金屬粉末注射成型技術(shù)

金屬粉末注射成型(MetalPowderInjectionMolding,簡稱MIM)技術(shù)是將現(xiàn)代塑料注射成型技術(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°C)用注射成型機(jī)注入模腔內(nèi)固化成型，然后用化學(xué)或熱分解的方法將成型坯中的粘結(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，MIM具有精度高、組織均勻、性能優(yōu)異、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，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。國際上普遍認(rèn)為該技術(shù)的發(fā)展將會(huì)導(dǎo)致零部件成形與加工技術(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)”。MIM技術(shù)由美國加州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)，并使其得到迅速推廣，特別是在八十年代中期該技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化以來，更獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，產(chǎn)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(gè)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(huì)社均參與MIM工藝的推廣應(yīng)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(yè)從事MIM產(chǎn)業(yè)的公司，其MIM產(chǎn)品的銷售總值早已超過歐洲并直追美國。MIM技術(shù)已成為新型制造業(yè)中最為活躍的前沿技術(shù)領(lǐng)域，是世界冶金行業(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。金屬粉末注射成型技術(shù)是塑料成型工藝學(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)科滲透與交叉的產(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(jì)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、無切削或少切削、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，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、薄壁成型困難、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等缺點(diǎn)，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。MIM的工藝流程MIM的工藝流程為：金屬粉末+粘結(jié)劑一混煉一注射成型一脫脂一燒結(jié)一后處理。（1） 金屬粉末MIM工藝所用的金屬粉末顆粒尺寸一般在0.5?20口m。從理論上講，顆粒越細(xì)，比表面積也越大，越易于成型和燒結(jié)。而傳統(tǒng)的粉末冶金工藝則采用大于40口m的較粗粉末。（2） 有機(jī)粘結(jié)劑有機(jī)粘結(jié)劑的作用是粘結(jié)金屬粉末顆粒，使混合料在注射機(jī)料筒中加熱后具有流變性和潤滑性，即粘結(jié)劑是帶動(dòng)粉末流動(dòng)的載體。因此，粘結(jié)劑的選擇是整個(gè)粉末注射成型的關(guān)鍵。對(duì)有機(jī)粘結(jié)劑的要求為：①用量少，用較少的粘結(jié)劑能使混合料產(chǎn)生較好的流變性；②不反應(yīng)，在去除粘結(jié)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。