金屬噴射成型粉末冶金

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。

1.MIM的工藝流程為:金屬粉末+粘結(jié)劑→混煉→注射成型→脫脂→燒結(jié)→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0.5~20μm。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40μm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)劑是帶動粉末流動的載體。因此，粘結(jié)劑的選擇是整個粉末注射成型的關(guān)鍵。對有機(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?；旌狭系木鶆虺潭戎苯佑绊懫淞鲃有?，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。

2.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2~15μm，而傳統(tǒng)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(dá)95%~98%，而傳統(tǒng)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(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。

3.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~±0.3左右，特別對于降低難于進(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)?；I(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。

4.MIM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

(1)計算機(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。

(1)適用成形原材料廣泛，對原材料的品牌、形態(tài)和規(guī)格無限制，可以噴射用戶自行設(shè)計或選擇的由聚合物、金屬或陶瓷等構(gòu)成的溶液(水溶液或溶劑溶液)、膠體、懸浮液、漿料或熔融體。

(2)噴頭中設(shè)有加熱裝置，能根據(jù)需要通過加熱改變原材料的黏度，以便獲得所需噴射性能的流體。噴頭中還設(shè)有排氣裝置，能有效地清除原材料中混入的氣體，確保成形品質(zhì)。

(3)可精確、有效地控制工件各部位噴射的材料組分與含量。

(4)噴頭為全不銹鋼結(jié)構(gòu)，噴射推力大，性能穩(wěn)定，能噴射高黏性材料和含有強(qiáng)溶劑的材料。

(5)料筒易于清洗，可方便地更換其中的成形原材料。

(6)噴嘴不易堵塞，可快速、方便地進(jìn)行拆卸、清洗和安裝。

(7)系統(tǒng)運(yùn)行時，可實(shí)時在線調(diào)整噴頭的加熱溫度、噴射流量和移動速度，以及工作臺的移動速度，以便優(yōu)化成形工藝。

粉末冶金工藝主要有粉末鍛造粉末冶金,壓力燒結(jié)粉末冶金,等靜壓成型粉末冶金,金屬噴射成型粉末冶金

等工藝.目前有以下分類:粉末冶金多孔材料、粉末冶金減摩材料、粉末冶金摩擦材料、粉末冶金結(jié)構(gòu)零件、粉末冶金工模具材料、和粉末冶金電磁材料和粉末冶金高溫材料等。

在生產(chǎn)加工過程中需要對易氧化銹蝕的致密材料進(jìn)行表面防銹處理,致密材料防銹液MJ316,進(jìn)行防銹處理,不影響后序加工.

環(huán)境安全:該液為環(huán)保水溶性防銹溶液;不產(chǎn)生揮發(fā)性有毒物質(zhì);不慎與身體直接接觸，

請首先用大量清水清洗。

使用說明:使用前攪拌或晃動均勻溶液后，浸入或噴涂在金屬表面晾(烘)干即可，

防銹期可達(dá)18個月-30個月。

可適當(dāng)加水稀釋使用。 本品不宜與其它防銹產(chǎn)品混合使用。

包裝與存儲:10/25KG桶;存放在于室內(nèi)陰涼處，密封。

有效期:1年6個月。

性能參數(shù):

外觀:深色液體;

熱穩(wěn)定性: <180℃;

PH值:8-10;

粘度:12cps;

比重:1.05;

閃點(diǎn):>90℃;

鹽霧試驗 :(鐵基粉末件，41±1℃)>72Hs;(鑄鐵片，40±1℃)> 120Hs。