫度越高，燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的原子遷移運(yùn)動(dòng)越迅速，從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的原子的量也就越多，燒結(jié)過(guò)程也就進(jìn)行得越快。

在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，人們會(huì)經(jīng)常提到兩個(gè)詞：固相燒結(jié)和液相燒結(jié)，其實(shí)這沒(méi)有什么費(fèi)解的，關(guān)于二者的區(qū)別，簡(jiǎn)單一點(diǎn)說(shuō)就是根據(jù)燒結(jié)溫度不同，固相燒結(jié)就是燒結(jié)溫度低于所有組成成分的熔點(diǎn)，而液相燒結(jié)則是燒結(jié)溫度低于主要組成成分的熔點(diǎn)。技術(shù)難點(diǎn)及改善關(guān)鍵點(diǎn)：陽(yáng)極氧化的良率水平關(guān)系到最終產(chǎn)品的成本，提升氧化良率的重點(diǎn)在于適合的氧化劑用量、適合的溫度及電流密度，這需要結(jié)構(gòu)件廠商在生產(chǎn)過(guò)程中不斷探索，尋求突破。同時(shí)這兩種燒結(jié)方法又有一個(gè)共同點(diǎn)：都是不施加外部壓力的情況下進(jìn)行的。

因此，固相燒結(jié)和液相燒結(jié)又被成為無(wú)壓燒結(jié)，這主要是相對(duì)于熱壓、熱鍛、熱等靜壓等加壓燒結(jié)方法而言的。在MIM工藝中一般都是采用無(wú)壓燒結(jié)的方法進(jìn)行坯件的燒結(jié)。

還原鐵粉已成為制造業(yè)無(wú)法替代的高等級(jí)材料

還原鐵粉是粉末冶金和軟磁感應(yīng)器件的基礎(chǔ)原料，其產(chǎn)品由于具有高度的可加工性，可以制成各種超薄、特異形狀器件，具有極強(qiáng)的抗沖擊、抗腐蝕、耐磨損和高強(qiáng)度特性，廣泛地應(yīng)用于汽車、機(jī)械、船舶、機(jī)車等領(lǐng)域，是單純靠熔煉制成的鋼鐵材料所無(wú)法替代的高等級(jí)材料。有些人還試圖在喂料生產(chǎn)時(shí)加入表面活性劑，實(shí)驗(yàn)表明這會(huì)降低粘結(jié)劑對(duì)粉末的濕潤(rùn)性，減少粘結(jié)劑的使用量，進(jìn)而提高金屬喂料中金屬粉末的裝載量。

　　此外在變壓器磁芯、電感應(yīng)器件、優(yōu)質(zhì)焊條、靜電復(fù)印、化工、醫(yī)用、食品保鮮等行業(yè)的應(yīng)用也日趨廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高純鐵粉的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹?lái)越廣，使用量也越來(lái)越大。

　　根據(jù)分析，還原鐵粉的原始材料是氧化鐵皮，主要是以四氧化三鐵存在的。在早期開(kāi)發(fā)中，使用傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑，諸如硬脂酸鋅與EBS臘等進(jìn)行過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)，生坯廢品率高達(dá)50%。由于原本的利用氫氣還原產(chǎn)生的效果不是很好，所以改之為用隧道窯選用碳作為還原劑來(lái)還原產(chǎn)品，得到的還原效率還是比較高的，因此以碳作為還原劑在一次還原中進(jìn)行脫氧處置，被廣泛的應(yīng)用。

　　由此可見(jiàn)，粉末冶金用還原鐵粉生產(chǎn)工序也是一種一次還原，因此一般都是選用碳即焦末作為還原劑進(jìn)行還原，形成的為海綿鐵的半成品;形成置換海綿銅鐵粉，當(dāng)然這還不是最終的產(chǎn)品，還要對(duì)其進(jìn)行破碎處理后再要進(jìn)行二次還原，這時(shí)就可以用氫氣作為還原劑進(jìn)行還原，得到我們想要的產(chǎn)品。當(dāng)使清潔的金屬表面相互接觸時(shí)，由于它們之間的接觸面積小，從而它們之間的黏著力小。

