特種塑性成形第4章

1、第4章4.1金屬注射成形概論4.1.1金屬注射成形技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀4.1.2MIM工藝方法與其他加工方法之比較4.1.3幾種代表性的MIM工藝4.1.4金屬注射成形技術(shù)的發(fā)展方向4.2金屬注射成形喂料的制備4.2.1MIM用粉末的性能4.2.2MIM粉末制備工藝4.2.3粘結(jié)劑體系及性能4.2.4喂料的混煉4.3注射成形過程4.3.1熔體充模機(jī)理4.3.2注射參數(shù)對(duì)成形的影響4.3.3注射成形設(shè)備4.4脫脂4.4.1脫脂方法4.4.2脫脂設(shè)備4.5燒結(jié)4.5.1注射成形坯燒結(jié)原理4.5.2燒結(jié)設(shè)備4.5.3產(chǎn)品后續(xù)處理4.6金屬粉末注射成形產(chǎn)品設(shè)計(jì)4.1金屬注射成形概論圖4-1金屬注射成形零件

2、a)燒結(jié)鋼零件b)燒結(jié)科瓦鐵鎳鈷合金零件 塑料在注塑機(jī)加熱料筒中塑化后，由柱塞或往復(fù)螺桿注射到閉合模具的模塑料在注塑機(jī)加熱料筒中塑化后，由柱塞或往復(fù)螺桿注射到閉合模具的模腔中形成制品的塑料加工方法。腔中形成制品的塑料加工方法。此法能加工外形復(fù)雜、尺寸精確或帶嵌件的此法能加工外形復(fù)雜、尺寸精確或帶嵌件的制品，生產(chǎn)效率高。大多數(shù)熱塑性塑料和某些熱固性塑料（如酚醛塑料）均制品，生產(chǎn)效率高。大多數(shù)熱塑性塑料和某些熱固性塑料（如酚醛塑料）均可用此法進(jìn)行加工。用于注塑的物料須有良好流動(dòng)性，才能充滿模腔以得到可用此法進(jìn)行加工。用于注塑的物料須有良好流動(dòng)性，才能充滿模腔以得到制品。制品。 20世紀(jì)世紀(jì)70年代

3、以來，出現(xiàn)了一種帶有化學(xué)反應(yīng)的注射成型，稱為反應(yīng)年代以來，出現(xiàn)了一種帶有化學(xué)反應(yīng)的注射成型，稱為反應(yīng)注射成型，發(fā)展很快。注射成型，發(fā)展很快。圖4-2金屬注射成形工藝過程4.1.1金屬注射成形技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀(1)醫(yī)療器械主要有手術(shù)下用手術(shù)刀、剪、取樣鉗、醫(yī)用氣體集流腔等，以及牙科正畸材料矯形托槽、頰面管系列零件等。(2)軍工用品在軍工行業(yè)尤其是輕武器制造中，金屬注射成形得到了廣泛的應(yīng)用，如槍管道、拉機(jī)柄、扳機(jī)框、保險(xiǎn)。(3)IT電子、通信行業(yè)MIM工藝在該行業(yè)中主要制造計(jì)算機(jī)硬盤驅(qū)動(dòng)器零件、手機(jī)外殼、手機(jī)傳呼機(jī)用振動(dòng)件、光纖通信用陶瓷插針體等。(4)汽車行業(yè)MIM工藝在汽車行業(yè)中的應(yīng)用以安全氣

4、囊撞針、傳動(dòng)器、曲柄、點(diǎn)火控制鎖部件、汽車方向系統(tǒng)U形匙、滑軌和滑塊為代表，產(chǎn)品最終密度大于7.6g/cm3，抗拉強(qiáng)度達(dá)到500MPa。(5)鐘表零件采用金屬注射成形方法制造手表零件，可輕松實(shí)現(xiàn)新型款式設(shè)計(jì)，制造出整體式、流線型、形狀奇特的多種款式。(6)其他MIM還廣泛應(yīng)用于其他行業(yè)。4.1.2MIM工藝方法與其他加工方法之比較1.與粉末冶金的比較 MIM屬于粉末冶金范疇，又是對(duì)粉末冶金的一種突破。它克服了壓制模具的局限性，能一次成形復(fù)雜的金屬零件(或粉末冶金使用的毛坯) ，如MIM能制備出各種形狀的粉末冶金零部件，包括各種外部切槽、內(nèi)外螺紋、錐形外表面、交叉孔、不通孔、加強(qiáng)肋板等一些采用常

