金属粉末注射成形———21世纪的成形技术

 金属粉末注射成型（MIM）是一种新型的粉末冶金近净成形技术，它是将现代塑料注塑技术引入粉末冶金领域。其基本工艺如下：首先将固体粉末和有机粘合剂均匀捏合造粒，然后通过注塑机在加热塑化状态（〜150℃）下注入模腔内，然后固化化学品或通过热分解法从预成型件中除去粘合剂，最后将烧结产品致密化以获得最终产品。其产品广泛应用于电子信息工程，生物医疗设备，办公设备，汽车，机械，五金，运动器材，钟表等。该产品广泛应用于工业，武器和航天等工业领域。因此，国际社会普遍认为，该技术的发展将导致零件成形和加工技术的革命，被称为“最受欢迎的零件成型技术”和“21世纪，形成技术。

Parmatech，加利福尼亚，美国，发明于1973年，八十年代初期和许多欧洲和日本的国家也投入了大量精力开始研究该技术，并迅速推广。特别是在八十年代中期，技术已经实现了自工业化的快速发展，每年以惊人的速度增长。到目前为止，美国，西欧，日本等十几个国家和地区已有100多家公司从事技术产品开发，开发和销售工作。日本在竞争中非常活跃，并且表现出色，许多大公司都参与MIM行业的推广，这些公司包括太平洋金属，三菱钢铁，川崎钢铁，神户钢铁，住友矿，精工爱普生，大同特钢等。目前，日本有40多家专业从事MIM行业的公司，其MIM工业产品的销售价值一直长于欧洲并赶上美国。到目前为止，世界上已有100多家公司从事技术产品的开发，开发和销售，因此MIM技术已成为一种新型制造中最活跃的尖端技术。

金属粉末注射成型技术是一套塑料成型技术，聚合物化学，粉末冶金技术和金属材料如多学科和交叉产品，使用模具可以注射成型坯料和烧结快速制造高密度，高精度，三维复杂形状的结构件，可以快速准确地将设计思路转化为一定的结构，功能特点的产品，直接生产零件，制造技术行业是一个新的变化。该技术不仅工艺少，不切削或切割少，经济效益高，而且克服了传统粉末冶金产品的缺点，材料不匀，机械性能低，难以形成薄壁，结构复杂，特别适合为小批量生产，复杂，对金属部件有特殊要求。工艺流程为：粘合剂→混合→注塑→脱脂→烧结→后处理。

 金属粉末

    MIM工艺所用金属粉末颗粒尺寸一般在0.5~20μm；从理论上讲，颗粒越细，比表面积也越大，易于成型和烧结。而传统的粉末冶金工艺则采用大于40μm的较粗的粉末。有机胶粘剂有机胶粘剂作用是粘接金属粉末颗粒，使混合料在注射机料筒中加热具有流变性和润滑性，也就是说带动粉末流动的载体。粘接剂是整个粉末的载体。因此，粘接剂的选择是整个粉末注射成形的关键。对有机粘接剂要求：

    1.用量少，用较少的粘接剂能使混合料产生较好的流变性；

    2.不反应，在去除粘接剂的过程中与金属粉末不起任何化学反应；

    3.易去除，在制品内不残留碳。混料

    把金属粉末与有机粘接剂均匀掺混在一起，使各种原料成为注射成形用混合料。混合料的均匀程度直接影响其流动性，因而影响注射成形工艺参数，以至最终材料的密度及其它性能。注射成形工艺过程与塑料注射成形工艺过程在原理上是一致的，其设备条件也基本相同。在注射成形过程中，混合料在喷射机料筒内被加热成具有流变性的塑性物料，并在适当的注射压力下注入模具中，成型出毛坯。注射成形的毛坯的微观上应均匀一致，从而使制品在烧结过程中均匀收缩。萃取成型毛坯在烧结前必须去除毛坯内所含有的有机粘接剂，该过程称为萃取。萃取工艺必须保证粘接剂从毛坯的不同部位沿着颗料之间的微小通道逐渐地排出，而不降低毛坯的强度。粘结剂的排除速率一般遵循扩散方程。烧结能使多孔的脱脂毛坯收缩至密化成为具有一定组织和性能的制品。尽管制品的性能与烧结前的许多工艺因素有关，但在许多情况下，烧结工艺对最终制品的金相组织和性能有着很大、甚至决定性的影响。后处理对于尺寸要求较为精密的零件，需要进行必要的后处理。这工序与常规金属制品的热处理工序相同。

    MIM工艺的特点

    MIM使用的原料粉末粒径在2-15μm，而传统粉末冶金的原粉粉末粒径大多在50-100μm。MIM工艺的成品密度高，原因是使用微细粉末。MIM工艺具有传统粉末冶金工艺的优点，而形状上自由度高是传统粉末冶金所不能达到的。传统粉末冶金限于模具的强度和填充密度，形状大多为二维圆柱型。

