金屬粉末（mò）注射成型技術(Metal Powder Injection Molding，簡稱MIM)是（shì）將現代塑料注射成形技術引入粉末冶金領域而形（xíng）成的一門新型粉末冶金近淨形成形技術（shù）。

 

技術簡介

其基本工藝過程是：首先將固體（tǐ）粉末與有機粘結劑均勻混練，經製粒後在加熱塑化（huà）狀態下(～150℃)用注射成形機注（zhù）入模腔內固化成（chéng）形，然後用化學或熱分解的方法將成形坯中的粘（zhān）結劑脫（tuō）除，最後經燒結致密化得到最終產品。與傳（chuán）統工藝（yì）相比，具有精度高、組織均勻、性能優異，生產成本低等特點，其產品（pǐn）廣泛應用於電子信息工程、生物醫療器（qì）械、辦公設備、汽車、機（jī）械、五金、體育（yù）器械、鍾表業、兵器（qì）及（jí）航空航天等（děng）工業（yè）領域。

 

因此，國際（jì）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（zuì）熱門的零部件成形技術”和“21世紀的（de）成形技術”。

 

曆史與（yǔ）現狀

美國加州Parmatech公司於1973年發明，八十年代（dài）初歐洲許多國家以及日本也都投入極大精（jīng）力開始研究該（gāi）技術，並得到迅速推廣。特別是八十年代中期（qī），這項技術實現產業化以來更獲得突飛猛進的（de）發展，每年都（dōu）以驚（jīng）人的速度遞增。到目前為止（zhǐ），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（gōng）藝（yì）技術的產品開發、研（yán）製與銷售工（gōng）作。

 

日本在競爭（zhēng）上十（shí）分積極，並（bìng）且（qiě）表現突出，許多大型株式（shì）會社均參與MIM工業的推廣，這些公司（sī）包括有太（tài）平洋金屬、三菱製（zhì）鋼、川崎製鐵、神戶製鋼、住友礦山（shān）、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（yè）的公司（sī），其MIM工（gōng）業產品的銷售總值早已超過歐洲（zhōu）並直追美國。

 

到目前為止，全球已有百餘（yú）家公司從事該項技術的產品開發、研製與銷售工作，MIM技術也因此成為新型製造業中最（zuì）為活躍的（de）前沿（yán）技術領域，被世（shì）界冶金行（háng）業的開拓性技術，代表著粉末冶金技術發展的主方向MIM技術 

 

 

工（gōng）藝特點

金屬粉末注射（shè）成型技術是集塑料成型工藝學、高分子化學、粉（fěn）末冶金工藝學和（hé）金屬材料學（xué）等多（duō）學科透與交叉的產物，利（lì）用模具可注射成型坯件並（bìng）通過燒結快速製造高密（mì）度、高精度、三維複雜形狀的結構零（líng）件，能夠快速準確地將設計思想物化為具有一定（dìng）結構、功能特性的製品，並可（kě）直接批量生產出零件，是製造技術行業一次（cì）新的（de）變革。

 

該工藝技術不僅具有常規（guī）粉末冶金工藝工序少、無（wú）切削或少切削、經濟效益高等優點，而且克（kè）服了傳統粉末冶金工（gōng）藝製品（pǐn）、材質不均勻（yún）、機械性能低、不易成型薄壁、複雜結構的缺點，特別適合於（yú）大批量（liàng）生產小（xiǎo）型、複雜以及具有特殊要求的金屬（shǔ）零件。工藝流程（chéng）粘結劑→混煉→注射成形→脫脂→燒結→後處（chù）理

　

粉末金屬粉末

 

　　MIM工藝所用金屬粉末顆粒尺寸（cùn）一般在0.5~20μm；從理（lǐ）論上講，顆粒越（yuè）細，比表麵（miàn）積也越大（dà），易於成型和燒結。而傳統的粉末冶金工藝則采用大於40μm的較粗的（de）粉末。有（yǒu）機膠粘劑