5、規(guī)粉末冶金方法難以獲得的產(chǎn)品；制品表面質(zhì)量好、廢品率低；利用多模膛或群模方式能一次成形多個(gè)制品，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，生產(chǎn)效率高；由于加入粘結(jié)劑，對(duì)模具材料的要求相對(duì)降低。但MIM工藝生產(chǎn)環(huán)節(jié)較多，影響因素較多，工藝優(yōu)化空間大。另外，MIM粉末價(jià)格是粉末冶金工藝用粉末的數(shù)倍。2.與壓鑄、精密鑄造工藝比較 在金屬成形工藝中，MIM、壓鑄和精密鑄造都可以成形三維復(fù)雜形狀零件，但壓鑄僅限于低熔點(diǎn)金屬，精密鑄造對(duì)于鋁合金、鋅、黃銅、青銅、銀、金等有色金屬是一種較好的成形工藝，但對(duì)于難熔合金、硬質(zhì)合金、高密度合金、鈦合金、金屬陶瓷等壓鑄和精密鑄造卻無能為力，而這些正是MIM的強(qiáng)項(xiàng)。4.1.3幾種代表性的MIM

6、工藝1.Wiech工藝 Wiech工藝發(fā)明于1980年，經(jīng)多次改進(jìn)應(yīng)用于生產(chǎn)，是最早較完備和成熟的工藝。Wiech工藝基本粘結(jié)劑體系由石蠟和熱塑性樹脂組成。脫脂最初采用二步法，首先將MIM生坯置于真空容器內(nèi)，然后將溶劑以氣態(tài)形式緩慢地加入成形坯所在的容器內(nèi)，加熱除去主粘結(jié)劑石蠟，然后將已脫除了大部分粘結(jié)劑的成形坯再浸入液態(tài)溶劑中除去剩余的部分粘結(jié)劑，最后將成形坯預(yù)熱以除去殘留的部分粘結(jié)劑和部分溶劑，并進(jìn)行燒結(jié)得到成品。該工藝后來改為全部采用熱分解脫脂，脫脂時(shí)間大大減少。Wiech 工藝存在注射生坯應(yīng)力大，容易開裂變形等問題，難于生產(chǎn)尺寸稍大的零件。2.Injectamax工藝 美國AMAX M

7、etal Injection Molding公司的Johnson于1988年發(fā)明了Injectamax工藝，該工藝的粘結(jié)劑體系為油、石蠟和熱塑性樹脂，是一種脫脂方法較快的MIM工藝。脫脂時(shí)選用一種溶劑如三氯乙烷有選擇地首先溶解脫除植物油和石蠟，這樣打開孔隙通道，然后再利用熱脫脂除去剩余的粘結(jié)劑。整個(gè)脫脂工藝過程時(shí)間短，只需1.58h。它的主要優(yōu)點(diǎn)是植物油在注射和冷卻時(shí)均為液態(tài)，使得注射成形前后成形坯體積變化不大，緩和了成形坯中的內(nèi)應(yīng)力。這種溶劑脫脂加上熱脫脂的兩步脫脂法由于簡單、投資少和高效率，是目前大多數(shù)MIM公司和生產(chǎn)廠家所采用的生產(chǎn)方法，AMAX公司應(yīng)用這種技術(shù)成功生產(chǎn)了幾種型號(hào)的導(dǎo)彈尾

