金屬噴射成型粉末冶金

1.MIM的工藝流程為：金屬粉末＋粘結劑→混煉→注射成型→脫脂→燒結→後處理。 本步工藝過程與塑膠注射成型工藝過程在原理上是一致的，其設備條件也基本相同。 MIM技術使用的金屬模具，其壽命和工程塑膠注射成型具模具相當。

與傳統工藝相比，MIM具有精度高、組織均勻、性能優異、生產成本低等特點，其產品廣泛套用於電子信息工程、生物醫療器械、辦公設備、汽車、機械、五金、體育器械、鐘錶業、兵器及航空航天等工業領域。國際上普遍認為該技術的發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”。
MIM技術由美國加州Parmatech公司於1973年發明，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，並使其得到迅速推廣，特別是在八十年代中期該技術實現產業化以來，更獲得了突飛猛進的發展，產量每年都以驚人速度遞增。到目前為止，美國、西歐、日本等十多個國家和地區有一百多家公司從事該工藝技術的產品開發、研製與銷售工作。日本在競爭上十分積極，並且表現突出，許多大型株式會社均參與MIM工藝的推廣套用，這些公司包括太平洋金屬、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從事MIM產業的公司，其MIM產品的銷售總值早已超過歐洲並直追美國。MIM技術已成為新型製造業中最為活躍的前沿技術領域，是世界冶金行業的開拓性技術，代表著粉末冶金技術發展的主方向。
金屬粉末注射成型技術是塑膠成型工藝學、高分子化學、粉末冶金工藝學和金屬材料學等多學科滲透與交叉的產物，利用模具可注射成型坯件並通過燒結快速製造高密度、高精度、三維複雜形狀的結構零件，能夠快速、準確地將設計思想物化為具有一定結構、功能特性的製品，並可直接批量生產出零件，是製造技術行業一次新的變革。該工藝技術不僅具有常規粉末冶金工藝工序少、無切削或少切削、經濟效益高等優點，而且克服了傳統粉末冶金工藝製品材質不均勻、機械性能低、薄壁成型困難、結構複雜等缺點，特別適合於大批量生產小型、複雜以及具有特殊要求的金屬零件。
1.MIM的工藝流程為：金屬粉末＋粘結劑→混煉→注射成型→脫脂→燒結→後處理。
(1)金屬粉末
MIM工藝所用的金屬粉末顆粒尺寸一般在0.5～20μm。從理論上講，顆粒越細，比表面積也越大，越易於成型和燒結。而傳統的粉末冶金工藝則採用大於40μm的較粗粉末。
(2)有機粘結劑
有機粘結劑的作用是粘結金屬粉末顆粒，使混合料在注射機料筒中加熱後具有流變性和潤滑性，即粘結劑是帶動粉末流動的載體。因此，粘結劑的選擇是整個粉末注射成型的關鍵。對有機粘結劑的要求為：①用量少，用較少的粘結劑能使混合料產生較好的流變性；②不反應，在去除粘結劑的過程中與金屬粉末不起任何化學反應；③易去除，在制品內不殘留碳。
(3)混料
把金屬粉末與有機粘結劑均勻摻混在一起，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，從而影響注射成型工藝參數以及最終材料的密度及其它性能。
(4)注射成型
本步工藝過程與塑膠注射成型工藝過程在原理上是一致的，其設備條件也基本相同。在注射成型過程中，混合料在注射機料筒內被加熱成具有流變性的塑性物料，並在適當的注射壓力下注入模具中，成型出毛坯。注射成型毛坯在外觀上應均勻一致，從而使製品在燒結過程中均勻收縮。
(5)萃取成型毛坯
在燒結前必須去除毛坯內所含有的有機粘結劑，該過程稱為萃取。萃取工藝必須保證粘結劑從毛坯的不同部位沿著顆料之間的微小通道逐漸排出，而不降低毛坯的強度。粘結劑的排除速率一般遵循擴散方程。
(6)燒結
燒結能使多孔的脫脂毛坯收縮密化成為具有一定組織和性能的製品。儘管製品的性能與燒結前的許多工藝因素有關，但在許多情況下，燒結工藝對最終製品的金相組織和性能有著很大甚至決定性的影響。
(7)後處理
對於尺寸要求較為精密的零件，需要進行必要的後處理。這工序與常規金屬製品的熱處理工序相同。
2.MIM的工藝特點及與其它加工工藝的比較：
MIM使用的原料粉末粒徑在2～15μm，而傳統粉末冶金的原料粉末粒徑大多在50～100μm；MIM工藝的成品密度較高，相對密度達95%～98%，而傳統粉末冶金工藝相對密度僅為80%～85%(主要原因是MIM工藝使用微細粉末)；MIM的產品重量通常小於400克，傳統粉末冶金的產品重量為十到數百克；MIM的產品形狀可以是三維複雜形狀，傳統粉末冶金的產品形狀通常為二維簡單形狀。MIM工藝具有傳統粉末冶金工藝的優點，而其形狀自由度高是傳統粉末冶金工藝所不能達到的。傳統粉末冶金工藝受到模具強度和填充密度的影響，成型形狀大多為二維圓柱型。