（3） 混料把金屬粉末與有機(jī)粘結(jié)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(dòng)性，從而影響注射成型工藝參數(shù)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。注射成型毛坯在外觀上應(yīng)均勻一致，從而使制品在燒結(jié)過程中均勻收縮。（5） 萃取成型毛坯在燒結(jié)前必須去除毛坯內(nèi)所含有的有機(jī)粘結(jié)劑，該過程稱為萃取。萃取工藝必須保證粘結(jié)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(qiáng)度。粘結(jié)劑的排除速率一般遵循擴(kuò)散方程。（6）燒結(jié)燒結(jié)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(duì)最終制品的金相組織和性能有著很大甚至決定性的影響。（7）后處理對(duì)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的工藝特點(diǎn)及與其它加工工藝的比較：MIM使用的原料粉末粒徑在2?15pm，而傳統(tǒng)粉末冶金的原料粉末粒徑大多在50?100pm；MIM工藝的成品密度較高，相對(duì)密度達(dá)95%?98%，而傳統(tǒng)粉末冶金工藝相對(duì)密度僅為80%?85%（主要原因是MIM工藝使用微細(xì)粉末）；MIM的產(chǎn)品重量通常小于400克,傳統(tǒng)粉末冶金的產(chǎn)品重量為十到數(shù)百克;MIM的產(chǎn)品形狀可以是三維復(fù)雜形狀，傳統(tǒng)粉末冶金的產(chǎn)品形狀通常為二維簡單形狀。MIM工藝具有傳統(tǒng)粉末冶金工藝的優(yōu)點(diǎn)，而其形狀自由度高是傳統(tǒng)粉末冶金工藝所不能達(dá)到的。傳統(tǒng)粉末冶金工藝受到模具強(qiáng)度和填充密度的影響，成型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)品的有效技術(shù)，近年來使用陶芯輔助，可以完成狹縫、深孔的制造，但受到陶芯強(qiáng)度以及鑄液流動(dòng)性的限制，該工藝仍存在某些技術(shù)難題。一般而言，該工藝制造大、中型零件較為合適，制造復(fù)雜形狀的小型零件則以MIM工藝較為合適。壓鑄工藝用于鋁和鋅合金等熔點(diǎn)低、鑄液流動(dòng)性良好的材料，該工藝的產(chǎn)品因材料的限制，其強(qiáng)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(chǎn)品的精度和復(fù)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(xiàng)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)械加工工藝靠自動(dòng)化而提升其加工能力，在效果和精度上有極大的進(jìn)步，但在基本程序上仍脫不開以逐步加工（車、刨、銑、磨、鉆孔、拋光等）來完成零件形狀的加工。機(jī)械加工方法的加工精度遠(yuǎn)優(yōu)于其他加工方法，但是因?yàn)椴牧系挠行Ю寐实停移湫螤畹耐瓿墒芟抻谠O(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(duì)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的技術(shù)優(yōu)勢（1） 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(shí)現(xiàn)。以往在傳統(tǒng)加工技術(shù)中先作成個(gè)別元件再組合成組件的方式，在使用MIM技術(shù)時(shí)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與其他金屬加工方法比較，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±0.1?