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)是一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它是將脫脂后的多孔坯件進行致密化的過程。施加壓力使接觸面積增大，不管顆粒形狀和表面粗糙度如何，這種接觸面積大體上正比于施加的壓力。燒結(jié)過程中溫度和時間的把握直接影響到最終成品的性能，在該工藝中，名副其實需要掌握好火候的就是這個環(huán)節(jié)。脫脂后的坯件在進行燒結(jié)時粉末在低于其主要組成成分的溫度下通過原子前一來完成粉末顆粒間的聯(lián)結(jié)，減少顆粒間的空隙，從而達到致密化的目的。在MIM工藝中，致密化后的坯件還是會具有人們事先設(shè)計好的與注射模具相符的形狀，只是經(jīng)過燒結(jié)變得具有了一定強度和性能，可以承受一定的外力，不會像剛脫完脂的坯件那樣多孔易碎。

曾經(jīng)有人從兩個方面總結(jié)MIM燒結(jié)的特點，從宏觀來看，坯件整體的氣孔率下降、坯件的致密度提高，從微觀來看，粉末顆粒的原子發(fā)生里質(zhì)點轉(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。壓機一般都幾噸到幾百噸壓力，直徑基本是在110MM以內(nèi)都可以制作成粉末冶金。由此可以看出溫度對于燒結(jié)的重要性，從理論上來講，溫度越高，燒結(jié)過程中產(chǎn)生的原子遷移運動越迅速，從一個位置到另一個位置的原子的量也就越多，燒結(jié)過程也就進行得越快。

在實際的生產(chǎn)應(yīng)用中，人們會經(jīng)常提到兩個詞：固相燒結(jié)和液相燒結(jié)，其實這沒有什么費解的，關(guān)于二者的區(qū)別，簡單一點說就是根據(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，而液相燒結(jié)則是燒結(jié)溫度低于主要組成成分的熔點。粘結(jié)劑的主要作用是充當(dāng)粘結(jié)金屬粉末顆粒流動的載體以及成型后保持工件形狀。同時這兩種燒結(jié)方法又有一個共同點：都是不施加外部壓力的情況下進行的。

因此，固相燒結(jié)和液相燒結(jié)又被成為無壓燒結(jié)，這主要是相對于熱壓、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壓燒結(jié)的方法進行坯件的燒結(jié)。

AIM(鋁合金粉末注射成形)工藝簡介

鋁合金粉末注射成形(Aluminium alloy injection moulding，簡稱AIM)是一種新型的鋁合金成形技術(shù)。

它類似于金屬粉末注射成形技術(shù)(MIM)，是粉末注射成形(PIM)技術(shù)的主要分支，都是從注射成形技術(shù)上發(fā)展而來的，是目前國際上發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的鋁合金零部件加工技術(shù)。

AIM是先將粉末與粘結(jié)劑進行均勻混煉，然后將混合物料經(jīng)造粒機造粒，再注射到成形模具腔完成所需要的形狀。金屬粉末冶金是一種利用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)制成金屬或合金零部件的技術(shù)。混合的熔體經(jīng)過加溫有良好的流動性，這樣在注射時有助于制品成形，而且能充分保持產(chǎn)品的密度均勻性。經(jīng)過成形的制品還需要脫脂再經(jīng)燒結(jié)爐燒結(jié)，有的產(chǎn)品還要進行一些后處理。

這種先進的技術(shù)適合大批量、各種形狀復(fù)雜的零件生產(chǎn)，包括一些極其復(fù)雜的三維立體形狀，且生產(chǎn)的產(chǎn)品無需機加工或僅少量加工，大大降低了生產(chǎn)成本，而且使工作效率大大提高。

因注射過程都是經(jīng)過精細的溫度和壓力進行注射，所以成形的制品具有極高的精度和非常均勻的密度。

AIM鋁合金注射成形技術(shù)能加工生產(chǎn)形狀極其復(fù)雜的零件，zui小可以加工0.1g的微小型零件;生產(chǎn)的產(chǎn)品組織均勻、精準(zhǔn)度極高，表面光潔;而且生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，適于大批量生產(chǎn)。