8、翼。3.Metamold工藝 Metamold工藝是德國BSAF公司于20世紀(jì)90年代開發(fā)的MIM催化脫脂工藝，該工藝已基本解決了工藝過程對(duì)MIM大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的制約。Metamold工藝被稱為揭開快速催化脫脂高技術(shù)的序幕的技術(shù)。此工藝是在硝酸或草酸作催化劑氣氛下，使粘結(jié)劑聚醛樹脂在110以上分解為甲醛，避免了液相的生成，不但大大加快了脫脂速度，而且避免了脫脂時(shí)MIM坯變形和尺寸精度難以控制的弱點(diǎn)。隨后在氮?dú)?、氫氣等氣體作用下進(jìn)行燒結(jié)。該工藝還可利用聚醛樹脂的極性連接金屬粉末，適合硬質(zhì)合金和陶瓷等多種粉末成形。4.PPIM工藝 美國Thermal Precision Teehnology公司的H

9、ens開發(fā)了一種稱之為精密金屬粉末注射成形的新工藝(PPIM工藝)。PPIM工藝的特點(diǎn)是采用水溶性粘結(jié)劑。先用水溶解聚乙二醇，再熱脫除另一組元聚乙烯醇縮丁醛(PVB)，這樣把脫脂分為兩步，脫脂時(shí)不出現(xiàn)液相，提高了脫脂時(shí)的尺寸穩(wěn)定性。另一方面，PPIM工藝采用經(jīng)過調(diào)配的寬粒度組成的金屬粉末，即采用粗粉、細(xì)粉搭配，使得喂料中粉末的裝載量提高，對(duì)于不銹鋼粉末可達(dá)到74%(體積分?jǐn)?shù))，尺寸收縮大大減少了。由于這兩方面的改進(jìn)，采用PPIM工藝，產(chǎn)品尺寸精度可達(dá)到0.1%，據(jù)稱采用該工藝可以將MIM技術(shù)推進(jìn)到一個(gè)低成本、高精度、高成品率和對(duì)環(huán)境友好的新時(shí)代，也是目前所有MIM工藝中尺寸精度最高的一種。5.

10、Quiekset工藝 由法國Vallourec公司的子公司Impae和Metals Process Systems(MPS)公司開發(fā)了一種稱之為Quickset的無粘結(jié)劑MIM新工藝。Quickset工藝所用粘結(jié)劑含量很少，只需傳統(tǒng)MIM粘結(jié)劑含量的5%，突破了傳統(tǒng)MIM制品的重量、厚度、尺寸限制。其基本工藝過程為：在室溫下將金屬粉末、液態(tài)載體和添加劑混合均勻，然后將其在35050000kPa壓力條件下注射入3060的模具中，注射周期530s。脫模后真空干燥12天，干燥后生坯中有機(jī)物質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為1%。6.Injectavac工藝 美國Vacuum Industries公司和C/VI公司開發(fā)了一

11、種稱之為Injectavac的一步脫脂和燒結(jié)系統(tǒng)，其自動(dòng)化程度很高。該工藝首先針對(duì)各種可以熱分解脫除的粘結(jié)劑使其在低于0.1MPa下?lián)]發(fā)，然后將揮發(fā)的粘結(jié)劑冷凝收集后進(jìn)行燒結(jié)，整個(gè)系統(tǒng)的溫度、壓力和氣體流量均為自動(dòng)控制。Injectavac工藝只需分步脫脂和燒結(jié)工藝的1/3時(shí)間，而且能準(zhǔn)確控制碳含量和零件尺寸精度，制品質(zhì)量高。不過該工藝采用單元式燒結(jié)爐，影響了其產(chǎn)量和規(guī)模效益。4.1.4金屬注射成形技術(shù)的發(fā)展方向1)改進(jìn)現(xiàn)有的和開發(fā)新的制粉方法，生產(chǎn)粒度和化學(xué)成分穩(wěn)定、高振實(shí)密度、價(jià)格低廉的MIM用細(xì)粉。2)開發(fā)新型粘結(jié)劑體系及其脫脂方法，縮短脫脂時(shí)間，避免脫脂坯的變形和缺陷。3)MIM工藝參

