MIM金屬注射成型工藝

MIM工藝介紹與對(duì)比

一、MIM概念及工藝流程

金屬粉末注射成形是傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)與塑料注射成形技術(shù)相結(jié)合的高新技術(shù)，是小型復(fù)雜零部件成形工藝的一場(chǎng)革命。其中，熱塑性粘結(jié)劑應(yīng)用最廣泛，分為石蠟基粘結(jié)劑、油基粘結(jié)劑、聚合物基粘結(jié)劑等。它將適用的技術(shù)粉末與粘合劑均勻混合成具有流變性的喂料，在注射機(jī)上注射成形，獲得的毛坯經(jīng)脫脂處理后燒結(jié)致密化為成品，必要時(shí)還可以進(jìn)行后處理

生產(chǎn)工藝流程如下

配料→混煉→造粒→注射成形→化學(xué)萃取→高溫脫粘→燒結(jié)→后處理→成品

二、MIM技術(shù)特點(diǎn)

金屬粉末注射成形結(jié)合了粉末冶金與塑料注射成形兩大技術(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，同時(shí)利用塑料注射成形技術(shù)能大批量、高效率生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀的零件：如各種外部切槽、外螺紋、錐形外表面、交叉通孔、盲孔、凹臺(tái)、鍵銷、加強(qiáng)筋板，表面滾花等

·MIM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

a.直接成形幾何形狀復(fù)雜的零件，通常重量0.1~200g

b.表面光潔度好、精度高，典型公差為±0.05mm

c.合金化靈活性好，材料適用范圍廣，制品致密度達(dá)95%~99%，內(nèi)部組織均勻，無(wú)內(nèi)應(yīng)力和偏析

d.生產(chǎn)自動(dòng)化程度高，無(wú)污染，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)大批量清潔生產(chǎn)

MIM產(chǎn)品典型應(yīng)用領(lǐng)域

航空航天業(yè)：機(jī)翼鉸鏈、火箭噴嘴、渦輪葉片芯子等

汽車業(yè)：安全氣囊組件、點(diǎn)火控制鎖部件、渦輪增壓器轉(zhuǎn)子、座椅部件、剎車裝置部件等

電子業(yè)：磁盤驅(qū)動(dòng)器部件、電纜連接器、電子封裝件、手機(jī)振子、計(jì)算機(jī)打印頭等

日用品：表殼、表帶、表扣、高爾夫球頭和球座、縫紉機(jī)零件、電動(dòng)玩具零件等

機(jī)械行業(yè)：異形銑刀、切削工具、電動(dòng)工具部件、微型齒輪、鉸鏈等

醫(yī)學(xué)行業(yè)：牙矯形架、剪刀、鑷子、手術(shù)刀等

六、適合材質(zhì)

不銹鋼 Fe合金 Fe-Ni-Co 合金鎢 鈦合金 工具鋼 高速鋼 硬質(zhì)合金 氧化鋁 氧化鋯

金屬學(xué)基礎(chǔ)

鐵碳合金的基本組織

　　①奧氏體：碳溶于r-Fe中的間隙式固溶體稱為奧氏體，常用A表示。捏合機(jī)可制成普通型、壓力型、真空型、高溫型四種，調(diào)溫形式采用夾套、蒸汽加熱、油加熱、水冷卻等方法，采用液壓翻缸及啟蓋。因?yàn)槊嫘牧⒎骄Ц竦膔-Fe總的間隙量雖比a-Fe的小，但空隙半徑比較大，所以能溶較多的碳。碳在r-Fe中的溶解度隨溫度升高而增加，在727度時(shí)為0.77%，在1148度時(shí)達(dá)到峰值2.11%。

　　奧氏體塑性很好，強(qiáng)度和硬度也比鐵素體高。

　?、阼F素體：碳溶于a-Fe中的間隙式固溶體稱為鐵素體，常用F表示。但是從行業(yè)發(fā)展的總體情況來(lái)看，我國(guó)現(xiàn)階段的MIM前景喜人，但在某些方面與國(guó)外還存在一定差距。因?yàn)轶w心立方晶格的a-Fe總的間隙量雖大，但是間隙半徑卻很小，所以碳在a-Fe中的溶解度很小，室溫下不超過(guò)0.005%，隨著溫度升高，溶解度略有增加，在727度時(shí)達(dá)到峰值，也僅有0.0218%。

　　鐵素體含碳量很低，其性能接近純鐵，是一種塑性、韌性高和強(qiáng)度、硬度低的組織。

　?、壑楣怏w：鐵素體和滲碳體組成的機(jī)械混合物叫做珠光體，常用P表示。工藝流程：技術(shù)特點(diǎn)：提高工件的尺寸精度或幾何形狀精度，得到光滑表面或鏡面光澤，同時(shí)也可消除光澤。珠光體的平均含碳量為0.77%。其性能介于鐵素體和滲碳體之間。一般情況下，珠光體中鐵素體和滲碳體呈片狀交替分布，稱為片狀珠光體。通過(guò)熱處理可以使?jié)B碳體呈顆粒狀分布在鐵素體基體上，叫做球狀珠光體或粒狀珠光體。