由于AIM在精度和工作效率上表現(xiàn)出機加工無法比擬的優(yōu)勢，目前已應(yīng)用到航海航空、機械、汽車、精密儀器等多個行業(yè)。隨著機械工業(yè)的不斷發(fā)展，目前AIM已成為世界上鋁合金零部件加工領(lǐng)域發(fā)展最快的鋁合金加工技術(shù)，得到越來越多行業(yè)的青睞。

AIM工藝簡介及AIM生產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

MIM和CIM是粉末注射成形工藝的兩大分支。在金屬粉末冶金制品燒結(jié)中，燒結(jié)氣氛是影響燒結(jié)制品性能的重要因素之一。其中MIM是發(fā)展最早也最成熟的一個分支，被稱為21世界最熱門的零部件成形技術(shù)，它也的確沒有辜負這樣一個榮譽，其產(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展和壯大，并擁有了專門的金屬注射成形生產(chǎn)設(shè)備?，F(xiàn)在粉末注射成型工藝一出現(xiàn)第三大分支：AIM，即鋁合金注射成型。近年來，隨著金屬注射成形工藝的不斷成熟和普及，人們也越來越關(guān)注鋁合金這種具有優(yōu)異功能的特殊復(fù)合金屬，因鋁合金種類繁多，性質(zhì)差異較大，表面極易被氧化的特點，其在注射成形方面與普通金屬或合金要求是不同的，于是才會出現(xiàn)專門的AIM——鋁合金注射成形。

任何一個工藝要想發(fā)展，形成一種產(chǎn)業(yè)，必須要通過生產(chǎn)設(shè)備的改進和升級來為企業(yè)提高生產(chǎn)效率，AIM也不例外，zui初它是沒有專用的設(shè)備的，傳統(tǒng)粉末冶金和注塑行業(yè)通用生產(chǎn)設(shè)備以及金屬注射成形專用設(shè)備的都曾被用于該工藝中。產(chǎn)品復(fù)雜性：MIM工藝最適合制造幾何形狀復(fù)雜的、在切削加工中需要變換很多次加工工位的多軸零件、多基準(zhǔn)零件。但是它有其獨特的原料特點，那些非專用生產(chǎn)設(shè)備都無法很好滿足其正常生產(chǎn)需要，即使勉強可以使用制品的質(zhì)量也大打折扣。

AIM生產(chǎn)設(shè)備(主要是混煉造粒設(shè)備和注射設(shè)備)的研究是近幾年才開始的，因為鋁合金注射成形技術(shù)是非常先進的一門技術(shù)，國內(nèi)對其研究也是剛剛開始，目前南京科技大學(xué)對此領(lǐng)域研究較早較多并已經(jīng)取得一定研究成果，在領(lǐng)域的水平可以達到世界前三。步驟如下﹕1使表面粗糙度達到一定要求﹐可通過表面磨光﹐拋光等工藝方法來實現(xiàn)。由于鋁合金粉末的摩擦系數(shù)比普通金屬粉末和陶瓷粉末都要小，因此就混煉設(shè)備和注射設(shè)備來講，原則上是可以與其共用的。

隨著AIM企業(yè)對生產(chǎn)效率和設(shè)備自動化，加工連續(xù)化程度以及設(shè)備性能等要求的提高，專業(yè)的鋁合金注射成形混煉機、造粒機及注射機的研究開始被眾多機械設(shè)備制造商提上日程。

目前國內(nèi)已有少數(shù)幾家機械設(shè)備制造商通過與高等院校合作的方式，在AIM專用生產(chǎn)設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)方面取得了初步的成效，并在一些企業(yè)開始試用，其功能和特性還有待在以后的生產(chǎn)實踐中不斷摸索和改進，相信隨著科技不斷進步，這些生產(chǎn)設(shè)備也會朝著智能化、環(huán)?；⒆詣踊l(fā)展。發(fā)黑時所需溫度的寬容度較大，大概在135攝氏度到155攝氏度之間都可以得到不錯的表面，只是所需時間有些長短而已。

我國近十年來粉末冶金成形新技術(shù)綜述

粉末冶金是一項集材料制備與零件成形于一體，節(jié)能、節(jié)材、高效、最終成形、少污染的先進制造技術(shù)，在材料和零件制造業(yè)中具有不可替代的地位和作用，已經(jīng)進入當(dāng)代材料科學(xué)的發(fā)展前沿。

   目前粉末冶金技術(shù)正向著高致密化、高性能化、低成本方向發(fā)展，本文著重介紹幾種近十年來粉末冶金零件的成形新技術(shù)。

   一、溫壓技術(shù)