土0.3左右,特別對(duì)于降低難于進(jìn)行機(jī)械加工的硬質(zhì)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） 制品微觀組織均勻、密度高、性能好在壓制加工過程中，由于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(dǎo)致了壓制毛坯在微觀組織上不均勻，這樣就會(huì)造成壓制粉末冶金件在燒結(jié)過程中收縮不均勻，因此不得不降低燒結(jié)溫度以減少這種效應(yīng)，從而使制品孔隙度大、材料致密性差、密度低，嚴(yán)重影響制品的機(jī)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(jìn)而使燒結(jié)制品密度可達(dá)到其材料的理論密度。一般情況下，壓制產(chǎn)品的密度最高只能達(dá)到理論密度的85%。制品的高致密性可使強(qiáng)度增加，韌性加強(qiáng)，延展性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性得到改善，磁性能提高。（3）效率高，易于實(shí)現(xiàn)大批量和規(guī)?；a(chǎn)MIM技術(shù)使用的金屬模具，其壽命和工程塑料注射成型具模具相當(dāng)。由于使用金屬模具，MIM適合于零件的大批量生產(chǎn)。由于利用注射機(jī)成型產(chǎn)品毛坯,極大地提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，而且注射成型產(chǎn)品的一致性、重復(fù)性好，從而為大批量和規(guī)模化工業(yè)生產(chǎn)提供了保證。（4）適用材料范圍寬，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊（鐵基，低合金，高速鋼，不銹鋼，克閥合金，硬質(zhì)合金）可用于注射成型的材料非常廣泛，原則上任何可高溫澆結(jié)的粉末材料均可由MIM工藝制造成零件，包括傳統(tǒng)制造工藝中的難加工材料和高熔點(diǎn)材料。此外，MIM也可以根據(jù)用戶要求進(jìn)行材料配方研究，制造任意組合的合金材料，將復(fù)合材料成型為零件。注射成型制品的應(yīng)用領(lǐng)域已遍及國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，具有廣闊的市場前景。（5）MIM工藝采用微米級(jí)細(xì)粉末，既能加速燒結(jié)收縮，有助于提高材料的力學(xué)性能，延長材料的疲勞壽命，又能改善耐、抗應(yīng)力腐蝕及磁性能。5.MIM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域（1） 計(jì)算機(jī)及其輔助設(shè)施：如打印機(jī)零件、磁芯、撞針軸銷、驅(qū)動(dòng)零件等；（2） 工具：如鉆頭、刀頭、噴嘴、槍鉆、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(dòng)牙刷、剪刀、風(fēng)扇、高爾夫球頭、珠寶鏈環(huán)、圓珠筆卡箍、刃具刀頭等零部件；（4） 醫(yī)療機(jī)械用零件：如牙矯形架、剪刀、鑷子等；（5） 軍用零件：導(dǎo)彈尾翼、槍支零件、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(dá)、電子零件、傳感器件等；（7） 機(jī)械用零件：如松棉機(jī)、紡織機(jī)、卷邊機(jī)、辦公機(jī)械等；（8） 汽車船舶用零件：如離合器內(nèi)環(huán)、拔叉套、分配器套、汽門導(dǎo)管、同步轂、安全氣囊件等。金屬粉末注射成形技術(shù)研究進(jìn)展金屬注射成形（MetalPowderInjectionMolding,簡稱MIM）是傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)和塑料注射成形技術(shù)相結(jié)合的一種高新技術(shù)。MIM始于20世紀(jì)70年代末，過去由于缺少合適的粉末及原料價(jià)格太高、知識(shí)平臺(tái)不完善、技術(shù)不成熟、人們了解和市場接受時(shí)間不長、生產(chǎn)（包括模具制造）周期太長、投資不夠等原因，其發(fā)展和應(yīng)用較為緩慢。為解決MIM技術(shù)的難點(diǎn)，促進(jìn)MIM技術(shù)實(shí)用化，80年代中期美國制定了一個(gè)高級(jí)粉末加工計(jì)劃，研究內(nèi)容涵括了與注射成形有關(guān)的18個(gè)課題。