金屬粉末注射成型技術(shù)(MIM)

1、金屬粉末注射成型技術(shù)(Metal Powder Injection Molding，簡稱MIM)是將現(xiàn)代塑料注射成形技術(shù)引入粉末冶金領(lǐng)域而形成的一門新型粉末冶金近凈形成形技術(shù)。其基本工藝過程是：首先將固體粉末與有機(jī)粘結(jié)劑均勻混練，經(jīng)制粒后在加熱塑化狀態(tài)下(150)用注射成形機(jī)注入模腔內(nèi)固化成形，然后用化學(xué)或熱分解的方法將成形坯中的粘結(jié)劑脫除，最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品。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(yīng)用于電子信息工程、生物醫(yī)療器械、辦公設(shè)備、汽車、機(jī)械、五金、體育器械、鐘表業(yè)、兵器及航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。因此，國際上普遍認(rèn)為該技術(shù)的發(fā)展將會導(dǎo)致零部

2、件成形與加工技術(shù)的一場革命，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)”。美國加州Parmatech公司于1973年發(fā)明，八十年代初歐洲許多國家以及日本也都投入極大精力開始研究該技術(shù)，并得到迅速推廣。特別是八十年代中期，這項技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化以來更獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，每年都以驚人的速度遞增。到目前為止，美國、西歐、日本等十多個國家和地區(qū)有一百多家公司從事該工藝技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)、研制與銷售工作。日本在競爭上十分積極，并且表現(xiàn)突出，許多大型株式會社均參與MIM工業(yè)的推廣，這些公司包括有太平洋金屬、三菱制鋼、川崎制鐵、神戶制鋼、住友礦山、精工-愛普生、大同特殊鋼等。目前日本有四十多家專業(yè)從

3、事MIM產(chǎn)業(yè)的公司，其MIM工業(yè)產(chǎn)品的銷售總值早已超過歐洲并直追美國。到目前為止，全球已有百余家公司從事該項技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)、研制與銷售工作，MIM技術(shù)也因此成為新型制造業(yè)中最為活躍的前沿技術(shù)領(lǐng)域，被世界冶金行業(yè)的開拓性技術(shù)，代表著粉末冶金技術(shù)發(fā)展的主方向MIM技術(shù)金屬粉末注射成型技術(shù)是集塑料成型工藝學(xué)、高分子化學(xué)、粉末冶金工藝學(xué)和金屬材料學(xué)等多學(xué)科透與交叉的產(chǎn)物，利用模具可注射成型坯件并通過燒結(jié)快速制造高密度、高精度、三維復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)零件，能夠快速準(zhǔn)確地將設(shè)計思想物化為具有一定結(jié)構(gòu)、功能特性的制品，并可直接批量生產(chǎn)出零件，是制造技術(shù)行業(yè)一次新的變革。該工藝技術(shù)不僅具有常規(guī)粉末冶金工藝工序少、

4、無切削或少切削、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點，而且克服了傳統(tǒng)粉末冶金工藝制品、材質(zhì)不均勻、機(jī)械性能低、不易成型薄壁、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的缺點，特別適合于大批量生產(chǎn)小型、復(fù)雜以及具有特殊要求的金屬零件。工藝流程粘結(jié)劑混煉注射成形脫脂燒結(jié)后處理粉末金屬粉末MIM工藝所用金屬粉末顆粒尺寸一般在0.520m；從理論上講，顆粒越細(xì)，比表面積也越大，易于成型和燒結(jié)。而傳統(tǒng)的粉末冶金工藝則采用大于40m的較粗的粉末。有機(jī)膠粘劑有機(jī)膠粘劑作用是粘接金屬粉末顆粒，使混合料在注射機(jī)料筒中加熱具有流變性和潤滑性，也就是說帶動粉末流動的載體。因此，粘接劑的選擇是整個粉末的載體。因此，粘拉選擇是整個粉末注射成型的關(guān)鍵。對有機(jī)粘接劑要求：1.

5、用量少，用較少的粘接劑能使混合料產(chǎn)生較好的流變性；2.不反應(yīng)，在去除粘接劑的過程中與金屬粉末不起任何化學(xué)反應(yīng)；3.易去除，在制品內(nèi)不殘留碳?；炝习呀饘俜勰┡c有機(jī)粘接劑均勻摻混在一起，使各種原料成為注射成型用混合料。混合料的均勻程度直接影響其流動性，因而影響注射成型工藝參數(shù)，以至最終材料的密度及其它性能。注射成形本步工藝過程與塑料注射成型工藝過程在原理上是一致的，其設(shè)備條件也基本相同。在注射成型過程中，混合料在注射機(jī)料筒內(nèi)被加熱成具有流變性的塑性物料，并在適當(dāng)?shù)淖⑸鋲毫ο伦⑷肽＞咧?，成型出毛坯。注射成型的毛坯的微觀上應(yīng)均勻一致，從而使制品在燒結(jié)過程中均勻收縮。萃取成型毛坯在燒結(jié)前必須去除毛坯內(nèi)所

