MIM如何選擇粘結(jié)劑

粘結(jié)劑是MIM技術(shù)的核心，MIM與常規(guī)粉末冶金方法相比的一個(gè)重要差異即粘結(jié)劑含量高。粘結(jié)劑的主要作用是充當(dāng)粘結(jié)金屬粉末顆粒流動(dòng)的載體以及成型后保持工件形狀。

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)；射出溫度范圍內(nèi)粘度變化不大，但冷卻時(shí)粘度變化速度快不易粘模；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；

粘結(jié)劑的選擇十分關(guān)鍵，若粘結(jié)劑選擇不當(dāng)可能產(chǎn)生以下缺陷：

粘結(jié)劑是怎么分類的？

一個(gè)實(shí)用的粘結(jié)劑一般由幾種組元組成，每種組元有各自獨(dú)特的功能，按照功能可以分為主要粘結(jié)劑、次要粘結(jié)劑和添加劑這幾種。根據(jù)粘結(jié)劑體系中主要粘結(jié)劑組元及其性質(zhì)可以把粘結(jié)劑體系分為熱塑性粘結(jié)劑、熱固性粘結(jié)劑、凝膠體系和水溶性粘結(jié)劑以及特殊體系等。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。

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。下表列出了幾種主要MIM粘結(jié)劑體系的優(yōu)缺點(diǎn) ：

熱塑性粘結(jié)劑一般由高分子聚合物、低分子物質(zhì)以及必要的添加劑組成（石蠟基粘結(jié)劑、油基粘結(jié)劑等分類是根據(jù)低分子物質(zhì)來區(qū)分的）。各組成部分作用如下：

高分子聚合物：黏度高，強(qiáng)度高，在注射后及脫脂過程中保持坯塊形狀低分子物質(zhì)：粘度低，流動(dòng)性好，脫脂過程中能在較低溫度下首先被脫除，在坯塊中留下連通空隙，有利于后期快速熱熔脂的進(jìn)行添加劑：改善應(yīng)力、降低粘度、增加潤濕性或潤滑性等

金屬粉末增塑擠壓成型與注射成形工藝比較

粉末冶金技術(shù)發(fā)展到今天已經(jīng)有了不少的分支和不同的工藝，在這其中zui具有代表性的兩種工藝非增塑擠壓成型和注射成形莫屬了，雖然同屬于粉末冶金，但是它們又有很多不同，今天就讓小編帶大家一起來了解一下吧。

先來看看金屬粉末增塑擠壓成形工藝，這是一種在金屬粉末包套擠壓等工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，可以在較低的溫度下對(duì)具有優(yōu)良流動(dòng)性的銅、鎢、硬質(zhì)合金、高熔點(diǎn)金屬間化合物以及陶瓷材料進(jìn)行擠壓成形的新工藝。目前該工藝已經(jīng)有了專用的連續(xù)擠壓設(shè)備。該工藝過程使用的物料是添加了一定量增速劑的具有優(yōu)良流動(dòng)性的金屬粉末。利用該工藝生產(chǎn)的坯件，在經(jīng)過干燥、燒結(jié)之后就可以成為最終成品了。三、金屬熱處理的第三把火——淬火：1、淬火是將工件加熱保溫后，在水、油或其它無機(jī)鹽、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。

再來看一下另外一種新型的金屬零部件成形工藝—金屬注射成形。它是將傳統(tǒng)的粉末冶金和現(xiàn)代塑料注塑技術(shù)相結(jié)合并依托于粘結(jié)劑配方研發(fā)和喂料生產(chǎn)技術(shù)的一種近凈成形工藝。它是一種發(fā)展歷史久遠(yuǎn)但發(fā)展速度緩慢的成形工藝，該工藝的基本流程就是將金屬粉末和粘結(jié)劑的混合物在一定的溫度和壓力條件xia注入特定的模腔中得到接近最終產(chǎn)品尺寸和形狀的坯件，再對(duì)坯件進(jìn)行脫粘、燒結(jié)得到具備一定機(jī)械性能的最終成品的過程。良好的滲透性：由于靜電屏蔽效應(yīng)，工件的深孔、狹縫，管件的內(nèi)壁等部位難以電鍍上鋅，因此工件的上述部位無法采用電鍍的方法進(jìn)行保護(hù)。

通過以上的描述可以看出，粉末增塑擠壓成形與注射成形有很多相同的優(yōu)點(diǎn)，所以近幾年這兩種工藝都得到了迅猛發(fā)展，兩者共同的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)一下有四點(diǎn)：近凈成形，都可以一次成形最接近制品最終形狀的坯件;利用傳統(tǒng)的鑄造、機(jī)加工等防范難以生產(chǎn)的形狀的金屬制品，尤其是小型復(fù)雜零件和細(xì)長零件的成形中占有很大優(yōu)勢;可適用的材料范圍都相當(dāng)廣泛，一些用常規(guī)辦法不好制備成品的材料都可以采用此兩種方法;該兩種方法可以作為新材料及其產(chǎn)品的新的研發(fā)方法。主要集中在深圳、上海、江蘇、浙江等沿海城市，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)有兩百多家。