傳統的精密鑄造脫燥工藝為一種製作複雜形狀產品的有效技術，近年來使用陶芯輔助，可以完成狹縫、深孔的製造，但受到陶芯強度以及鑄液流動性的限制，該工藝仍存在某些技術難題。一般而言，該工藝製造大、中型零件較為合適，製造複雜形狀的小型零件則以MIM工藝較為合適。
壓鑄工藝用於鋁和鋅合金等熔點低、鑄液流動性良好的材料，該工藝的產品因材料的限制，其強度、耐磨性、耐蝕性均有一定限度。MIM工藝可以加工的原材料則較多。
精密鑄造工藝雖然近年來其產品的精度和複雜度均有所提高，但仍比不上脫蠟工藝和MIM工藝。粉末鍛造是一項重要的發展，已適用於連桿的量產製造。但是一般而言，鍛造工程中熱處理的成本和模具的壽命還是有問題，仍待進一步解決。
傳統機械加工工藝靠自動化而提升其加工能力，在效果和精度上有極大的進步，但在基本程式上仍脫不開以逐步加工(車、刨、銑、磨、鑽孔、拋光等)來完成零件形狀的加工。機械加工方法的加工精度遠優於其他加工方法，但是因為材料的有效利用率低，且其形狀的完成受限於設備與刀具，有些零件無法用機械加工完成。相反，MIM可以有效利用材料，不受限制，對於小型、高難度形狀的精密零件的製造，MIM工藝比較機械加工而言，其成本較低且效率高，具有很強的競爭力。
MIM技術並非與傳統加工方法競爭，而是彌補傳統加工方法在技術上的不足或無法製作的缺陷。MIM技術可以在傳統加工方法製作的零件領域上發揮其特長。
3.MIM工藝在零部件製造方面的技術優勢
(1)可成型高度複雜結構的結構零件
注射成型工藝技術利用注射機注射成型產品毛坯，保證物料充分充滿模具型腔，也就保證了零件高複雜結構的實現。以往在傳統加工技術中先作成個別元件再組合成組件的方式，在使用MIM技術時可以考慮整合成完整的單一零件，大大減少步驟，簡化加工程式。MIM與其他金屬加工方法比較，製品尺寸精度高，不必進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、複雜結構件，製品形狀已接近最終產品要求，零件尺寸公差一般保持在±0.1～±0.3左右，特別對於降低難於進行機械加工的硬質合金的加工成本，減少貴重金屬的加工損失尤其具有重要意義。
(2)製品微觀組織均勻、密度高、性能好
在壓制加工過程中，由於模壁與粉末以及粉末與粉末之間的摩擦力，使得壓制壓力分布不均勻，也就導致了壓制毛坯在微觀組織上不均勻，這樣就會造成壓制粉末冶金件在燒結過程中收縮不均勻，因此不得不降低燒結溫度以減少這種效應，從而使製品孔隙度大、材料緻密性差、密度低，嚴重影響製品的機械性能。反之，注射成型工藝是一種流體成型工藝，粘接劑的存在保障了粉末的均勻排布，從而可消除毛坯微觀組織上的不均勻，進而使燒結製品密度可達到其材料的理論密度。一般情況下，壓制產品的密度最高只能達到理論密度的85%。製品的高緻密性可使強度增加，韌性加強，延展性、導電導熱性得到改善，磁性能提高。
(3)效率高，易於實現大批量和規模化生產
MIM技術使用的金屬模具，其壽命和工程塑膠注射成型具模具相當。由於使用金屬模具，MIM適合於零件的大批量生產。由於利用注射機成型產品毛坯，極大地提高了生產效率，降低了生產成本，而且注射成型產品的一致性、重複性好，從而為大批量和規模化工業生產提供了保證。
(4)適用材料範圍寬，套用領域廣闊(鐵基，低合金，高速鋼，不鏽鋼，克閥合金，硬質合金)
可用於注射成型的材料非常廣泛，原則上任何可高溫澆結的粉末材料均可由MIM工藝製造成零件，包括傳統製造工藝中的難加工材料和高熔點材料。此外，MIM也可以根據用戶要求進行材料配方研究，製造任意組合的合金材料，將複合材料成型為零件。注射成型製品的套用領域已遍及國民經濟各領域，具有廣闊的市場前景。
(5)MIM工藝採用微米級細粉末，既能加速燒結收縮，有助於提高材料的力學性能，延長材料的疲勞壽命，又能改善耐、抗應力腐蝕及磁性能。
4.MIM技術的套用領域
(1)計算機及其輔助設施：如印表機零件、磁芯、撞針軸銷、驅動零件等；
(2)工具：如鑽頭、刀頭、噴嘴、槍鑽、螺旋銑刀、沖頭、套筒、扳手、電工工具，手工具等；
(3)家用器具：如表殼、表鏈、電動牙刷、剪刀、風扇、高爾夫球頭、珠寶鏈環、原子筆卡箍、刃具刀頭等零部件；
(4)醫療機械用零件：如牙矯形架、剪刀、鑷子等；
(5)軍用零件：飛彈尾翼、槍枝零件、彈頭、藥型罩、引信用零件等；
(6)電器用零件：電子封裝，微型馬達、電子零件、感測器件等；
(7)機械用零件：如松棉機、紡織機、卷邊機、辦公機械等；
(8)汽車船舶用零件：如離合器內環、拔叉套、分配器套、汽門導管、同步轂、安全氣囊件等。