影響MIM不銹鋼喂料的流動(dòng)性的三大因素

金屬注射成形工藝(簡(jiǎn)稱MIM)是將金屬粉末和有機(jī)粘結(jié)劑經(jīng)過混煉、造粒成混合料顆粒，再通過注射成形的方式制造成特定性狀制品的方法，特別適合于小型、復(fù)雜精密金屬零件的制造，也得到了相當(dāng)所的精密零件制造商的認(rèn)可和使用，在當(dāng)今金屬制品成形領(lǐng)域占有重要地位。其基本工藝過程是：首先將固體粉末與有機(jī)粘結(jié)劑均勻混練，經(jīng)制粒后在加熱塑化狀態(tài)下(~150℃)用噴射成形機(jī)注入模腔內(nèi)固化成形，然后用化學(xué)或熱分解的方法將成形坯中的粘結(jié)劑脫除，最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品。

    該工藝需要事先準(zhǔn)備好注射料，也就是常說的MIM喂料，且對(duì)喂料的流變性有著比較苛刻的要求。通過回火可使金相組織趨十穩(wěn)定，以保證在以后的使用過程中不再發(fā)生變形。MIM當(dāng)前常用的兩種喂料是鐵基喂料（如Fe2Ni，F(xiàn)e8Ni）和不銹鋼喂料（如SUS316L，SUS630即17-4，SUS304等），隨著近年來不銹鋼制品的需求越來越大，關(guān)于不銹鋼喂料的研究也迅速升溫。

    喂料的特性，直接影響后續(xù)所有工藝的參數(shù)以及成品的品質(zhì)特性。今天小編就已常用的不銹鋼為例為例，和大家一起來看一下生產(chǎn)工藝參數(shù)中影響不銹鋼喂料流動(dòng)性的三大因素。

一， 粉末裝載量。粉末裝載量是一個(gè)比值，指的是粉末體積占喂料總體積的百分?jǐn)?shù)。粉末裝載量越大，說明喂料中粉末所占的比重越大，此時(shí)喂料的粘度增大，流變性相應(yīng)變差;當(dāng)粉末裝載量變小時(shí)，粘結(jié)劑所占比重相應(yīng)變大，此時(shí)喂料的粘度減小，流動(dòng)性轉(zhuǎn)好。對(duì)于混煉時(shí)粉末和粘結(jié)劑的加入順序也有比較嚴(yán)格的規(guī)定，加料的順序一般是先加入高熔點(diǎn)組元熔化，然后降溫，加入低熔點(diǎn)組元，然后分批加入金屬粉末。但也不是粘結(jié)劑越多越好。還要考慮粘結(jié)劑的量對(duì)后續(xù)其他工藝的影響。

二， 剪切速率。在注射成形過程中，不銹鋼喂料在高的剪切速率下而流動(dòng)，所以喂料受到高剪切力發(fā)熱，發(fā)熱之后粘度降低，因此流動(dòng)性強(qiáng);反之當(dāng)喂料在低的剪切速率下流動(dòng)，受到較低的剪切力發(fā)熱較慢，粘度不會(huì)明顯降低，流動(dòng)性也相應(yīng)比較差。

三， 溫度。六、金屬拉絲拉絲：是通過研磨產(chǎn)品在工件表面形成線紋，起到裝飾效果的一種表面處理手段。這里主要指的是注射成形時(shí)的注射溫度以及進(jìn)入模腔后的溫度。溫度的影響對(duì)于不銹鋼喂料來講是個(gè)加熱的過程，溫度通過對(duì)著喂料粘度的影響而影響其流動(dòng)性，當(dāng)溫度升高時(shí)，喂料的粘度會(huì)變小，相應(yīng)的流動(dòng)性變強(qiáng)，當(dāng)溫度降低時(shí)，喂料粘度變大，流動(dòng)性也會(huì)比較差

金屬粉末顆粒狀及制造方法對(duì)mim公工藝的影響

MIM是一種將傳統(tǒng)粉末冶金和現(xiàn)代塑料注塑成形技術(shù)結(jié)合而成的新型金屬成形工藝。金屬注射成形工藝對(duì)于金屬粉末的選擇有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，這是因?yàn)榉勰╊w粒的形狀可以左右制品的質(zhì)量。

好的金屬喂料才可以成形好的產(chǎn)品，而好的粉末會(huì)成就好的金屬喂料，這也就是說金屬粉末的好壞影響著MIM制品的性能。那么怎樣才算是好的金屬粉末呢?

行業(yè)經(jīng)過多年的生產(chǎn)實(shí)踐和行業(yè)專家的理論研究發(fā)現(xiàn)，越是粒度細(xì)小、顆粒均勻、接近球狀的粉末顆粒越適合制造喂料，這樣的粉末制成的喂料在后續(xù)的制品成形過程中流動(dòng)性良好，有利于整個(gè)MIM工藝的順利完成，而且脫粘容易，脫粘后的坯件在燒結(jié)過程中收縮均勻且程度較小。在傳動(dòng)過程中，可由電機(jī)同步轉(zhuǎn)速，經(jīng)彈性聯(lián)軸器至減速機(jī)后，由輸出裝置傳動(dòng)快漿，使其達(dá)到規(guī)定的轉(zhuǎn)速，也可由變頻器進(jìn)行調(diào)速。