12、數(shù)及裝備的自動(dòng)化精確控制。4.2金屬注射成形喂料的制備 金屬注射成形技術(shù)在制備幾何形狀復(fù)雜、均質(zhì)組織和高性能的近凈形產(chǎn)品方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢，凡可以制成粉末的任何金屬或合金均可用此方法制造零件。此外，該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)作業(yè)，生產(chǎn)效率高。金屬注射成形技術(shù)的物料組成包括金屬粉末和粘結(jié)劑兩大部分，粉末和粘結(jié)劑形成的混合物稱為喂料，金屬粉末與粘結(jié)劑混合均勻的過程稱為混煉過程，只有當(dāng)喂料混合均勻無相分離時(shí)才能在注射后得到均勻的坯塊，并最終得到尺寸一致的產(chǎn)品。其基本工藝過程是將金屬粉末和粘結(jié)劑以一定的比例，按規(guī)定的進(jìn)料方式和順序在較高的溫度和剪切力作用下進(jìn)行混煉并得到結(jié)構(gòu)均勻的喂料。4.2.1MIM用

13、粉末的性能(1)粉末平均粒度平均粒度是影響MIM工藝性能和零件性能的重要因素。(2)振實(shí)密度振實(shí)密度是指通過振動(dòng)粉末所能達(dá)到的最大密度。(3)粉末的含氧量粉末表面的氧化程度不僅對(duì)燒結(jié)性能有影響，而且也是影響磁性材料以及含鈦、鋁等強(qiáng)氧化性元素的高合金鋼等材料特性的重要因素。4.2.2MIM粉末制備工藝表4-2粉末的制備方法及其特點(diǎn)4.2.3粘結(jié)劑體系及性能1.粘結(jié)劑的功能和特性 粘結(jié)劑是MIM 技術(shù)的核心，其加入與脫除最為關(guān)鍵，對(duì)注射成形坯的質(zhì)量、尺寸精度、合金中碳和氧的含量等影響很大。粘結(jié)劑有兩個(gè)基本功能：成形階段增強(qiáng)粉末流動(dòng)性和成形后保持坯塊形狀。只有加入一定量的粘結(jié)劑后，粉末才具有一定的流

14、動(dòng)性以適合于注射成形，帶動(dòng)粉末充填復(fù)雜形狀的模膛。成形后，粘結(jié)劑又起著保持制品形狀的作用，有利于脫模后坯塊的搬運(yùn)，保持坯塊從脫脂到燒結(jié)前不變形。粘結(jié)劑選擇不當(dāng)可能造成各種缺陷，在各個(gè)工序中的具體表現(xiàn)見表4-3。表4-3各種粘結(jié)劑體系的比較2.金屬注射成形粘結(jié)劑體系的構(gòu)成與特點(diǎn)(1)熱塑性體系熱塑性體系是以具有熱塑性的有機(jī)化合物為主體的粘結(jié)劑，一般由低分子物質(zhì)與聚合物高分子物質(zhì)以及必要的添加劑組成，使用最為廣泛，在工藝上也比較成熟。(2)熱固性體系熱固性體系采用熱固性有機(jī)物作為粘結(jié)劑的主要成分，注射料注入熱模中發(fā)生縮合反應(yīng)而固化，最早由Rivers發(fā)明。(3)凝膠體系凝膠粘結(jié)劑在陶瓷粉末注射成形

15、中應(yīng)用較多，但它在MIM中應(yīng)用較少，因?yàn)檎辰Y(jié)劑中的水對(duì)一些活潑的金屬或合金微粉有氧化作用。(4)水溶性體系水溶性體系是由水溶性成分和水不溶性成分組成，水溶性成分包括纖維素類、聚丙烯酸類和聚乙二醇類等，而水不溶性成分主要有聚烯烴和聚縮醛等。(5)熱塑熱固性體系熱塑熱固性體系充分利用了熱塑性粘結(jié)劑具有的優(yōu)良的流變性能和成形性及熱固性樹脂對(duì)制品的保形性，使之在混煉和注射過程中表現(xiàn)為熱塑性，從而能在熱塑性設(shè)備上實(shí)現(xiàn)均勻混合和注射充模；而在脫脂過程中，在高溫的作用下，樹脂固化，粘結(jié)劑表現(xiàn)出熱固性特點(diǎn)。4.2.4喂料的混煉1.混煉 MIM喂料的混煉是在一定裝置和一定溫度下，將原料粉末及粘結(jié)劑進(jìn)行混合并充分