 

　　有（yǒu）機膠粘劑作用是粘（zhān）接金屬粉末顆粒，使混合料在注射機料筒中加熱具有流變性和潤滑性，也就是說帶動粉末（mò）流動（dòng）的載體。因此，粘接劑的選擇是整個粉末的載體。因此，粘拉選擇是（shì）整個粉末注射成型的關（guān）鍵。對有機粘接（jiē）劑要求：

 

　　1.用量少，用較少的粘接劑能使混合料產生較好的（de）流變性；

 

　　2.不反（fǎn）應（yīng），在去除粘接劑的過程中與金屬粉末不起任何化學反應；

 

　　3.易（yì）去除，在製（zhì）品內不殘留碳。混料

 

　　把（bǎ）金屬粉末與有機粘接劑均勻摻混在一起，使各種原料成為注射成型用混（hún）合（hé）料。混合料的均勻程（chéng）度直接影響其流動性，因而影響（xiǎng）注射成型工藝參數，以至（zhì）最終材料的密度及其它性（xìng）能。注射成形本步工藝過程與塑料注射成型工藝過（guò）程在（zài）原理上是一致的，其設備條件也（yě）基本相同。在注射成型（xíng）過程中，混合料在（zài）注射機料筒內被加熱成具（jù）有流變性的塑性物料，並在適當的注射壓（yā）力下注入模具中，成型出（chū）毛坯。注射成（chéng）型的毛坯的微觀上應（yīng）均勻（yún）一（yī）致，從而使製品在燒結過程中均勻收縮。萃取

 

　　成型毛坯在燒結前必須去除毛坯內所含有的有機粘接劑，該過程（chéng）稱為萃取。萃取工藝必須保證粘接劑從毛坯的不同部位（wèi）沿著（zhe）顆料之間的微小（xiǎo）通道逐（zhú）漸地排出，而不降低毛坯的強度。粘結劑的排除（chú）速率一般遵循擴散方程。燒結燒結能使多孔的脫脂毛坯收縮至密化成為具有一定組織（zhī）和性能的製品。盡管製品的性能與燒結前的許多（duō）工藝因（yīn）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（zhì）決定性的影響（xiǎng）。後處理

 

　　對於尺寸要求較為精密的零件，需要進行必要（yào）的後處理。這工序（xù）與常規金屬製品的熱處理工序相同。MIM工藝的特點MIM工藝與其（qí）它加工（gōng）工藝的對比

 

　　MIM使用的原料粉末粒徑在2-15μm，而傳統粉末冶（yě）金的原粉粉末粒徑大多在（zài）50-100μm。MIM工藝的成品密度高，原因是使（shǐ）用微細粉（fěn）末。MIM工藝具有傳統粉末冶金工藝的優點，而形狀上自（zì）由度（dù）高是傳統粉（fěn）末冶金所不能達到的。傳統粉末冶（yě）金（jīn）限於模具的強度和填充密度，形（xíng）狀大（dà）多為二維圓柱型。

 

　　傳統的精密鑄（zhù）造脫（tuō）燥工藝為一種製作複雜形狀產品極有效的技術，近年使用陶（táo）心輔助可以完成狹縫、深孔穴的成品，但是礙於陶心的（de）強度，以（yǐ）及鑄（zhù）液的流動性的限製，該工藝仍有某些技術上的困難。一般而言，此工藝製造大、中型零件較為合（hé）適，小型而複雜（zá）形狀的零件則以MIM工藝較（jiào）為合適。比較項目製造工藝MIM工（gōng）藝傳統粉末冶金工（gōng）藝粉末粒徑(μm)2-1550-100相對（duì）密（mì）度(%)95-9880-85產品重量(g)小於（yú）或等於400克10-數百（bǎi）產品（pǐn）形狀三維複雜形狀二維簡單形（xíng）狀機械（xiè）性能優劣