　?、軡B碳體：滲碳體是鐵與碳的化合物，常用Fe3C表示。滲碳體的含碳量為6.69%，熔點(diǎn)約為1227度，晶體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，硬度很高，脆性極大，幾乎沒(méi)有塑性。

　　一般來(lái)說(shuō)，在鐵碳合金中，滲碳體越多，合金就越硬，越脆。

　?、蓠R氏體：鋼加熱到一定溫度（形成奧氏體）后經(jīng)迅速冷卻（淬火），得到的能使鋼變硬、增強(qiáng)的一種淬火組織，常用M表示,馬氏體是體心正方結(jié)構(gòu)。

　　馬氏體轉(zhuǎn)變速度極快，轉(zhuǎn)變時(shí)體積產(chǎn)生膨脹，在鋼絲內(nèi)部形成很大的內(nèi)應(yīng)力，所以淬火后的鋼絲需要及時(shí)回火，防止應(yīng)力開裂。

MIM工藝中的固相燒結(jié)和液相燒結(jié)

在金屬注射成形工藝中，燒結(jié)是一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它是將脫脂后的多孔坯件進(jìn)行致密化的過(guò)程。金屬粉末注射成型技術(shù)的工作原理金屬粉末注射成型技術(shù)是將現(xiàn)代塑料噴射成形技術(shù)引入粉末冶金領(lǐng)域而形成的一門新型粉末冶金近凈形成形技術(shù)。燒結(jié)過(guò)程中溫度和時(shí)間的把握直接影響到最終成品的性能，在該工藝中，名副其實(shí)需要掌握好火候的就是這個(gè)環(huán)節(jié)。脫脂后的坯件在進(jìn)行燒結(jié)時(shí)粉末在低于其主要組成成分的溫度下通過(guò)原子前一來(lái)完成粉末顆粒間的聯(lián)結(jié)，減少顆粒間的空隙，從而達(dá)到致密化的目的。在MIM工藝中，致密化后的坯件還是會(huì)具有人們事先設(shè)計(jì)好的與注射模具相符的形狀，只是經(jīng)過(guò)燒結(jié)變得具有了一定強(qiáng)度和性能，可以承受一定的外力，不會(huì)像剛脫完脂的坯件那樣多孔易碎。

曾經(jīng)有人從兩個(gè)方面總結(jié)MIM燒結(jié)的特點(diǎn)，從宏觀來(lái)看，坯件整體的氣孔率下降、坯件的致密度提高，從微觀來(lái)看，粉末顆粒的原子發(fā)生里質(zhì)點(diǎn)轉(zhuǎn)移，使粉末不需要粘結(jié)劑的作用便可產(chǎn)生顆粒間的粘結(jié)來(lái)保持一定的形狀和性能。

燒結(jié)的原理就是在一定的溫度下，利用熱的力量刺激粉末的原子使其發(fā)生物理位置的遷移，將粉體狀的坯件變成顆粒聯(lián)結(jié)緊密的塊狀的坯件。由此可以看出溫度對(duì)于燒結(jié)的重要性，從理論上來(lái)講，溫度越高，燒結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生的原子遷移運(yùn)動(dòng)越迅速，從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的原子的量也就越多，燒結(jié)過(guò)程也就進(jìn)行得越快。并可通過(guò)PLC實(shí)時(shí)控制及記錄生產(chǎn)中的溫度、時(shí)間、粘度等相關(guān)數(shù)據(jù)。

在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，人們會(huì)經(jīng)常提到兩個(gè)詞：固相燒結(jié)和液相燒結(jié)，其實(shí)這沒(méi)有什么費(fèi)解的，關(guān)于二者的區(qū)別，簡(jiǎn)單一點(diǎn)說(shuō)就是根據(jù)燒結(jié)溫度不同，固相燒結(jié)就是燒結(jié)溫度低于所有組成成分的熔點(diǎn)，而液相燒結(jié)則是燒結(jié)溫度低于主要組成成分的熔點(diǎn)。同時(shí)這兩種燒結(jié)方法又有一個(gè)共同點(diǎn)：都是不施加外部壓力的情況下進(jìn)行的。MIM用粘結(jié)劑應(yīng)滿足如下要求：與粉末接觸角小，粘附力強(qiáng)且不與粉末反應(yīng)。

因此，固相燒結(jié)和液相燒結(jié)又被成為無(wú)壓燒結(jié)，這主要是相對(duì)于熱壓、熱鍛、熱等靜壓等加壓燒結(jié)方法而言的。在MIM工藝中一般都是采用無(wú)壓燒結(jié)的方法進(jìn)行坯件的燒結(jié)。