16、有效地?cái)嚢?，通過熱效應(yīng)和剪切力的聯(lián)合作用，在“置換”、“壓縮”、“剪切”三方面聯(lián)合作用下使得喂料均勻化并符合注射要求的過程。由于喂料的性質(zhì)決定了最終注射成形產(chǎn)品的性能，所以混煉這一工藝步驟非常重要。混煉是一個(gè)復(fù)雜的改善粉末流動(dòng)性以及完成分散的過程。這牽涉到粘結(jié)劑和粉末加入的方式和順序、混煉溫度、混煉裝置的特性、混合機(jī)制的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)等多種因素。這一工藝步驟目前仍停留在依靠經(jīng)驗(yàn)摸索的水平上，最終評(píng)價(jià)混煉工藝好壞的一個(gè)重要指標(biāo)是所得喂料的均勻性和一致性程度。2.混煉設(shè)備圖4-3單螺桿擠出機(jī)工作原理圖4-4雙螺桿擠出機(jī)工作原理圖4-5雙行星混料機(jī)工作原理圖4-6雙偏心輪混料器工作原理圖4-7Z型葉

17、輪混料器工作原理圖4-8活塞擠壓機(jī)工作原理4.3注射成形過程 金屬粉末注射成形的充模過程是一個(gè)非牛頓流體的非等溫、非定常的復(fù)雜流動(dòng)。金屬粉末注射成形喂料的充模過程與熱塑性塑料的充模過程是相似的，但它們的物性參數(shù)等方面存在著明顯的不同。注射過程包括進(jìn)料、注射、充模、保壓、冷卻定形和脫模等幾個(gè)步驟。進(jìn)料是將混煉好的喂料通過加料裝置加入料筒中，在注射機(jī)料筒中經(jīng)過加熱達(dá)到粘流態(tài)；注射是將喂料流體，在螺桿(或柱塞)的推動(dòng)下經(jīng)噴嘴射入模具型腔，模具在規(guī)定的溫度下加熱，使喂料充模成形；喂料充滿型腔后，需要保壓一定時(shí)間，使注射件在型腔中冷卻、硬化、定形；壓力撤消后開模，并利用注射機(jī)的頂出機(jī)構(gòu)使注射件脫模，取出

18、坯件。4.3.1熔體充模機(jī)理圖4-11喂料沿模壁流動(dòng)示意圖4.3.2注射參數(shù)對(duì)成形的影響1.注射溫度 注射溫度主要影響喂料的塑化和流動(dòng)。喂料熔體的粘度與溫度有著密切的關(guān)系，為了能流動(dòng)，注射溫度必須高于粘結(jié)劑軟化溫度，通常為50200。溫度偏低，粘度將增大，流動(dòng)變緩，將導(dǎo)致注射壓力升高，引起欠注，還會(huì)降低機(jī)器的使用壽命。而溫度偏高，雖然可以降低粘度，但由于粘結(jié)劑與粉末的密度不同，它們的流動(dòng)程度也不同，可能導(dǎo)致兩相分離，以及粘結(jié)劑分解失效，引起飛邊，同時(shí)冷卻時(shí)間也要加長。2.模具溫度 模具溫度對(duì)注射坯的內(nèi)在性能和表觀質(zhì)量有很大影響。當(dāng)熔體以確定的充模時(shí)間充入型腔時(shí)，一方面與較冷的模壁接觸形成冷凝層