 

　　MIM製程和傳統（tǒng）粉末冶金法的比較壓鑄（zhù）工藝用在鋁和鋅合金等熔點低、鑄液流動性良好的材料。此工藝的產品因材料的限製，其強度、耐磨性、耐蝕性均有限度。MIM工藝可以加工（gōng）的（de）原材料較多。

 

　　精密鑄造工藝，雖然在近年來其產品的精度和複雜度均提高，但仍比不（bú）上脫蠟工藝和MIM工藝，粉末鍛造是一項重（chóng）要的發展，已適用於連杆的量產製造。但（dàn）是一（yī）般而言，鍛造的工程中熱處理的成本和模（mó）具的壽命還是有問題，仍待進一步解決。

 

　　傳統機械加工法、近來靠自（zì）動（dòng）化而提升其加工能力，在效果和精度（dù）上有極大的進步，但是基本的程序上仍脫不開逐步加工(車削、刨、銑、磨、鑽孔、拋光（guāng）等)來完成零件形狀的方式。機械（xiè）加工方法的加工精度遠優（yōu）於（yú）其他加工（gōng）方（fāng）法（fǎ），但是（shì）因為材料的有效（xiào）利用率低，且其（qí）形狀的完成受限於設備與刀（dāo）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，不受限製，對於小型、高難度形狀的精密零件的製造，MIM工藝比較機（jī）械加工（gōng）而言，其成本較低且效率高，具（jù）有很強的競（jìng）爭力。

 

　　MIM技術並（bìng）非與傳統加工方法競爭，而是彌補傳統加工方法在技術上（shàng）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（zuò）的零（líng）件領（lǐng）域（yù）上發（fā）揮其特長（zhǎng）。MIM工藝在零部件製造方麵所（suǒ）具有的技術優勢可成型高度複雜結構的結構零件（jiàn）

 

　　注射成型工藝技術利（lì）用注射（shè）機注射成型產品毛坯，保證（zhèng）物料充分充（chōng）滿（mǎn）模具型腔，也就保（bǎo）證了零件高複雜結構（gòu）的實現。以往在傳統加工技（jì）術（shù）中先作成個別元件（jiàn）再組合成組件的方式，在使用MIM技術時可（kě）以考慮整合成完（wán）整的單一零（líng）件，大大減少步驟、簡（jiǎn）化加工程序。MIM和其他金屬加工法的比較製品尺寸精度高，不必進行二次加（jiā）工或隻需少量精（jīng）加工

 

　　注射成（chéng）型工藝可直接成型薄壁、複雜結構（gòu）件，製品形狀已接近最終（zhōng）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（yú）降低難於進行（háng）機械加工的硬質合金的（de）加工成本，減少貴重金（jīn）屬所加工損（sǔn）失（shī）尤其具有重要意（yì）義。製品微觀組（zǔ）織均勻、密度高、性能好

 

　　在壓製過程中由於模壁（bì）與粉末以及粉末與（yǔ）粉末之間（jiān）的摩擦力，使（shǐ）得壓製壓力分布非（fēi）常不（bú）均勻，也就導致了壓製毛（máo）坯在微觀組織上的不均勻，這樣就會造成（chéng）壓製粉末冶金件在燒結過（guò）程中（zhōng）收縮不（bú）均勻，因此不得不降低燒結（jié）溫度以（yǐ）減少這種效應，從而使製品孔（kǒng）隙（xì）度大、材料致密性（xìng）差、密度（dù）低（dī），嚴重影響製品的機械性能。反之注射（shè）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（kě）消除毛坯微觀組織上的不均勻，進而使（shǐ）燒結製（zhì）品密（mì）度可達到其材料的（de）理論密度。一般情況下壓製產品的密度最高隻能達到理論密（mì）度的85%。製品高的致（zhì）密性可使強度增加、韌性（xìng）加強，延展性、導電導熱性得到改善、磁性能提高。效率高，易於實現大批量和規模化生（shēng）產