6、含有的有機(jī)粘接劑，該過程稱為萃取。萃取工藝必須保證粘接劑從毛坯的不同部位沿著顆料之間的微小通道逐漸地排出，而不降低毛坯的強(qiáng)度。粘結(jié)劑的排除速率一般遵循擴(kuò)散方程。燒結(jié)燒結(jié)能使多孔的脫脂毛坯收縮至密化成為具有一定組織和性能的制品。盡管制品的性能與燒結(jié)前的許多工藝因素有關(guān)，但在許多情況下，燒結(jié)工藝對最終制品的金相組織和性能有著很大、甚至決定性的影響。后處理對于尺寸要求較為精密的零件，需要進(jìn)行必要的后處理。這工序與常規(guī)金屬制品的熱處理工序相同。MIM工藝的特點MIM工藝與其它加工工藝的對比MIM使用的原料粉末粒徑在2-15m，而傳統(tǒng)粉末冶金的原粉粉末粒徑大多在50-100m。MIM工藝的成品密度高，原

7、因是使用微細(xì)粉末。MIM工藝具有傳統(tǒng)粉末冶金工藝的優(yōu)點，而形狀上自由度高是傳統(tǒng)粉末冶金所不能達(dá)到的。傳統(tǒng)粉末冶金限于模具的強(qiáng)度和填充密度，形狀大多為二維圓柱型。傳統(tǒng)的精密鑄造脫燥工藝為一種制作復(fù)雜形狀產(chǎn)品極有效的技術(shù)，近年使用陶心輔助可以完成狹縫、深孔穴的成品，但是礙于陶心的強(qiáng)度，以及鑄液的流動性的限制，該工藝仍有某些技術(shù)上的困難。一般而言，此工藝制造大、中型零件較為合適，小型而復(fù)雜形狀的零件則以MIM工藝較為合適。比較項目制造工藝MIM工藝傳統(tǒng)粉末冶金工藝粉末粒徑(m)2-1550-100相對密度(%)95-9880-85產(chǎn)品重量(g)小于或等于400克10-數(shù)百產(chǎn)品形狀三維復(fù)雜形狀二維簡單

8、形狀機(jī)械性能優(yōu)劣MIM制程和傳統(tǒng)粉末冶金法的比較壓鑄工藝用在鋁和鋅合金等熔點低、鑄液流動性良好的材料。此工藝的產(chǎn)品因材料的限制，其強(qiáng)度、耐磨性、耐蝕性均有限度。MIM工藝可以加工的原材料較多。精密鑄造工藝，雖然在近年來其產(chǎn)品的精度和復(fù)雜度均提高，但仍比不上脫蠟工藝和MIM工藝，粉末鍛造是一項重要的發(fā)展，已適用于連桿的量產(chǎn)制造。但是一般而言，鍛造的工程中熱處理的成本和模具的壽命還是有問題，仍待進(jìn)一步解決。傳統(tǒng)機(jī)械加工法、近來靠自動化而提升其加工能力，在效果和精度上有極大的進(jìn)步，但是基本的程序上仍脫不開逐步加工(車削、刨、銑、磨、鉆孔、拋光等)來完成零件形狀的方式。機(jī)械加工方法的加工精度遠(yuǎn)優(yōu)于其他

9、加工方法，但是因為材料的有效利用率低，且其形狀的完成受限于設(shè)備與刀具、有些零件無法用機(jī)械加工完成。相反，MIM可以有效利用材料，不受限制，對于小型、高難度形狀的精密零件的制造，MIM工藝比較機(jī)械加工而言，其成本較低且效率高，具有很強(qiáng)的競爭力。MIM技術(shù)并非與傳統(tǒng)加工方法競爭，而是彌補(bǔ)傳統(tǒng)加工方法在技術(shù)上的不足或無法制作的缺陷。MIM技術(shù)可以在傳統(tǒng)加工方法制作的零件領(lǐng)域上發(fā)揮其特長。MIM工藝在零部件制造方面所具有的技術(shù)優(yōu)勢可成型高度復(fù)雜結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)零件注射成型工藝技術(shù)利用注射機(jī)注射成型產(chǎn)品毛坯，保證物料充分充滿模具型腔，也就保證了零件高復(fù)雜結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)。以往在傳統(tǒng)加工技術(shù)中先作成個別元件再組合成組件的方式，在使用MIM技術(shù)時可以考慮整合成完整的單一零件，大大減少步驟、簡化加工程序。MIM和其他金屬加工法的比較制品尺寸精度高，不必進(jìn)行二次加工或只需少量精加工注射成型工藝可直接成型薄壁、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件，制品形狀已接近最終產(chǎn)品要求，零件尺寸公差一般保持在±0