19、，并通過冷凝層而散失熱量。另一方面，由于冷凝層的存在，使流道面積減小，阻礙了熔體的流動(dòng)，又將產(chǎn)生摩擦熱，摩擦熱與所散失熱量相抵的結(jié)果決定了熔體溫度的上升或下降。而熔體溫度的上升或下降又反過來影響冷凝層的厚度和熔體的粘度。若模具溫度降低，則因熱傳導(dǎo)而散失熱量的速度越快，熔體溫度將降低，這將導(dǎo)致冷凝層的厚度和熔體的粘度增大，兩者均使摩擦熱增大，當(dāng)摩擦熱與散失的熱量達(dá)到新的平衡時(shí)，這一調(diào)節(jié)過程才結(jié)束。3.注射壓力 注射壓力是指注射機(jī)柱塞或螺桿頂部對(duì)喂料所施加的壓力，通常在40130MPa之間。在注射過程中，注射壓力能夠使喂料克服從料筒流向型腔的流動(dòng)阻力，提供喂料充模的速率，以及對(duì)充模熔體進(jìn)行壓實(shí)。注

20、射壓力對(duì)充模速度的影響最大。喂料熔體填充過程中，壓力會(huì)不斷升高直至模膛完全充滿，然后進(jìn)入保壓階段。在低的壓力和溫度下熔體在充模過程中熱散失過大，使得冷凝層迅速增長，冷凝層會(huì)大大減小型腔內(nèi)流動(dòng)的截面積和增大流動(dòng)阻力，從而就會(huì)產(chǎn)生欠注問題；在高的溫度和壓力下，造成過壓狀態(tài)，成形坯會(huì)粘?；蜓胤帜＞€分開，產(chǎn)生飛邊。因此適中的溫度和壓力下才能得到良好的注射成形制品。4.保壓壓力 保持壓力的設(shè)定是為使喂料在冷卻的過程中不致產(chǎn)生回流，且能繼續(xù)補(bǔ)充因喂料冷卻收縮而不足的空間，從而得到最佳的模具復(fù)制效果。保壓的作用是對(duì)型腔內(nèi)的熔體進(jìn)行壓實(shí)，使喂料緊貼于模壁以獲得精確的形狀，使不同時(shí)間和不同方向進(jìn)入型腔同一部位的

21、喂料熔合成一個(gè)整體，補(bǔ)充冷卻收縮。若此時(shí)的壓力過低，流道系統(tǒng)的熔體無法進(jìn)入模膛以補(bǔ)償喂料的冷卻收縮，則將導(dǎo)致坯件的表面出現(xiàn)縮孔、尺寸不穩(wěn)定等現(xiàn)象。而壓力太高則會(huì)阻礙脫模，易造成毛邊、過度充填澆口附近的應(yīng)力集中等不良現(xiàn)象。保壓壓力的上限由產(chǎn)生噴射、坯件粘模、飛邊和鎖模力決定。 保壓時(shí)間階段逐次降低(多段保壓)可減少翹曲、降低從澆口到末端的成形品區(qū)域之收縮變異，減少內(nèi)應(yīng)力，減少能源損耗。5.注射速率 注射速率是指單位時(shí)間內(nèi)熔料從噴嘴射出的理論容量。如果注射速率過快，在過高剪切應(yīng)變率下，粘度會(huì)因喂料的非牛頓體流變特性而降低，從而喂料以高速運(yùn)動(dòng)，形成噴射，導(dǎo)致生成內(nèi)部焊線或由模膛內(nèi)氣體來不及排出被熔體

22、包圍而形成氣孔。如果注射速度過慢，充模時(shí)間將延長，喂料會(huì)在充滿模膛前凝固，從而導(dǎo)致生成熔接線、孔洞或表面冷流動(dòng)。通常較低的注射速率是為了保持喂料在充模時(shí)產(chǎn)生柱塞式流動(dòng)，以均勻充滿模膛。4.3.3注射成形設(shè)備1)伺服電動(dòng)機(jī)僅要求機(jī)器在實(shí)際操作時(shí)才通電，預(yù)計(jì)能節(jié)省60%80%的耗電量。2)自動(dòng)控制(AC)伺服電動(dòng)機(jī)完全刪去了液壓裝置，可降低約25%的噪聲，而且可獲得更干凈的生產(chǎn)操作環(huán)境。3)自動(dòng)控制伺服電動(dòng)機(jī)能獲得更高的注射速率，并能準(zhǔn)確控制壓板移動(dòng)位置，可使注射裝置與大的合模力相結(jié)合，使大型薄壁制件的模塑獲得最佳效果，并大大縮短了循環(huán)時(shí)間。圖4-12螺桿往復(fù)式注射成形機(jī)結(jié)構(gòu)4)恒壓充模有助于消除