隨后日本、德國等也積極開展MIM的開發(fā)研究。隨著MIM研究的不斷深入以及新型粘結(jié)劑的開發(fā)、制粉技術(shù)和脫脂工藝的不斷進(jìn)步，到90年代初已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。經(jīng)過20多年的努力，目前MIM已成為國際粉末冶金領(lǐng)域發(fā)燕尾服迅速、最有前途的一種新型近凈成形技術(shù)，被譽(yù)為“國際最熱門的金屬零部件成形技術(shù)”之一。1MIM工藝和技術(shù)特點(diǎn)MIM的基本工藝如圖1所示。它首先是選擇符合MIM要求和金屬粉末和粘結(jié)劑，然后在一定溫度下采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒎勰┖驼辰Y(jié)劑混煉成均勻的注射成形喂料，經(jīng)制粒后在注射成形機(jī)上注射成形，獲得的成形坯經(jīng)脫脂處理后燒結(jié)致密化最終產(chǎn)品。MIM工藝包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、質(zhì)量檢測、混煉、注射、脫脂、燒結(jié)、二次加工等8個(gè)重要環(huán)節(jié)。粘結(jié)劑-混煉-注射成形-脫脂-燒結(jié)粉末圖1MIM技術(shù)的主要工藝步驟MIM結(jié)合了粉末冶金和塑料注射成形2種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，突破了傳統(tǒng)金屬粉末模壓成形工藝在產(chǎn)品形狀上的限制。MIM利用金屬粉末技術(shù)特點(diǎn)能燒結(jié)出致密、具良好機(jī)械性能及表面質(zhì)量的機(jī)械零件。同時(shí)，利用塑料注射成形技術(shù)能大批量、高效率地生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件。利用優(yōu)于常規(guī)的粉末冶金、精密鑄造等工藝。MIM的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：1）可以生產(chǎn)開頭十分復(fù)雜的零件；2）燒結(jié)的密度化程度高，怕能可與鍛造材料相比；3）可最大限度地制得最終形狀的零件而無須后續(xù)機(jī)加工或只需少量的機(jī)加工；4)材料利用率高，適合大批量生產(chǎn)；5)設(shè)備投資較小，并能自動(dòng)控制整個(gè)工藝，生產(chǎn)效率高。粉末和材料粉末的種類、特點(diǎn)和選用對(duì)MIM制品的性能及其應(yīng)用范圍的拓展起著十分重要的作用。MIM要求粉末粒度為微米級(jí)以下，形狀近球形。此外對(duì)粉末的松裝密度、搖實(shí)密度、粉末長徑比、自然坡度角、粒度分布也有一定的要求。目前生產(chǎn)MIM用粉末的主要方法有：水霧化法、氣體霧化法、羰基法。每種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)：水霧化法是主要的制粉工藝，其效率高、大規(guī)模生產(chǎn)比較經(jīng)濟(jì)，可使粉末細(xì)微化，但形狀不規(guī)則，這有利于保形，但所用粘結(jié)劑較多，影響精度。此外，水與金屬高溫反應(yīng)形成的氧化膜妨礙燒結(jié)。氣體霧化法是生產(chǎn)MIM用粉的主要方法，它生產(chǎn)的粉末為球形，氧化程度低，所需粘結(jié)劑少，成形性好，但極細(xì)粉收率低，價(jià)格高，保形性差，且粘結(jié)劑中的C，N，H，O對(duì)燒結(jié)體有影響。羰基法生產(chǎn)的粉末純度高、開頭穩(wěn)定、粒度極細(xì)，它最適合于MIM,但僅限于Fe,Ni等粉體，不能滿足品種的要求。為了滿足MIM用粉的要求，許多制粉公司對(duì)上述方法進(jìn)行了改進(jìn)，還發(fā)展了微霧化、層流霧化等制粉方法。先用粉末要從MIM技術(shù)、產(chǎn)品形狀、性能、價(jià)格等多方面綜合考慮，現(xiàn)在通常是水霧化粉和氣霧化粉混合使用，前者提高振實(shí)密度后者維持保形性。目前采用水霧化粉也可生產(chǎn)相對(duì)宙度大于99%的燒結(jié)體，因此較大型零件只使用水霧化粉，較小型零件使用霧化粉。