传统的精密铸造脱燥工艺为一种制作复杂形状产品极有效的技术，近年使用陶心辅助可以完成狭缝、深孔穴的成品，但是碍于陶心的强度，以及铸液的流动性的限制，该工艺仍有某些技术上的困难。一般而言，此工艺制造大、中型零件较为合适，小型而复杂形状的零件则以MIM工艺较为合适。

     精密铸造工艺，虽然在近年来其产品的精度和复杂度均提高，但仍比不上脱蜡工艺和MIM工艺，粉末锻造是一项重要的发展，已适用于连杆的量产制造。但是一般而言，锻造的工程中热处理的成本和模具的寿命还是有问题，仍待进一步解决。

    传统机械加工法、近来靠自动化而提升其加工能力，在效果和精度上有极大的进步，但是基本的程序上仍脱不开逐步加工 (车削、刨、铣、磨、钻孔、抛光等) 来完成零件形状的方式。机械加工方法的加工精度远优于其他加工方法，但是因为材料的有效利用率低，且其形状的完成受限于设备与刀具、有些零件无法用机械加工完成。相反，MIM可以有效利用材料，不受限制，对于小型、高难度形状的精密零件的制造，MIM工艺比较机械加工而言，其成本较低且效率高，具有很强的竞争力。

    MIM技术并非与传统加工方法竞争，而是弥补传统加工方法在技术上的不足或无法制作的缺陷。MIM技术可以在用传统加工方法制作的零件领域，充分发挥其特长。

MIM技术在制造零件方面具有技术优势 - 可以是高度复杂的成型零件结构

     注塑成型工艺采用注塑机制备注塑成型坯料，以保证材料充满模腔，也保证了高复杂性零件的实现。过去在传统加工技术中使单个部件再组合成组件，在使用MIM技术的方式下可以考虑集成到一个完整的部件中，大大减少了简化加工步骤的步骤。 MIM等金属加工方法产品尺寸和高精度，无需二次加工或只需少量精加工注塑工艺可直接成型薄壁，结构复杂，产品形状接近最终产品要求，一般公差部件尺寸在±0.1〜±0.3的范围内。特别是对于减少难加工的硬质合金加工成本和减少贵金属加工的损失，尤其具有重要意义。

在压制过程中由于模具壁和粉末以及粉末和粉末之间的摩擦压力分布使得压力非常不均匀，这导致压制坯料在微观结构不均匀，这将引起粉末冶金的抑制在烧结收缩不均匀，因此必须降低烧结温度以降低这种效应，使产品孔隙率，材料密度低，密度低，严重影响产品的机械性能。相比之下，注塑成型工艺是流体成型工艺，存在粘合剂以确保粉末的均匀分布，从而消除坯料的不均匀微观结构，使得烧结产品的密度可达到其理论密度材料。在正常情况下，压制产品的最高密度只能达到理论密度的85％。注塑制品的高密度增加了强度，韧性，延展性，导电和导热性以及磁性。高效率，易于实施大规模和大规模生产的MIM技术用于金属模具，生活和工程塑料注塑模具相当。由于使用金属模具，MIM适合大批量生产零件。由于利用注射成形产品毛坯，极大地提高了生产效率，降低了生产成本，而且注射成形产品的一致性、重复性好，从而为大批量和规模化工业生产提供了保证。

    适用材料范围宽，应用领域广阔 (铁基，低合金，高速钢，不锈钢，硬质合金等)

    可用于注射成形的材料非常广泛，原则上任何可高温浇结的粉末材料均可由MIM工艺造成零件，包括了传统制造工艺中的难加工材料和高熔点材料。此外，MIM也可以根据用户的要求进行材料配方研究，制造任意组合的合金材料，将复合材料成型为零件。注射成形制品的应用领域已遍及国民经济各领域，具有广阔的市场前景。

     MIM工艺采用微米级细粉末，既能加速烧结收缩，有助于提高材料的力学性能，延长材料的疲劳寿命，又能改善耐、抗应力腐蚀及磁性能。关于纳米粉末的MIM工艺也在研发中。

    MIM技术的应用领域包括：

    1.计算机及其辅助设施：如打印机零件、磁芯、撞针轴销、驱动零件

    2.工具：如钻头、刀头、喷嘴、枪钻、螺旋铣刀、冲头、套筒、扳手、电工工具，手工具等

    3.家用器具：如表壳、表链、电动牙刷、剪刀、风扇、高尔夫球头、珠宝链环、圆珠笔卡箍、刃具刀头等零部件

    4.医疗机械用零件：如牙矫形架、剪刀、镊子

    5.军用零件：导弹尾翼、枪支零件、弹头、药型罩、引信用零件

    6.电器用零件：电子封装，微型马达、电子零件、传感器件

    7.机械用零件：如松棉机、纺织机、卷边机、办公机械等；

    8.汽车船舶用零件：如离合器内环、拔叉套、分配器套、汽门导管、同步毂、安全气囊件等。