金屬注射成形（MIM）發(fā)展

金屬注射成形（metal Injection Molding，MIM）是一種適于生產(chǎn)小型、三維復(fù)雜形狀以及具有特殊性能要求制品的近凈成形工藝。

MIM是由傳統(tǒng)粉末冶金工藝與現(xiàn)代塑料注射成型技術(shù)融合發(fā)展而來，其基本工藝過程是：將各種微細(xì)金屬粉末（一般小于20μm）按一定的比例與預(yù)設(shè)粘結(jié)劑（各種熱塑性塑料，蠟及其他材料）均勻混合，制成具有流變特性的喂料，通過注射機(jī)注入模具型腔（或多模型腔）成型出零件毛坯，毛坯件經(jīng)過脫除粘結(jié)劑和高溫?zé)Y(jié)后，即可得到微觀組織均勻、材料高度致密的各種金屬零部件。一般要按照粘結(jié)劑和粉末密度算出其質(zhì)量比，按照這個比例來進(jìn)行配比。

MIM的發(fā)展進(jìn)程

20世紀(jì)70年代，美國學(xué)者Wiech首先開發(fā)出一種對金屬粉末進(jìn)行注射成形的粉末冶金工藝。針對不同的拋光過程:粗拋(基礎(chǔ)拋光過程)，中拋(精加工過程)和精拋(上光過程)，選用合適的拋光輪可以達(dá)到很好拋光效果，同時提高拋光效率。20世紀(jì)80年代，美國倫賽爾理工學(xué)院開始開展MIM技術(shù)理論基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)的研究工作。美國Injectamax公司和德國BASF公司將脫脂時間從數(shù)十小時縮短到幾個小時，而且保形性得到明顯改善，產(chǎn)品的尺寸精度從±0.5%提高到±0.3%。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。形狀復(fù)雜、尺寸較小及產(chǎn)量大，這些都是MIM的強(qiáng)項，使其在手表、手工工具、牙齒矯正支架、汽車發(fā)動機(jī)零件、電子密封、切削工具及運動器材中找到大量應(yīng)用。

粉末注射成型技術(shù)彎道超車

粉末注射成型適用不銹鋼，鐵基合金，磁性材料，鎢合金，硬質(zhì)合金，精細(xì)陶瓷等系列。所制備的零件廣泛應(yīng)用于航空航天工業(yè)、汽車業(yè)、兵工業(yè)、醫(yī)用器械、機(jī)械行業(yè)、日用品等領(lǐng)域。那么粉末注射成型和其他成形工藝特點的比較，哪個更具優(yōu)勢呢?

　　(一)與傳統(tǒng)粉末冶金工藝比較

　　粉末注射成型作為一種制造高質(zhì)量精密零件的近凈成形技術(shù)，具有常規(guī)粉末冶金方法無法比擬的優(yōu)勢。以上是粉末冶金齒輪一些缺點，不過凡事有利就有弊，相信隨著時代的快速發(fā)展，粉末冶金齒輪的不足點也會慢慢的得到改善。MIM能制造許多具有復(fù)雜形狀特征的零件：如各種外部切槽，外螺紋，錐形外表面，交叉通孔、盲孔，凹臺與鍵銷，加強(qiáng)筋板，表面滾花等等，具有以上特征的零件都是無法用常規(guī)粉末冶金方法得到的。

　　(二)與比精密鑄造比較

　　精密鑄造對于熔點相對較低的金屬或合金，精密鑄造也可以成形三維復(fù)雜形狀的零件。但對于難熔金屬和合金、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷等卻無能為力，這是精密鑄造的本質(zhì)所決定的。另外，對于尺寸小、壁薄、大批量的零件采用精密鑄造是十分困難或不可行的。

　　(三)與機(jī)加工比較

　　傳統(tǒng)機(jī)械加工法，近來靠自動化而提升其加工能力，在效率和精度上有極大的進(jìn)步，但是基本的程序上仍脫不開逐步加工(車削、刨、銑、磨、鉆孔、拋光等)完成零件形狀的方式。

