MIM技術(shù)促進(jìn)零部件制造業(yè)的發(fā)展

近年來，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展促進(jìn)了零部件制造業(yè)的發(fā)展。金屬注塑（MIM）不僅節(jié)能，而且可以減少污染，節(jié)省材料，是先進(jìn)的制造技術(shù)。金屬注射成型（MIM）在零部件制造中具有不可替代的地位和作用。

金屬注塑（MIM）部分的理論密度可以達(dá)到95％以上，通過合理的工藝參數(shù)控制可以達(dá)到99.9％，接近完全致密化。MIM技術(shù)具有成本低，自動化程度高的大規(guī)模生產(chǎn)優(yōu)勢，是目前先進(jìn)的粉末冶金技術(shù)。

金屬注射成型（MIM ）零件一般用于制造高強(qiáng)度和強(qiáng)力磨損，在機(jī)械，電子，醫(yī)用設(shè)備，汽車，電機(jī)，農(nóng)業(yè)機(jī)械，電機(jī)等領(lǐng)域也有很廣泛的用途。

粉末冶金技術(shù) - 金屬注射成型（MIM）的新技術(shù)將促進(jìn)零部件制造業(yè)的發(fā)展，也將為未來帶來光明之路。

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(jìn)行致密化的過程。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(jìn)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(dá)到致密化的目的。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。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(qiáng)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。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(yùn)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(jìn)行得越快。在此背景下，下一代催化脫脂新技術(shù)-氣態(tài)草酸脫催化脂技術(shù)，開始出現(xiàn)在本次粉末冶金展，并且是由我國業(yè)者獨創(chuàng)的新技術(shù)。

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。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(jìn)行的?！顝?fù)雜性MIM工藝適合制造幾何形狀復(fù)雜的以及在切削加工中需要轉(zhuǎn)換位置的多軸零件。

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(jìn)行坯件的燒結(jié)。

粉末冶金行業(yè)發(fā)展勢不可擋

粉末冶金屬于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的朝陽產(chǎn)業(yè)，以制取金屬或用金屬粉末(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)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù)。

　　我國粉末冶金行業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅猛，特別是汽車行業(yè)、機(jī)械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機(jī)械、電子家電及高科技產(chǎn)業(yè)等迅猛發(fā)展，為粉末冶金行業(yè)帶來了較大的發(fā)展機(jī)遇。

　　具體數(shù)據(jù)顯示，1948年我國硬質(zhì)合金產(chǎn)量僅有2-3萬噸，但2000年后我國粉末冶金市場迅速崛起。2009年我國粉末冶金行業(yè)產(chǎn)量為11.30萬噸，超過日本躍居亞洲首位。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。2014年粉末冶金行業(yè)銷量達(dá)19.18萬噸，2017年增長至20.08萬噸，增幅為4.7%。

　　從應(yīng)用領(lǐng)域來看，現(xiàn)階段，我國粉末冶金產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車、家電、電動工具、摩托車、農(nóng)業(yè)機(jī)械及工程機(jī)械等工業(yè)。隨著我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展，粉末冶金制品本土化需求不斷擴(kuò)大，2016年，應(yīng)用于汽車方面的粉末冶金零件共10.09萬噸，占比54.69%，同比上升6.55%。電控系統(tǒng)有手動、自動電控系統(tǒng)，由用戶任意選擇和要求，操作方便、可靠。未來下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將會繼續(xù)拉動上游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，整個行業(yè)的容量仍在不停擴(kuò)大。

　　汽車領(lǐng)域應(yīng)用較少，技術(shù)相對落后

　　在發(fā)達(dá)國家如美國、歐洲、日本，粉末冶金產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，汽車粉末冶金產(chǎn)品占粉末冶金總產(chǎn)品的比例高達(dá)80%以上，其產(chǎn)品包括VVT(可變氣門正時系統(tǒng))、VCT(可變氣門凸輪軸正時系統(tǒng))、各類泵組件、鏈輪、同步環(huán)、行星齒輪等，種類覆蓋十分齊全。四、豪克能技術(shù)豪克能技術(shù)：利用沖擊能和激發(fā)能的復(fù)合能對金屬零件進(jìn)行加工，從而獲得鏡面零件。

　　而在我國，2017年，粉末冶金市場汽車應(yīng)用占比僅為60%。我國粉末冶金汽車零件占比遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，占比提升潛力大。

　　單車用量方面，中國提升空間同樣相對可觀。2017年，北美粉末冶金零件單車用量可達(dá)18.6Kg，日本為8.0Kg，歐洲為7.2Kg，而中國僅為4.5Kg。技術(shù)難點及改善關(guān)鍵點：陽極氧化的良率水平關(guān)系到最終產(chǎn)品的成本，提升氧化良率的重點在于適合的氧化劑用量、適合的溫度及電流密度，這需要結(jié)構(gòu)件廠商在生產(chǎn)過程中不斷探索，尋求突破。這種差距產(chǎn)生的主要原因是，我國國內(nèi)很多粉末冶金產(chǎn)品達(dá)不到要求的尺寸公差與性能參數(shù)，因此，汽車主機(jī)廠只能選擇成本更高的鍛造零件與機(jī)加工零件。

　　國內(nèi)企業(yè)成本優(yōu)勢顯著，進(jìn)口替代空間廣闊

　　與國外公司相比，國內(nèi)企業(yè)在人力成本、土地成本、原料成本等方面均具有優(yōu)勢，能夠為主機(jī)廠與一級供應(yīng)商提供更低價的粉末冶金產(chǎn)品。同時，國內(nèi)企業(yè)交貨周期短，售后服務(wù)快速、及時，能夠為國內(nèi)主機(jī)廠提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

　　從技術(shù)角度來看，2015年，發(fā)布《中國制造2025》的通知，其中重點提出要大力發(fā)展智能制造、增材制造、新材料、生物醫(yī)用等領(lǐng)域。我們認(rèn)為在國家政策的大力扶持下，國內(nèi)粉末冶金技術(shù)有望得到快速發(fā)展，替代市場逐步由低端轉(zhuǎn)向高技術(shù)。

　　另外，專利申請授權(quán)量的持續(xù)增長彰顯粉末冶金技術(shù)的不斷成熟。2016年，我國鑄造、粉末冶金專利申請授權(quán)量為8295項，同比增長11.62%，近五年(2012-2016年)復(fù)合增長率為16.02%。

　　綜合來看，國內(nèi)粉末冶金產(chǎn)品進(jìn)口替代空間十分廣闊

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(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(jìn)行壓制、燒結(jié)而制得粉末冶金零件的技術(shù)。缺陷：必須使MIM固有的缺陷處于非關(guān)鍵位置，或制造成型后可以除去，例如澆口印跡，頂針印跡或結(jié)合線。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％。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生坯進(jìn)行機(jī)加工，表面光潔度好。因此，國際上普遍認(rèn)為該技術(shù)的發(fā)展將會導(dǎo)致零部件成形與加工技術(shù)的一場革命，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)”。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。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(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)雜的摩擦傳動用同步齒環(huán)，在美國新奧爾蘭舉行的PM2TEC2001國際會議上獲獎。密煉機(jī)是在開煉機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高強(qiáng)度間隙性的混煉設(shè)備。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)。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(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。MIM技術(shù)起源于歐洲部分國家，開始用于軍事裝備部件開發(fā)并得到應(yīng)用。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。