23、飛邊、翹曲和殘余壓力等現(xiàn)象，注射精度大幅提高。5)對(duì)于諸如注塑壓縮、注射壓鑄和層壓嵌件模塑此類的成形而言，伺服控制式壓板是最佳的選擇，進(jìn)一步加大了各種機(jī)器的通用性。6)簡單的機(jī)器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)減去了傳感器、油冷卻器和其他與液壓有關(guān)的裝置，節(jié)省了維修費(fèi)用并延長了使用期限。4.4脫脂 在MIM中，脫脂過程是整個(gè)工藝中最困難、最費(fèi)時(shí)、最重要的部分。注射坯在燒結(jié)前，必須將粉末中的粘結(jié)劑除去，以防止在之后的工序中出現(xiàn)變形、開裂及成分污染等缺陷。脫脂的目的就是在不產(chǎn)生缺陷的情況下，運(yùn)用粘結(jié)劑中各種成分隨著溫度的升高不斷地發(fā)生物理、化學(xué)變化的原理，逐漸變?yōu)闅鈶B(tài)或液態(tài)物質(zhì)，在最短的時(shí)間內(nèi)脫離開注射成形毛坯。粘結(jié)劑脫

24、除后，制品中出現(xiàn)大量的孔隙通道，坯料變得非常脆弱，難以保持形狀。通常將最后的部分脫脂與燒結(jié)結(jié)合起來，在達(dá)到燒結(jié)溫度之前的加熱階段完成全部的脫脂工序。隨著粘結(jié)劑體系的增加和改進(jìn)，形成了多種MIM脫脂方法。從工藝控制和成本考慮，粘結(jié)劑的脫脂時(shí)間應(yīng)盡量短，且不出現(xiàn)缺陷或變形，碳含量要能控制在所要求范圍內(nèi)，以提高成品質(zhì)量。 目前廣泛使用的脫脂方法有熱脫脂、溶劑脫脂、催化脫脂和虹吸脫脂等。4.4.1脫脂方法1.熱脫脂 熱脫脂就是將注射坯逐漸加熱至粘結(jié)劑組分能揮發(fā)或分解，從而達(dá)到脫脂的目的。根據(jù)熱脫脂的方式又可分為氣氛熱脫脂、真空脫脂、氧化脫脂和虹吸脫脂。 最早的且最有代表性的熱脫脂工藝是Wiech工藝。

25、此工藝簡單，成本低，無需專門設(shè)備，投資少，無環(huán)境污染。但也存在一些不足：由于粘結(jié)劑組分的蒸發(fā)溫度或分解溫度均在粘結(jié)劑的軟化點(diǎn)之上，注射坯易于變形，產(chǎn)品尺寸難以控制。為了提高成形性和減少脫脂變形，許多粘結(jié)劑都采用多組元體系，減少坯塊的內(nèi)應(yīng)力，也可將樣品埋入填料中，來減少坯塊變形和部分虹吸脫脂。熱脫脂的時(shí)間太長，脫脂速率通常小于1mm/ h，只適合生產(chǎn)小部件。2.溶劑脫脂 溶劑脫脂是溶劑不斷滲透到坯塊內(nèi)部，將坯塊內(nèi)粘結(jié)劑中可溶成分溶解出來的過程。根據(jù)脫脂方式的不同又分為萃取脫脂、超臨界脫脂、加熱溶劑兩步法脫脂和冷凝蒸氣脫脂。 溶劑脫脂只是溶解大部分粘結(jié)劑，留下少部分粘結(jié)劑維持坯塊形狀，形成連通孔的

