粉末冶金生胚強(qiáng)度

粉末冶金生胚強(qiáng)度的概念粉末冶金生坯強(qiáng)度是指冷壓的粉末壓坯的機(jī)械強(qiáng)度。粉末冶金零件生坯具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度是必要的，以便壓坯從陰模中脫出和將其運(yùn)送到燒結(jié)爐而不會(huì)損壞。生坯強(qiáng)度取決于金屬粉末的種類與施加的壓力。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。有些人還試圖在喂料生產(chǎn)時(shí)加入表面活性劑，實(shí)驗(yàn)表明這會(huì)降低粘結(jié)劑對(duì)粉末的濕潤(rùn)性，減少粘結(jié)劑的使用量，進(jìn)而提高金屬喂料中金屬粉末的裝載量。對(duì)于軟金屬，用較低的壓力即可生產(chǎn)出能夠進(jìn)行搬運(yùn)的壓坯。較硬的粉末則需要較高的壓力。

要理解粉末冶金生坯強(qiáng)度，就必須知道哪種力使金屬之間產(chǎn)生黏著。當(dāng)使清潔的金屬表面相互接觸時(shí)，由于它們之間的接觸面積小，從而它們之間的黏著力小。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。對(duì)粉末冶金生坯強(qiáng)度的這種解釋就將重點(diǎn)放在了建立顆粒之間原子與原子的金屬接觸。如上所述，與球形顆粒粉末相比，不規(guī)則形狀顆粒壓制的壓坯具有較高的生坯強(qiáng)度。在早期開(kāi)發(fā)中，使用傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑，諸如硬脂酸鋅與EBS臘等進(jìn)行過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)，生坯廢品率高達(dá)50%。這種較高的強(qiáng)度來(lái)自于粉末冶金壓坯中不規(guī)則形狀顆粒之間的相互聯(lián)鎖。對(duì)相互聯(lián)鎖現(xiàn)象的解釋仍然有爭(zhēng)議，但看起來(lái)可能是由于在由不規(guī)則顆粒壓制的壓坯中，在相當(dāng)大程度上，相鄰顆粒之間形成了較好的原子接觸。

粉末冶金工藝很適用于大批量生產(chǎn)這類的零件。它可以為各種形狀復(fù)雜的零件生產(chǎn)設(shè)計(jì)且不浪費(fèi)材料。不過(guò)，制造鐵框在技術(shù)上并非易事。放熱型可用于控制粉末冶金（含注射成形）燒結(jié)制品中的碳含量控制，分為淡型和濃型氣氛，淡型放熱氣氛的碳勢(shì)很低，用作低碳鋼、銅制品的燒結(jié)時(shí)，只用作無(wú)氧化加熱。在早期開(kāi)發(fā)中，使用傳統(tǒng)潤(rùn)滑劑，諸如硬脂酸鋅與EBS臘等進(jìn)行過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)，生坯廢品率高達(dá)50%。目前，有通過(guò)用溫壓提高生坯密度和通過(guò)采用模壁潤(rùn)滑減少或消除混合粉中的潤(rùn)滑劑的方法來(lái)提高生坯強(qiáng)度。

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。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。PVD原理示意圖工藝流程:PVD前清洗→進(jìn)爐抽真空→洗靶及離子清洗→鍍膜→鍍膜結(jié)束，冷卻出爐→后處理（拋光、AFP）。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。一般要按照粘結(jié)劑和粉末密度算出其質(zhì)量比，按照這個(gè)比例來(lái)進(jìn)行配比。

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。20世紀(jì)80年代，美國(guó)倫賽爾理工學(xué)院開(kāi)始開(kāi)展MIM技術(shù)理論基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)的研究工作。

