金屬粉末注射成型工作原理

金屬粉末注射成型技術的工作原理金屬粉末注射成型技術是將現(xiàn)代塑料噴射成形技術引入粉末冶金領域而形成的一門新型粉末冶金近凈形成形技術。

其基本工藝過程是：首先將固體粉末與有機粘結劑均勻混練，經(jīng)制粒后在加熱塑化狀態(tài)下(~150℃)用噴射成形機注入模腔內(nèi)固化成形，然后用化學或熱分解的方法將成形坯中的粘結劑脫除，最后經(jīng)燒結致密化得到最終產(chǎn)品。

金屬粉末注射成型技術工藝與傳統(tǒng)工藝相比，具有精度高、組織均勻、性能優(yōu)異，生產(chǎn)成本低等特點，其產(chǎn)品廣泛應用于電子信息工程、生物醫(yī)用器械、辦公設備、汽車、機械、五金、體育器械、鐘表業(yè)、兵工及航空航天等工業(yè)領域。不過，可以通過后處理或復合涂層獲得不同的顏色，以提高載重汽車零部件的裝飾性和匹配性。因此，國際上普遍認為該技術的發(fā)展將會導致零部件成形與加工技術的一場革命，被譽為“當今最熱門的零部件成形技術”和“21世紀的成形技術”。

金屬注射成形（MIM）發(fā)展

金屬注射成形（metal Injection Molding，MIM）是一種適于生產(chǎn)小型、三維復雜形狀以及具有特殊性能要求制品的近凈成形工藝。

MIM是由傳統(tǒng)粉末冶金工藝與現(xiàn)代塑料注射成型技術融合發(fā)展而來，其基本工藝過程是：將各種微細金屬粉末（一般小于20μm）按一定的比例與預設粘結劑（各種熱塑性塑料，蠟及其他材料）均勻混合，制成具有流變特性的喂料，通過注射機注入模具型腔（或多模型腔）成型出零件毛坯，毛坯件經(jīng)過脫除粘結劑和高溫燒結后，即可得到微觀組織均勻、材料高度致密的各種金屬零部件。理論上，顆粒越細，比表面積也越大，易于成型和燒結傳統(tǒng)的粉末冶金則采用大于40μm的較粗的粉末，傳統(tǒng)壓鑄成形強度低、精密鑄造無法大量量產(chǎn)、車削件成本較高等技術缺點。

MIM的發(fā)展進程

20世紀70年代，美國學者Wiech首先開發(fā)出一種對金屬粉末進行注射成形的粉末冶金工藝。20世紀80年代，美國倫賽爾理工學院開始開展MIM技術理論基礎和應用基礎的研究工作。但是從行業(yè)發(fā)展的總體情況來看，我國現(xiàn)階段的MIM前景喜人，但在某些方面與國外還存在一定差距。美國Injectamax公司和德國BASF公司將脫脂時間從數(shù)十小時縮短到幾個小時，而且保形性得到明顯改善，產(chǎn)品的尺寸精度從±0.5%提高到±0.3%。21世紀后，MIM工藝進一步得到改進，新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速。形狀復雜、尺寸較小及產(chǎn)量大，這些都是MIM的強項，使其在手表、手工工具、牙齒矯正支架、汽車發(fā)動機零件、電子密封、切削工具及運動器材中找到大量應用。

2017-2018年MIM行業(yè)的新技術趨勢

MIM(metal Injection Molding，金屬注射成型)雖然是一個小行業(yè)，相關從業(yè)人員不超過幾百萬；產(chǎn)品復雜性：MIM工藝最適合制造幾何形狀復雜的、在切削加工中需要變換很多次加工工位的多軸零件、多基準零件。有趣的是，MIM卻影響了大行業(yè)，卡托曾經(jīng)于2012~2016采用MIM來制作的”爆品”零件，那是影響了數(shù)十億用戶?。∧敲?017-2018年，MIM又會有哪些值得期待的亮點？

1.氣態(tài)草酸催化脫脂-下一代催化脫脂我國獨創(chuàng)的新技術

在2010年開始，由德國BASF引進的HNO3催化脫脂是國內(nèi)MIM近幾年的主流脫脂工藝，但其操作危 險性和環(huán)境危 害性是行業(yè)內(nèi)都知道的無奈事實，從早期設備安全偵測不足引發(fā)氣爆、幾位從業(yè)人員失當操作被HNO3不同程度灼 傷，以及近年政府嚴加管制HNO3的使用以防止環(huán)境的破 壞?！畈牧蠈τ谙疋?、不銹鋼及鎳合金之類難切削加工的材料設計的零件，MIM最有吸引力。在此背景下，下一代催化脫脂新技術-氣態(tài)草酸脫催化脂技術，開始出現(xiàn)在本次粉末冶金展，并且是由我國業(yè)者獨創(chuàng)的新技術。