荷蘭公司用金屬3D打印制造超級(jí)摩托車電機(jī)冷卻

荷蘭超級(jí)摩托車制造商Electric Superbike Twente與金屬3D打印公司K3D合作，為其電動(dòng)自行車的電機(jī)生產(chǎn)新的冷卻外殼。,效率高,其缺陷是光明度差,有氣體溢出,須要通風(fēng)設(shè)備,加溫艱難。這是Electric Superbike Twente使用的一款3D打印金屬組件，在此前的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，他們意識(shí)到使用傳統(tǒng)技術(shù)生產(chǎn)的電機(jī)冷卻外殼并不適合高性能摩托車，因此雙方在設(shè)計(jì)第二輛電動(dòng)摩托車后不久就開(kāi)始合作。

傳統(tǒng)制造的局限性

超級(jí)摩托車團(tuán)隊(duì)的技術(shù)經(jīng)理Feitse Krekt 評(píng)論說(shuō)：“首輛超級(jí)摩托車的冷卻外殼由多個(gè)部件組成，這些部件使用傳統(tǒng)的生產(chǎn)方法，如車削和銑削，很難生產(chǎn)?？傂枨罅浚耗＞哔M(fèi)和研發(fā)費(fèi)用對(duì)于低需求量的產(chǎn)品，分?jǐn)傁聛?lái)后是很難以承受的。對(duì)于這些生產(chǎn)方法，需要大量的材料，因此最終產(chǎn)品變得非常沉重。而且另外一個(gè)問(wèn)題是，由于車削過(guò)程，壁厚需要高于常規(guī)，我們無(wú)法盡可能高效地冷卻電動(dòng)機(jī)。所以，電機(jī)的功率低于預(yù)期，有時(shí)需要放慢速度以使電動(dòng)機(jī)不會(huì)過(guò)熱。”

因此，超級(jí)摩托車決定聯(lián)系K3D，K3D是荷蘭一家從Additive Industries購(gòu)買了metalFab1 金屬3D打印機(jī)的公司，自2016年以來(lái)已生產(chǎn)超過(guò)35,000種產(chǎn)品。

△用于生產(chǎn)冷卻外殼的metalFab1 3D金屬打印機(jī)

K3D的首席技術(shù)官Jaap Bulsink解釋說(shuō)，使用K3D生產(chǎn)的部件使他們能夠享受傳統(tǒng)制造技術(shù)無(wú)法提供的設(shè)計(jì)自由，“由于采用薄壁設(shè)計(jì)，內(nèi)部通道具有zui佳的冷卻性能，只有金屬3D打印才能實(shí)現(xiàn)極佳設(shè)計(jì)自由度。三、金屬熱處理的第三把火——淬火：1、淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。重要的是，該部件的設(shè)計(jì)重量最輕。該部件打印非常準(zhǔn)確，無(wú)需任何后處理即可直接使用?！?

這不是3D打印初次用于制造電動(dòng)摩托車。新型組合材料：MIM可制造出傳統(tǒng)工藝難以制造的新型組合材料，例如疊片的或兩種材料結(jié)構(gòu)的或耐磨耗用的混合的金屬-陶瓷材料?？偛课挥诘聡?guó)的BigRep已經(jīng)制造出功能齊全的3D打印電動(dòng)摩托車，但該自行車僅用于設(shè)計(jì)目的，目前還不是一種可行的商業(yè)產(chǎn)品。另外，寶馬今年早些時(shí)候推出了3D打印概念車架，用于BMW S1000RR運(yùn)動(dòng)自行車。

電動(dòng)超級(jí)摩托車目前正在組裝，之后將于2019年5月24日在荷蘭恩斯赫德進(jìn)行測(cè)試并最終曝光。