 

　　MIM技術使用的（de）金屬模具，其壽命和（hé）工程塑料注射成型具模具（jù）相當。由於使用金屬（shǔ）模具，MIM適合於零件的大量生產。由於利用注射機成型產品毛坯，極大（dà）地提高（gāo）了生產效率，降低了生產成本，而且注射成型（xíng）產品的一致性、重複性好，從而為大批量（liàng）和規模（mó）化工業（yè）生產提供了（le）保證。適用材料範圍寬，應用領域廣闊(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（de）材料非常廣泛，原則上（shàng）任何可高溫澆（jiāo）結的粉末材料均可由MIM工藝（yì）造成零（líng）件，包括了傳統製造工藝中的難加工材料和高熔點材（cái）料。此外，MIM也可以根據用戶的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。注射成型製品的應用（yòng）領（lǐng）域已遍及國民經濟各領域，具有廣（guǎng）闊（kuò）的市場（chǎng）前景。注射（shè）成型製品（pǐn）的（de）性能與成本分析

 

　　MIM工藝采用微米級細粉（fěn）末，既能加速燒結收（shōu）縮，有助於提高材料的力學性能，延長材料的疲（pí）勞壽命，又能改善耐、抗應力腐蝕及磁性能。表1中列出一（yī）些MIM材料的基本（běn）性能。材（cái）料密度g/cm3硬度（dù）拉伸強度MPa彎曲強（qiáng）度MPa延（yán）伸率%矯頑力(A/cm)鐵基合金98Fe2Ni7.4187HRB552----5.5----92Fe8Ni7.5088HRB560----8----95.5Fe2NiCu0.5Mo7.4099HRB682----3.3----不鏽鋼3047.4242HRB520----20----3167.6042HRB520----20----硬質合金YG614.60--------1460----173YG814.50--------1680----124YT1510.45--------1140----117鎢（wū）合（hé）金90%W17.90320HV30920----6----93%W18.30310HV30900----10----97%W18.50350HV30880----6----

 

　　注：*該數據為（wéi）相對密度MIM工藝成本分析對於過硬，過脆（cuì）難以切（qiē）削的材料或幾何（hé）形狀複雜、鑄造時原料有（yǒu）偏（piān）析或汙染的零件，采用MIM工藝可大幅度節約成本。以加工打字機印刷元件導杆為例，通常需14道能（néng）上能下（xià）上工序（xù）；而采用MIM工藝隻需6道工序，可節（jiē）約一半左右的成本。當材料成本/製造成本的比率增加時，潛在的成本更（gèng）能降低。因此零件越小越複雜，經濟效益將越好。通（tōng）過以上分析，可以看出MIM成型的（de）潛力是很大的。

 

MIM技術的應用（yòng）領域

 

　　1.計算機及其輔（fǔ）助設施：如打印機（jī）零件、磁芯、撞針軸（zhóu）銷、驅動零件

 

　　2.工具：如鑽頭、刀頭、噴嘴、槍鑽、螺（luó）旋銑刀、衝頭、套筒、扳手、電工工具，手工具（jù）等

 

　　3.家（jiā）用（yòng）器具：如表殼、表鏈、電動牙刷（shuā）、剪刀、風（fēng）扇、高爾夫球頭、珠寶鏈環、圓珠筆卡箍、刃具刀頭等零部件（jiàn）

 

　　4.醫療機械用零件：如牙矯形架（jià）、剪刀、鑷子

 

　　5.軍用零件：導彈尾翼、槍支零（líng）件（jiàn）、彈頭、藥型罩、引信用零件

 

　　6.電器用零件：電子封裝，微型馬達、電子零件、傳感器件

 

　　7.機械用零件：如鬆棉（mián）機、紡織機、卷邊機、辦（bàn）公機械等；

 

　　8.汽車船舶（bó）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（quán）氣囊件等