　　機(jī)械加工方法的加工精度遠(yuǎn)優(yōu)于其他加工方法，但是因為材料的有效利用率低，且其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。相反的，粉末注射成型可以有效利用材料，形狀自由度不受限制。吸熱型氣氛與放熱型氣氛相比較，是一種還原性更強(qiáng)、碳勢更高的可控氣氛，在粉末冶金中主要用于鐵基零件和銅基零件燒結(jié)時作保護(hù)氣氛，有時也作為滲碳劑使用。對于小型、高難度形狀的精密零件的制造，粉末注射成型工藝比較機(jī)械加工而言，其成本較低且效率高，具有很強(qiáng)的競爭力。MIM技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)加工方法在技術(shù)上的不足或無法制作的缺憾，并非與傳統(tǒng)加工方法競爭。粉末注射成型技術(shù)可以在傳統(tǒng)加工方法無法制作的零件領(lǐng)域發(fā)揮其特長。

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。十、PVD真空鍍物理氣相沉積（PVD）：是一種工業(yè)制造上的工藝，是主要利用物理過程來沉積薄膜的技術(shù)。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)。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％。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。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。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。金屬粉末注射成型技術(shù)工藝與傳統(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，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。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(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。☆材料對于像鈦、不銹鋼及鎳合金之類難切削加工的材料設(shè)計的零件，MIM最有吸引力。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。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。

淺談鑄件與不銹鋼鍛件之間的區(qū)別

鑄件應(yīng)用有著悠久的歷史。在古代，人們用鑄件做錢幣祭器、工具和一些生活用具。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。然而在現(xiàn)代，鑄件主要用于機(jī)器零部件的毛坯或者直接用作機(jī)器零部件。機(jī)械產(chǎn)品中鑄件開始越來越占比例，用量也是逐年增加，鑄件的形狀、品種也在不斷變化。鑄件漸漸成為了我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚囊徊糠郑黝愰T把、門鎖、小水管道等各類場合都可以看到鑄件的運用。

　　鑄件有優(yōu)良的機(jī)械、物理性能，它可以有各種不同的強(qiáng)度、硬度、韌性配合的綜合性能，還可兼具一種或多種特殊性能，如耐磨、耐高溫和低溫、耐腐蝕等。

　　鑄件的重量和尺寸范圍都很寬，重量最輕的只有幾克，最重的可達(dá)到400噸，壁厚最薄的只有0.5毫米，最厚可超過1米，長度可由幾毫米到十幾米，可滿足不同工業(yè)部門的使用要求。

　　鑄件與不銹鋼鍛件之間都有那些區(qū)別呢？

　　1、鑄件具有良好的耐磨性與消震功能，因為鑄鐵中石墨有利于潤滑及貯油，所以耐磨性好。同樣，由于石墨的存在，灰口鑄鐵的消震性優(yōu)于鋼。

　　2、鑄件工藝性能好，由于灰口鑄鐵含碳量高，接近于共晶成分，故熔點比較低，流動性良好，收縮率小，因此適宜于鑄造結(jié)構(gòu)復(fù)雜或薄壁鑄件。另外，由于石墨使切削加工時易于形成斷屑，所以灰口鑄鐵的可切削加工性優(yōu)于鋼。

　　3、不銹鋼經(jīng)過鍛造加工后能改善其組織結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。很好的耐蝕性能：達(dá)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。鑄造組織經(jīng)過鍛造方法熱加工變形后由于不銹鋼的變形和再結(jié)晶，使原來的粗大枝晶和柱狀晶粒變?yōu)榫Я］^細(xì)、大小均勻的等軸再結(jié)晶組織，使鋼錠內(nèi)原有的偏析、疏松、氣孔、夾渣等壓實和焊合，其組織變得更加緊密，提高了金屬的塑性和力學(xué)性能。

　　4、鑄件的力學(xué)性能低于同材質(zhì)的鍛件力學(xué)性能。然而鍛造加工能保證金屬纖維組織的連續(xù)性，使鍛件的纖維組織與鍛件外形保持一致，可保證零件具有良好的力學(xué)性能與長的使用壽命采用精密模鍛、冷擠壓、溫擠壓等工藝生產(chǎn)的鍛件，都是鑄件所無法比擬的。

　　無論是鑄件還是不銹鋼鍛件，都是機(jī)械生產(chǎn)中不可缺少的一部分，在機(jī)械生產(chǎn)中，根據(jù)產(chǎn)品性能的不同，選擇相應(yīng)的鑄件或鍛件，只有充分發(fā)揮鑄件或鍛件的作用，才能有好的機(jī)械產(chǎn)品。