為降低粉末價(jià)格，有些公司已轉(zhuǎn)向生產(chǎn)粗顆粒和寬粒徑分布的粉末。開發(fā)利用較粗的復(fù)合粉、合金粉是MIM工工一個(gè)發(fā)展方向。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，各行各業(yè)對(duì)材料的要求也越來越高，每一種材料和粉末都對(duì)MIM技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。常用的MIM材料體系包括：低合金鋼(Fe-2Ni,Fe-8Ni),不銹鋼(304L,316L,317L,410L,430L,434L,440A,440C,17-4PH)、工具鋼(CrMo4,MZ)、硬質(zhì)合金(WC-6Co)、重合金(W-Ni-Fe,W-Ni-Cu,W-Cu)、高強(qiáng)度鋼、Ti及Ti合金(TiAl,Ti-6Al-4VTiMo)、磁性材料(Nd-Fe-B,NiCuZn,Fe-50Ni/Co,SmCo5,FeSi)、高溫合金、難熔合金等。目前已開發(fā)出一系列新的合金材料體系，如Fe-Al-Si、無Ni奧氏體不銹鋼、SiN陶瓷甚至超合金等，目前正向陶瓷粉末注射成形方向發(fā)展，ZrO2,Si3N4,AlN,Al2O3等都能利用注射成形技術(shù)生產(chǎn)開頭復(fù)雜、產(chǎn)品精度高的產(chǎn)品。雖然MIM方法能制出許多不同材料和形狀的產(chǎn)品，但它仍是一種小型零件的制備方法，一般產(chǎn)品的厚度在1/2英寸以下，質(zhì)量在300g以下。尤其是硬質(zhì)合金的注射成形和鈦合金等更難制造出較大的零件，通過對(duì)MIM工藝的優(yōu)化來加大MIM產(chǎn)品的尺寸仍然是當(dāng)今MIM工藝的一個(gè)發(fā)展方向。粘結(jié)劑和混煉在MIM中，粘結(jié)劑起著十分重要的作用，它直接影響著混合、注射成形、脫脂等工序，對(duì)注射成形坯的質(zhì)量、脫脂及尺寸精度、合金成分等有很大的影響。粘結(jié)劑是MIM技術(shù)的靈魂，其加入和脫除是MIM的關(guān)鍵技術(shù)，粘結(jié)劑體系所采用的脫脂工藝是國內(nèi)外重點(diǎn)研究的課題。MIM所使用的粘結(jié)劑包括熱塑性體系、熱固性體系、水溶性體系、凝膠體系及特殊體系，它們各有其優(yōu)缺點(diǎn)（見表1）。熱塑性粘結(jié)劑體系是MIM粘結(jié)劑的主流和先導(dǎo)，人們圍繞改善喂粒流變性能、減少脫脂變形及縮短脫脂時(shí)間等進(jìn)行了大量的研究，開發(fā)出了一些包括聚縮醛粘結(jié)劑的特殊體系，使熱塑性粘結(jié)劑體系有了進(jìn)一步的發(fā)展。但是粘結(jié)劑的研究和開發(fā)缺乏與粉末的親和性能、粉末與粘結(jié)劑的混合、粘結(jié)劑和喂料在各種條件下的流變性能及熱力學(xué)性能、粘結(jié)劑對(duì)脫脂及產(chǎn)品性能的影響等，為粘結(jié)劑的選擇提供普適性原則和理論基礎(chǔ)，無疑具有十分積極的意義。開發(fā)新型高效的粘結(jié)劑體系，也是MIM技術(shù)需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容之一。表1各種粘結(jié)劑體系的比較體系優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)蠟基系粘度低、成形坯強(qiáng)度高、注射范圍寬、成本低、裝載量高，適合生產(chǎn)厚度小于8mm和主光潔度的零件混料時(shí)易發(fā)生揮發(fā)、易產(chǎn)生相分離、注射料性能不穩(wěn)定、保形性差易產(chǎn)生相分離、成形坯強(qiáng)度低裝載量稍低、脫脂慢熱塑性體系油基系粘度低、注射范圍寬塑基系成形坯強(qiáng)度高、保形式性好熱固性體系溫度穩(wěn)定性好、尺寸精度高混合困難、反應(yīng)副縣長產(chǎn)物導(dǎo)致產(chǎn)品多孔、脫脂困難水溶性體系不需要有機(jī)溶劑，適合于生產(chǎn)截面小的零件裝載量低、注射范圍窄、易變形、對(duì)于燒結(jié)密度很高時(shí)不適合凝膠體系水易于蒸發(fā)、脫脂速度快、無需特殊設(shè)備、可生產(chǎn)厚的產(chǎn)品面形坯強(qiáng)度低、易變形、注射范圍窄聚縮醛基成形坯強(qiáng)度高、保形性好、脫脂速度快、可生產(chǎn)截面小于40mm的零件粘度高、需專門設(shè)備、存在酸處理問題屬反應(yīng)型粘結(jié)劑特殊體系丙烯酸基注射范圍寬、脫脂速度快、可生產(chǎn)厚的產(chǎn)品混煉是一個(gè)復(fù)雜的改善粉末流動(dòng)性和完成分散的過程。