   溫壓技術(shù)是粉末冶金領(lǐng)域近幾年發(fā)展起來的一項新技術(shù)，可生產(chǎn)出高密度、高強度，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。不過，可以通過后處理或復(fù)合涂層獲得不同的顏色，以提高載重汽車零部件的裝飾性和匹配性。所謂溫壓技術(shù)就是采用te制的粉末加溫、粉末輸送和模具加熱系統(tǒng)，將加有特殊潤滑劑的預(yù)合金粉末和模具等加熱至130～150℃，并將溫度波動控制在±2．5℃以內(nèi)，然后和傳統(tǒng)粉末冶金工藝一樣進行壓制、燒結(jié)而制得粉末冶金零件的技術(shù)。其技術(shù)關(guān)鍵：一是溫壓粉末制備，二是溫壓系統(tǒng)。

   與傳統(tǒng)工藝相比，溫壓成形的壓坯密度約有0.15～0.30g／cm3的增幅，其密度可達7.45g／cm3。2、能清理工件表面的微小毛刺，并使工件表面更加平整，消除了毛刺的危害，提高了工件的檔次。在相同的壓制壓力下，溫壓材料的屈服強度比傳統(tǒng)工藝平均高11％，極限拉伸強度平均高13．5％，沖擊韌性可提高33％。另外，溫壓零件的生坯強度高，可達2O～30MPa，比傳統(tǒng)方法提高50—100％，不僅降低生坯搬運過程中的破損率而且能對生坯進行機加工，表面光潔度好。此外，溫壓工藝的壓制壓力低和脫模力小，同時零件性能均一，產(chǎn)品精度高，材料利用率高。

   溫壓工藝還有一個特點是工藝簡單，成本低廉?；瘜W(xué)拋光是讓材料在化學(xué)介質(zhì)中外表宏觀凸出的部分較凹部分優(yōu)先溶解,從而得到平滑面。研究表明，假如一次壓制、燒結(jié)的普通粉末冶金工藝的成本為1.0，則粉末鍛造的相對成本為2.0，復(fù)壓復(fù)燒的相對成本為1.5，滲銅的相對成本為1.4，而溫壓技術(shù)的相對成本為1．25。目前，采用溫壓技術(shù)生產(chǎn)的粉末冶金零件已達200多種，零件重量在5—1200g。例如，德國SinterstahlGmbH公司用溫壓技術(shù)生產(chǎn)復(fù)雜的摩擦傳動用同步齒環(huán)，在美國新奧爾蘭舉行的PM2TEC2001國際會議上獲獎。該零件的齒部密度超過7.3g／cm，環(huán)體密度超過7.1g／cm，生坯強度達到28MPa。采用了擴散合金化的燒結(jié)硬壓粉末，zui低抗拉強度為850MPa。由于使用了溫壓技術(shù)和采用粉末冶金零件，使得綜合成本降低了38％。

   二、流動溫壓技術(shù)

   流動溫壓技術(shù)(Warm Flow Compaction，簡稱WFC)是在粉末壓制、溫壓成形工藝的基礎(chǔ)上，結(jié)合了金屬粉末注射成形工藝的優(yōu)點而提出來的一種新型粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)。很好的耐蝕性能：達克羅膜層的厚度僅為4-8μm，但其防銹效果卻是傳統(tǒng)電鍍鋅、熱鍍鋅或涂料涂覆法的7-10倍以上。其關(guān)鍵技術(shù)是提高混合粉末的流動性。它通過提高了混合粉末的流動性、填充能力和成形性，從而可以在8O～130~C溫度下，在傳統(tǒng)壓機上精密成形具有復(fù)雜幾何外形的零件，如帶有與壓制方向垂直的凹槽、孔和螺紋孔等零件，而不需要其后的二次機加工。WFC技術(shù)既克服了傳統(tǒng)粉末冶金在成形復(fù)雜幾何形狀方面的不足，又避免了金屬注射成形技術(shù)的高成本，是一項極具潛力的新技術(shù)，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。

   WFC技術(shù)作為一種新型的粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)，其主要特點如下：(1)可成形具有復(fù)雜幾何形狀的零件；(2)壓坯密度高、密度均勻；(3)對材料的適應(yīng)性較好；(4)工藝簡單，成本低。