1）世界獨步技術；

2）固體草酸環(huán)保且安全，免除液體催化劑的各種風險；同時減輕了企業(yè)使用脫脂后必須承擔的社會責任；

3）草酸排放的碳氫氧化合物比HNO3的氮氧更環(huán)保；

4） 外部加熱汽化系統(tǒng)，改變了過去液體滴酸的干擾，提升了脫脂效率。

我國近十年來粉末冶金成形新技術綜述

粉末冶金是一項集材料制備與零件成形于一體，節(jié)能、節(jié)材、高效、最終成形、少污染的先進制造技術，在材料和零件制造業(yè)中具有不可替代的地位和作用，已經(jīng)進入當代材料科學的發(fā)展前沿。

   目前粉末冶金技術正向著高致密化、高性能化、低成本方向發(fā)展，本文著重介紹幾種近十年來粉末冶金零件的成形新技術。

   一、溫壓技術

   溫壓技術是粉末冶金領域近幾年發(fā)展起來的一項新技術，可生產(chǎn)出高密度、高強度，具有非常廣泛的應用前景。所謂溫壓技術就是采用te制的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統(tǒng)，將加有特殊潤滑劑的預合金粉末和模具等加熱至130～150℃，并將溫度波動控制在±2．5℃以內(nèi)，然后和傳統(tǒng)粉末冶金工藝一樣進行壓制、燒結而制得粉末冶金零件的技術。MIM用粘結劑應滿足如下要求：與粉末接觸角小，粘附力強且不與粉末反應。其技術關鍵：一是溫壓粉末制備，二是溫壓系統(tǒng)。

   與傳統(tǒng)工藝相比，溫壓成形的壓坯密度約有0.15～0.30g／cm3的增幅，其密度可達7.45g／cm3。在相同的壓制壓力下，溫壓材料的屈服強度比傳統(tǒng)工藝平均高11％，極限拉伸強度平均高13．5％，沖擊韌性可提高33％。捏合機主要由捏合部分、機座部分、液壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等六大部分組成。另外，溫壓零件的生坯強度高，可達2O～30MPa，比傳統(tǒng)方法提高50—100％，不僅降低生坯搬運過程中的破損率而且能對生坯進行機加工，表面光潔度好。此外，溫壓工藝的壓制壓力低和脫模力小，同時零件性能均一，產(chǎn)品精度高，材料利用率高。

   溫壓工藝還有一個特點是工藝簡單，成本低廉。研究表明，假如一次壓制、燒結的普通粉末冶金工藝的成本為1.0，則粉末鍛造的相對成本為2.0，復壓復燒的相對成本為1.5，滲銅的相對成本為1.4，而溫壓技術的相對成本為1．25。目前，采用溫壓技術生產(chǎn)的粉末冶金零件已達200多種，零件重量在5—1200g。因為面心立方晶格的r-Fe總的間隙量雖比a-Fe的小，但空隙半徑比較大，所以能溶較多的碳。例如，德國SinterstahlGmbH公司用溫壓技術生產(chǎn)復雜的摩擦傳動用同步齒環(huán)，在美國新奧爾蘭舉行的PM2TEC2001國際會議上獲獎。該零件的齒部密度超過7.3g／cm，環(huán)體密度超過7.1g／cm，生坯強度達到28MPa。采用了擴散合金化的燒結硬壓粉末，zui低抗拉強度為850MPa。由于使用了溫壓技術和采用粉末冶金零件，使得綜合成本降低了38％。

   二、流動溫壓技術

   流動溫壓技術(Warm Flow Compaction，簡稱WFC)是在粉末壓制、溫壓成形工藝的基礎上，結合了金屬粉末注射成形工藝的優(yōu)點而提出來的一種新型粉末冶金零部件近凈成形技術。其關鍵技術是提高混合粉末的流動性。密煉機是一種設有一對特定形狀并相對回轉的轉子、在可調溫度和壓力的密閉狀態(tài)下間隙性地對聚合物材料進行塑煉和混煉的機械，主要由密煉室、轉子、轉子密封裝置、加料壓料裝置、卸料裝置、傳動裝置及機座等部分組成。它通過提高了混合粉末的流動性、填充能力和成形性，從而可以在8O～130~C溫度下，在傳統(tǒng)壓機上精密成形具有復雜幾何外形的零件，如帶有與壓制方向垂直的凹槽、孔和螺紋孔等零件，而不需要其后的二次機加工。WFC技術既克服了傳統(tǒng)粉末冶金在成形復雜幾何形狀方面的不足，又避免了金屬注射成形技術的高成本，是一項極具潛力的新技術，具有非常廣闊的應用前景。

   WFC技術作為一種新型的粉末冶金零部件近凈成形技術，其主要特點如下：(1)可成形具有復雜幾何形狀的零件；(2)壓坯密度高、密度均勻；(3)對材料的適應性較好；(4)工藝簡單，成本低。