26、網(wǎng)絡(luò)，在以后的熱脫脂中可以縮短升溫和保溫時(shí)間，有助于粘結(jié)劑的分解和揮發(fā)，減少總的脫脂時(shí)間。溶劑種類不同，其溶解性能也會(huì)不同，因而選擇適當(dāng)?shù)娜軇┛蓽p少脫脂時(shí)間。溶解低分子組元，適當(dāng)?shù)娜軇┲恍鑾讉€(gè)小時(shí)；若被溶解的是高分子聚合物，則溶解步驟包括溶脹和溶解，時(shí)間可長達(dá)20h。3.催化脫脂 催化脫脂工藝是由德國BASF公司開發(fā)研制的，它綜合了熱脫脂和溶劑脫脂的優(yōu)點(diǎn)。它利用催化氣體從坯體外部向內(nèi)部擴(kuò)散，在氣固接觸面上催化裂解聚合物，裂解產(chǎn)物以小分子氣體的形態(tài)擴(kuò)散出來，不會(huì)出現(xiàn)溶脹。脫脂過程需加熱，但由于使用了催化劑，降解反應(yīng)的溫度控制在粘結(jié)劑軟化點(diǎn)之下，脫脂快并且不易產(chǎn)生缺陷和變形，是目前最先進(jìn)的脫脂工藝

27、。該工藝的出現(xiàn)使得注射成形工藝可以連續(xù)化生產(chǎn)，脫脂速率達(dá)14mm/h，保形性大約為012%。4.虹吸脫脂表4-4各種脫脂方法對(duì)比4.4.2脫脂設(shè)備1.真空熱脫脂爐 大量的熱脫脂研究表明，熱脫脂的關(guān)鍵在于控制脫脂溫度在低溫階段(150350)慢速升溫(1/min)，以避免產(chǎn)生變形或缺陷，所以要求真空脫脂爐具有良好的溫度穩(wěn)定性和均勻性，真空脫脂爐結(jié)構(gòu)如圖4-13所示。真空熱脫脂與氣氛熱脫脂相比，真空壓力低，有利于粘結(jié)劑的揮發(fā)及分解物的排除，所以脫脂速率大于常壓下的氣氛脫脂。真空脫脂爐可用于真空或載氣脫脂，適用于不銹鋼基、硬質(zhì)合金、超合金、高密度合金、金屬陶瓷、磁性材料以及高熔點(diǎn)金屬與其他碳化物、硼

28、化物等金屬間化合物和氧化物燒結(jié)前的真空或載氣脫脂和預(yù)燒。圖4-13真空脫脂爐示意圖1爐體2充氣系統(tǒng)3外循環(huán)系統(tǒng)4真空系統(tǒng)5捕集系統(tǒng)2.催化脫脂裝置圖4-14批料式催化脫脂燒結(jié)系統(tǒng)圖4-15MIMMaster連續(xù)催化脫脂和燒結(jié)系統(tǒng)3. 溶劑脫脂裝置圖4-16溶劑脫脂槽示意圖4.5燒結(jié) 燒結(jié)是在真空或氣氛下高溫加熱從而使成形脫脂坯達(dá)到最終致密化。燒結(jié)是金屬注射成形工藝中的最后一道工序，其主要目的是改善成形坯的性能，如硬度、強(qiáng)度、疲勞壽命、韌性、延性、電導(dǎo)率、熱膨脹、磁飽和或耐蝕性等，起到使產(chǎn)品致密和化學(xué)性質(zhì)均勻，提高其力學(xué)、物理性能的作用。通過加熱燒結(jié)使粉末顆粒牢固粘結(jié)成一個(gè)均勻的固體，使得MIM產(chǎn)品達(dá)到或接近全致密化。為了加快燒結(jié)速度，MIM燒結(jié)致密化通常在材料的低熔點(diǎn)組元熔點(diǎn)以上的溫度進(jìn)行。