兩者一個(gè)顯著共同點(diǎn)是都要使用粘結(jié)劑。從粘結(jié)劑的選用及配方上來看，兩者采用的粘結(jié)劑都可以歸為三大體系，蠟基、jia基纖維素基和塑基，用量上也差不多，都在在8%～20%的質(zhì)量比范圍。從工藝上來看，都要在坯件成形以后進(jìn)行粘結(jié)劑的徹底脫除。

但是兩者也有很明顯的不同，在原料上，增塑擠壓成形使用的金屬粉末粒度變化區(qū)間比較大，從幾微米到幾百微米都可以使用;而金屬注射成形對(duì)金屬粉末的要求比較高，粉末的粒度一般在0.5-20微米之間，對(duì)粉末制備方法和粉末形狀有著更高的要求，因此成形后的制品更致密，燒結(jié)時(shí)收縮率小，尺寸精度更高。其生產(chǎn)工藝流程為：電鍍工藝過程一般包括電鍍前預(yù)處理﹐電鍍及鍍后處理(鈍化處理)三個(gè)階段。

如果要說兩者的差異的話，成形設(shè)備和物料受力的的不同是其另外一個(gè)顯著的區(qū)別，增塑擠壓成形采用的是專用螺桿擠壓成形機(jī)，物料處于兩向壓縮和一向擠出拉伸的變形，其中的擠壓力一般不會(huì)超過300Mpa;而注射成形采用的注射成形機(jī)，在成形過程中物料受到的是三向壓應(yīng)力，其變形是三向力的壓縮變形。七、噴砂噴砂:是采用壓縮空氣為動(dòng)力，以形成高速噴射束將噴料高速噴射到需處理工件表面，使工件表面的外表面的外表或形狀發(fā)生變化，獲得一定的清潔度和不同的粗糙度的一種工藝。

通過兩者共同點(diǎn)和不同點(diǎn)的比較，我們認(rèn)識(shí)到，兩者都是當(dāng)今粉末冶金技術(shù)新的發(fā)展方向，都可以在成形難加工材料的小尺寸復(fù)雜形狀制品方面發(fā)揮優(yōu)勢，如果在精密度要求不是特別高的情況下可以采用增塑擠壓成形工藝以降低生產(chǎn)成本，而精密度要求高的制品的成形則只能通過對(duì)粉末粒度要求嚴(yán)格的金屬粉末注射成形來實(shí)現(xiàn)。21世紀(jì)后，MIM工藝進(jìn)一步得到改進(jìn)，新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速。

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(xiàng)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(jìn)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(jìn)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(xiàng)新技術(shù)，可生產(chǎn)出高密度、高強(qiáng)度，具有非常廣泛的應(yīng)用前景。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，幾乎沒有塑性。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(dòng)控制在±2．5℃以內(nèi)，然后和傳統(tǒng)粉末冶金工藝一樣進(jìn)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(dá)7.45g／cm3。因此，密煉機(jī)的出現(xiàn)是橡膠機(jī)械的一項(xiàng)重要成果，至今仍然是塑煉和混煉種的典型的重要設(shè)備，仍在不斷的發(fā)展和完善。在相同的壓制壓力下，溫壓材料的屈服強(qiáng)度比傳統(tǒng)工藝平均高11％，極限拉伸強(qiáng)度平均高13．5％，沖擊韌性可提高33％。另外，溫壓零件的生坯強(qiáng)度高，可達(dá)2O～30MPa，比傳統(tǒng)方法提高50—100％，不僅降低生坯搬運(yùn)過程中的破損率而且能對(duì)生坯進(jìn)行機(jī)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(shí)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(gè)特點(diǎn)是工藝簡單，成本低廉。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(duì)成本為2.0，復(fù)壓復(fù)燒的相對(duì)成本為1.5，滲銅的相對(duì)成本為1.4，而溫壓技術(shù)的相對(duì)成本為1．25。3%，如果產(chǎn)品要求的公差很嚴(yán)格，MIM燒結(jié)件就需要二次加工，如CNC，數(shù)控車等，MIM的成本也趨向于增加，需要評(píng)估比較。目前，采用溫壓技術(shù)生產(chǎn)的粉末冶金零件已達(dá)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(dòng)用同步齒環(huán)，在美國新奧爾蘭舉行的PM2TEC2001國際會(huì)議上獲獎(jiǎng)。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(qiáng)度達(dá)到28MPa。采用了擴(kuò)散合金化的燒結(jié)硬壓粉末，zui低抗拉強(qiáng)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(dòng)溫壓技術(shù)

   流動(dòng)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(diǎn)而提出來的一種新型粉末冶金零部件近凈成形技術(shù)。金屬注射成型產(chǎn)品燒結(jié)出來后，因?yàn)楦鞣N原因，表面的光潔度相對(duì)比較粗糙，并有輕微的毛刺，并可能有細(xì)小的不銹鋼粉粒黏著在產(chǎn)品表面。其關(guān)鍵技術(shù)是提高混合粉末的流動(dòng)性。它通過提高了混合粉末的流動(dòng)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(jī)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(jī)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(xiàng)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(diǎn)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(duì)材料的適應(yīng)性較好；(4)工藝簡單，成本低。