但是在實(shí)際生產(chǎn)中，由于成本、技術(shù)等多方面因素影響，用來生產(chǎn)喂料的金屬粉末原料并不都是“很好”的。甚至是我們認(rèn)為好的粉末原料也難免因?yàn)槌尚尾考男螤畈灰妆３侄绊懙組IM成形工藝的效果。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。例如金屬注射成形工藝中用到的鋼粉雖然是球形的，粒度大小也符合工藝要求，但是因?yàn)轭w粒間的咬合力小，制品形狀很難維持。

于是人們就想，那把球形的粉末換成不規(guī)則形狀的會(huì)不會(huì)好一點(diǎn)呢?事實(shí)證明，這種改變雖然增加了顆粒間的咬合力，但是卻不能使金屬喂料在加熱狀態(tài)下還能保持較好的流動(dòng)性，減弱了制品的均勻性，嚴(yán)重影響到MIM坯件的脫粘和燒結(jié)環(huán)節(jié)，以致影響最終的制品性能和成品率。4）外部加熱汽化系統(tǒng)，改變了過去液體滴酸的干擾，提升了脫脂效率。

可見想要獲得性能、形狀穩(wěn)定的制品還要另想改善措施，目前制造金屬喂料使用的金屬粉末一般分為兩種：氣霧化粉末和水霧化粉末。這兩種粉末形狀性質(zhì)迥異，單獨(dú)用哪種都不能獲得好的喂料。

氣霧化粉中加入水霧化粉可提高注射成形件的形狀保持能力,降低各向異性收縮。若混合粉的自然坡度角小,則說明顆粒間的相互作用小,所制部件在燒結(jié)后各向異性收縮較大。氣霧化粉含量大的試樣,脫粘后易于坍塌。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。使用水霧化粉末,可保持形狀而不損害其力學(xué)性能。顆粒的不規(guī)則形狀影響混合粉的燒結(jié)性,使用較大比例的水霧化粉可促進(jìn)致密化。

綜上所述，金屬粉末顆粒形狀對(duì)MIM工藝的影響是根源性和最終性的，選擇合適的金屬粉末制成合適的金屬喂料對(duì)成形高質(zhì)量的MIM制品至關(guān)重要。

我國(guó)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。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(rùn)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)。軟金屬的粉末、不規(guī)則顆粒形狀或多孔性顆粒結(jié)構(gòu)的粉末都具有較高的生坯強(qiáng)度。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。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％。自1916年出現(xiàn)真正意義上的Banbury（本伯里）型密煉機(jī)后，密煉機(jī)的威力逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，它在橡膠混煉過程中顯示出來比開煉機(jī)優(yōu)異的一系列特征，如：混煉容量大、時(shí)間短、生產(chǎn)效率高。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(jiǎn)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。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。二、第二把火——正火：1、正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻，正火的效果同退火相似，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善材料的切削性能，也有時(shí)用于對(duì)一些要求不高的零件作為最終熱處理。例如，德國(guó)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(guó)新奧爾蘭舉行的PM2TEC2001國(guó)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(jiǎn)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)。其關(guān)鍵技術(shù)是提高混合粉末的流動(dòng)性。理論上，顆粒越細(xì)，比表面積也越大，易于成型和燒結(jié)傳統(tǒng)的粉末冶金則采用大于40μm的較粗的粉末，傳統(tǒng)壓鑄成形強(qiáng)度低、精密鑄造無法大量量產(chǎn)、車削件成本較高等技術(shù)缺點(diǎn)。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(jiǎn)單，成本低。

粉末冶金MIM工藝相比傳統(tǒng)精鑄工藝的優(yōu)勢(shì)

MIM使用的原料粉末粒度直徑為2—15urn，而傳統(tǒng)粉末冶金（PM）的原料粉末粒度為50—100urn。MIM工藝的成品密度高，原因是使用微細(xì)粉末。MIM產(chǎn)品形狀自由度是PM所不能達(dá)到的。

傳統(tǒng)的精密鑄造（IC）工藝作為一種制作復(fù)雜形狀產(chǎn)品極有效的技術(shù)，近年使用陶心輔助可以完成狹縫、深孔穴的產(chǎn)品，但礙于陶心的強(qiáng)度以及鑄液的流動(dòng)性限制，該工藝仍有某些技術(shù)上的難題。二、電泳(ED)電泳：用于不銹鋼、鋁合金等，可使產(chǎn)品呈現(xiàn)各種顏色，并保持金屬光澤，同時(shí)增強(qiáng)表面性能，具有較好的防腐性能。一般而言，此工藝制造大、中型零件較為合適，而小型復(fù)雜零件則MIM工藝較為合適，而且IC工藝材質(zhì)受到一定限制。

壓鑄工藝適用于鋁和鋅合金等低熔點(diǎn)、鑄流性好的材料，而MIM工藝適合各種材質(zhì)。

精密鍛造可以成型復(fù)雜零件，但不能成型三維復(fù)雜的小型零件，其產(chǎn)品的精度低，產(chǎn)品有局限。

傳統(tǒng)機(jī)械加工法：近來靠自動(dòng)化和數(shù)控提升加工能力，在效率和精度上有很大的進(jìn)展，但是基本的程序上仍脫不開逐步加工車、刨、銑、磨、鉆、拋等完成零件形狀的方式，機(jī)械加工的方法精度和復(fù)雜度遠(yuǎn)優(yōu)于其他方法，但是因?yàn)椴牧系挠行Ю寐实?，且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，形狀自由度不受限制。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）。對(duì)于小型、復(fù)雜、高難度形狀的精密零件的制造，MIM工藝比較機(jī)械式加工而言，其成本較低且效率高，具有競(jìng)爭(zhēng)力。