常用的混煉裝置有雙螺桿擠出機(jī)、Z形葉輪混料機(jī)、雙行星混煉機(jī)等，目前正在發(fā)展連續(xù)混煉工藝?；鞜挄r(shí)的加料速率、混煉溫度、轉(zhuǎn)速等都會(huì)影響混煉的效果?；鞜捁に嚥襟E目前一直停留在依靠經(jīng)驗(yàn)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。盡管喂料的質(zhì)量測試方法、喂料的設(shè)計(jì)原理都已建立，并且用MIM技術(shù)已生產(chǎn)出較大尺寸的產(chǎn)品，也出現(xiàn)了新的專門的喂料供應(yīng)商，但是混煉技術(shù)缺少工藝模型、效率低。今后應(yīng)更多地研究如何建立起喂料的狀態(tài)方程，并將其和注射充模模擬起來，并繼續(xù)研究壓力-密度-溫度-剪切速率-粘度的關(guān)系。注射成形注射成形關(guān)鍵問題之一是有關(guān)成形的各項(xiàng)設(shè)計(jì)，其中包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)。盡管目前生產(chǎn)的產(chǎn)品可從0.003g到17g，而且在改進(jìn)精度方面已取得了重要進(jìn)步，然而大多數(shù)設(shè)計(jì)特別是模具設(shè)計(jì)是憑經(jīng)驗(yàn)，缺少可靠的設(shè)計(jì)知識(shí)，CAD系統(tǒng)難以很好地應(yīng)用于MIM。現(xiàn)已運(yùn)用塑料模具的原理逐步將MIM的模具標(biāo)準(zhǔn)化，隨著經(jīng)驗(yàn)的積累，模具設(shè)計(jì)和制作的時(shí)間將會(huì)大大減少，盡可能多地使用多模腔模具以提高注射效率。MIM目前無需使用特殊的注射機(jī)，只將普通的注射機(jī)稍加以改進(jìn)即可。對(duì)于許多產(chǎn)品的注射成形現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但是目前超小型零件的注射成形仍然存在問題。注射成形的目的是獲得所需形狀的無缺陷成形坯，注射缺陷在后續(xù)工藝中不可消除，因此這個(gè)步驟要嚴(yán)格控制。注射產(chǎn)生缺陷的原因已查明，采用超聲檢測技術(shù)可檢測出注射成形坯的內(nèi)部缺陷。注射階段的缺陷控制目前主要還是憑經(jīng)驗(yàn)操作。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，采用計(jì)算機(jī)模擬喂料的注射充模過程，并將其和喂料性能等相聯(lián)系，優(yōu)化注射條件參數(shù)，消除注射缺陷是目前先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)手段，也是未來的發(fā)展趨勢。脫脂和燒結(jié)目前流行的MIM工藝，其獨(dú)特之處是粘結(jié)劑體系和脫脂技術(shù)。粘結(jié)劑的脫除最費(fèi)時(shí)、最難控制，是MIM中最困難和最重要的環(huán)節(jié)，脫脂一直是阻礙MIM技術(shù)發(fā)展的難題。一般粘結(jié)劑占成形坯體積的40%以上，在脫脂過稆成形坯極易出現(xiàn)宏觀和微觀缺陷，脫脂工藝對(duì)于保證產(chǎn)品質(zhì)量極為重要。常用的脫脂方法有熱脫脂、溶劑脫脂、虹吸脫脂及超臨界流體萃取等，每種稅脂方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)(見表2)，具體選用何種脫脂方法要根據(jù)粘結(jié)劑組成和粉料的化學(xué)性質(zhì)而定。具有代表性制造種脫脂工藝是Wiech(I)法、Wiech(II)法、Wiech(III)法。Injectamax法是一種兩面三刀步法脫脂工藝，是目前廣泛使用的脫脂方法。水溶解法的最大優(yōu)點(diǎn)是可以用普通溶劑來選擇性地萃取SPS(固態(tài)聚合物溶液)中的低分子物質(zhì)，克服了使用有機(jī)溶劑的缺點(diǎn)。