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)。

日本MIM工業(yè)產(chǎn)品發(fā)展迅速

金屬粉末注射成型技術(shù)(metal Powder Injection Molding，簡(jiǎn)稱MIM)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)。其基本工藝過(guò)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。與傳統(tǒng)工藝相比，具有精度高、組織均勻、性能優(yōu)異，生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子信息工程、生物醫(yī)用器械、辦公設(shè)備、汽車、機(jī)械、五金、體育器械、鐘表業(yè)、兵工及航空航天等工業(yè)領(lǐng)域?！畋砻娲植诙缺砻娲植诙确磻?yīng)了粉末顆粒的大小，然而不像其他競(jìng)爭(zhēng)的工藝，可控的織構(gòu)可能對(duì)成本沒(méi)有什么影響。因此，國(guó)際上普遍認(rèn)為該技術(shù)的發(fā)展將會(huì)導(dǎo)致零部件成形與加工技術(shù)的一場(chǎng)革命，被譽(yù)為“當(dāng)今最熱門的零部件成形技術(shù)”和“21世紀(jì)的成形技術(shù)”。

　　美國(guó)加州Parmatech公司于1973年發(fā)明，八十年代初歐洲許多國(guó)家以及日本也都投入極大精力開(kāi)始研究該技術(shù)，并得到迅速推廣。特別是八十年代中期，這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化以來(lái)更獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，每年都以驚人的速度遞增。到目前為止，美國(guó)、西歐、日本等十多個(gè)國(guó)家和地區(qū)有一百多家公司從事該工藝技術(shù)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、研制與銷售工作。日本在競(jìng)爭(zhēng)上十分積極，并且表現(xiàn)突出，許多大型株式會(huì)社均參與MIM工業(yè)的推廣，這些公司包括有太平洋金屬、三菱制鋼、川崎制鐵、神戶制鋼、住友礦山、精工——愛(ài)普生、大同特殊鋼等。金屬熱處理有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝，俗稱“四把火”。目前日本有四十多家專業(yè)從事MIM產(chǎn)業(yè)的公司，其MIM工業(yè)產(chǎn)品的銷售總值早已超過(guò)歐洲并直追美國(guó)。到目前為止，全球已有百余家公司從事該項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、研制與銷售工作，MIM技術(shù)也因此成為新型制造業(yè)中最為活躍的前沿技術(shù)領(lǐng)域，被世界冶金行業(yè)的開(kāi)拓性技術(shù)，代表著粉末冶金技術(shù)發(fā)展的主方向。

快速模具技術(shù)

正常生產(chǎn)模具的制造成本通常很高，許多情況下需要制作實(shí)驗(yàn)?zāi)＞呷グl(fā)現(xiàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)生產(chǎn)整個(gè)過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題，最終的模具肯定要修改。為適應(yīng)這種情況，出現(xiàn)了許多快速或軟模具技術(shù)用來(lái)制造滿足幾百件零件試制的實(shí)驗(yàn)?zāi)＞摺?

目前鋁合金、顆粒增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂、鈹銅、低碳鋼、不銹鋼及鈷合金等已被用作制造軟的金屬注射模具。由于容易成型，鋅、鋁和鉍合金等偶爾也用于制造試驗(yàn)?zāi)＞呒皹悠吩汀?

但由于容易劃傷和損壞，最終的生產(chǎn)模具會(huì)采用硬質(zhì)材料。

利用有機(jī)硅橡膠模具工藝原理，制作使用壽命有限的MIM塑料注塑模具是一項(xiàng)較新的模具技術(shù)。將熔融塑料澆在母模型腔周圍，凝固硬化后，剖開(kāi)塑料取出母模模型。壓入受限制的模架中，這樣的塑料模具可以用來(lái)承受幾百次的低壓注射試驗(yàn)。

激光快速原型技術(shù)是一種非常簡(jiǎn)單的模具或原型制造方法，采用激光掃描積分堆積塑料或金屬粉末直接制造模具型腔。激光快速原型技術(shù)的另外一種模具制造工藝是利用堆積的樹(shù)脂或紙質(zhì)模型，采用精密鑄造或電鑄方法制造模具型腔。

這些方法制造的模具表面比較粗糙，精度較低，無(wú)法滿足生產(chǎn)模具的苛刻要求。

非常大批量生產(chǎn)用的模腔或其組件，容易磨損，快速模具技術(shù)將是一種非常有效的工藝手段。