為了克服有機(jī)溶劑脫脂帶來的環(huán)保問題人們還開發(fā)了超臨界流體萃取脫脂工藝。Metamold法是20世紀(jì)90年代初開發(fā)的一種催化脫脂方法，它綜合了熱脫脂和溶劑脫脂的優(yōu)點(diǎn)，是目前最先進(jìn)的脫脂的方法。以上脫脂方法各有不足，需要開發(fā)更加先進(jìn)的脫脂工藝，使脫脂時(shí)間進(jìn)一步縮短并減肥少脫脂缺陷，以降低成本。表2各種脫脂方法的比較脫脂方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)熱脫脂工藝簡單、成本低、投資少、無環(huán)境污染脫脂速度慢、易產(chǎn)生缺陷。只適合于小件溶劑脫脂脫脂速度增加、脫脂時(shí)間縮短工藝復(fù)雜、對(duì)環(huán)境和人體有害、存在變形催化脫脂脫脂速度快、無變形、可生產(chǎn)較厚的零件需要專門設(shè)備、分解氣體有毒、存在酸處理問題虹吸脫脂脫脂時(shí)間短有變形、虹吸粉污染樣品燒結(jié)是MIM工藝中最后一道工序，它起到使產(chǎn)品致密和化學(xué)性質(zhì)均勻，提高其機(jī)械、物理性能的作用。雖然MIM的燒結(jié)方法、原理與傳統(tǒng)粉末冶金一樣，但是由于金屬粉末注射成形中采用了大量的粘結(jié)劑，燒結(jié)時(shí)收縮非常大，線收縮率一般達(dá)到12%—18%，這樣就存在一個(gè)變形控制和尺寸控制的問題，尤其是因?yàn)镸IM產(chǎn)品大多數(shù)是開頭復(fù)雜的異形件，這個(gè)問題就顯得更加突出?，F(xiàn)在有的產(chǎn)品尺寸精度可達(dá)0.1%，有效地控制工藝過程可使MIM產(chǎn)品的尺寸精度進(jìn)一步提高。為了擴(kuò)大MIM的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)MIM燒結(jié)做了許多研究以提高產(chǎn)品的性能和尺寸精度。產(chǎn)品性能和尺寸精度是MIM的最終控制指標(biāo)，尺寸精度的高低與原料、混煉、注射、脫脂、燒結(jié)等都有密切的關(guān)系，燒結(jié)條件如溫度、氣氛、升溫速度等影響產(chǎn)呂精度，對(duì)于某些材質(zhì)的產(chǎn)品，燒結(jié)還有一個(gè)碳熱控制問題?，F(xiàn)在人們已將注意力轉(zhuǎn)向加熱過程中的氣體反應(yīng)，特別是殘留聚合物和粉末雜質(zhì)反應(yīng)，滯后的反應(yīng)引起氣體填充在孔隙中影響產(chǎn)品的致密化問題。連續(xù)燒結(jié)已轉(zhuǎn)達(dá)向N2氣氛以降低成本。由于目前細(xì)粉末的價(jià)格較高，研究粗粉末坯塊的強(qiáng)化燒結(jié)技術(shù)是降低粉末注射成形生產(chǎn)成本的重要途徑之一。6應(yīng)用MIM由于其技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面的優(yōu)勢得到了國內(nèi)外的高度重視，其產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于軍品和民品從多領(lǐng)域。MIM生產(chǎn)廠家越來越多，目前世界上MIM產(chǎn)值的年增長率為20%-30%，2000年全球MIM產(chǎn)品市場總值達(dá)到7億美元。預(yù)計(jì)到2010年，全球MIM的總產(chǎn)值可增加到24億美元。表3列出了用MIM技術(shù)生產(chǎn)的典型產(chǎn)品及應(yīng)用領(lǐng)域。幾種主要材料的MIM產(chǎn)品的應(yīng)用正在拓展，例如不銹鋼是一種高合金含量的特殊鋼種，它具有一系列優(yōu)異的性能，但由于用于汽車零件、航天航空部件、小型槍械零件、牙齒矯正托套、外科手術(shù)機(jī)械、醫(yī)用氣體集流腔、電動(dòng)牙刷齒輪、手表殼帶、眼鏡框、鎖芯、驅(qū)動(dòng)盤軸殼、半導(dǎo)體生產(chǎn)設(shè)備的加工工具、日用鑷、鉗、鉆等工具、飲料分裝系統(tǒng)的“丁”字和“十”字接頭、軸承保持架、閥件、裝飾件等。MIM工藝的出現(xiàn)為高熔點(diǎn)、難加工的硬質(zhì)合金材料的推廣應(yīng)用帶來了契機(jī)，MIM硬質(zhì)合金的產(chǎn)品利潤率高于大部分Fe-Ni和不銹鋼材質(zhì)的產(chǎn)品，可望