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。分解氨是液氨經(jīng)熱分解后獲得的由氫和氮組合的混合氣體，在粉末冶金中即可作為還原劑，也用來作為燒結(jié)氣氛，除了某些含有氮成分的制品因與該氣氛產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)不能采用這種氣氛燒結(jié)以外，大多數(shù)的金屬都可采用這種氣氛來燒結(jié)。

MIM的發(fā)展進程

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行注射成形的粉末冶金工藝。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工藝進一步得到改進，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的強項，使其在手表、手工工具、牙齒矯正支架、汽車發(fā)動機零件、電子密封、切削工具及運動器材中找到大量應(yīng)用。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。

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)。其基本工藝過程是：首先將固體粉末與有機粘結(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，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。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)”。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。

　　美國加州Parmatech公司于1973年發(fā)明，八十年代初歐洲許多國家以及日本也都投入極大精力開始研究該技術(shù)，并得到迅速推廣。特別是八十年代中期，這項技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化以來更獲得突飛猛進的發(fā)展，每年都以驚人的速度遞增。到目前為止，美國、西歐、日本等十多個國家和地區(qū)有一百多家公司從事該工藝技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)、研制與銷售工作。日本在競爭上十分積極，并且表現(xiàn)突出，許多大型株式會社均參與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——愛普生、大同特殊鋼等。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歐洲并直追美國。到目前為止，全球已有百余家公司從事該項技術(shù)的產(chǎn)品開發(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)的開拓性技術(shù)，代表著粉末冶金技術(shù)發(fā)展的主方向。說到喂料生產(chǎn)就不得不提混煉，混煉是喂料生產(chǎn)的第1步，它是使金屬粉末表面包覆一層粘結(jié)劑，使得金屬粉末和粘結(jié)劑組成均勻一致混合料的過程。

LIGA工藝制造塑料消失模具的兩種方法

LIGA工藝制造塑料消失模具有兩種方法：

一種工藝是用模具成型PMMA塑料模芯，將PMMA塑料模芯嵌入模架直接進行金屬注射成型，PMMA塑料模芯與MIM零件毛坯整體從模架中脫出，MIM零件毛坯留在塑料模芯中直接脫脂、燒結(jié)，這成為一步Fu制工藝。

另一種工藝是利用電鑄工藝在PMMA塑料件表面沉積一層金屬鎳，而后將PMMA塑料與鎳殼剝離，再將鎳殼嵌入模架制程金屬模具成型MIM零件毛坯。這成為兩步fu制工藝。

一步fu制工藝成型的零件精度較高，并且解決了零件的脫模及后續(xù)操作等困難，但成本較高；兩步fu制工藝成型的零件精度有所降低，適合批量生產(chǎn)，但存在零件的脫模及后續(xù)操作困難。

金屬粉末充模模擬機理和顆粒模擬的使用

對于多相填充流，人們發(fā)現(xiàn)可以因為剪切力作用，或是顆粒間的相互作用而形成些獨特的結(jié)構(gòu)。特性使得這一現(xiàn)象尤為突出。這就帶來了一些問題，比如：流體是否均勻，流體是否是多相的且每個組分是否都起著獨立的作用來影響整個流體的流動性。通過觀察流道橫截面上的流體可以發(fā)現(xiàn)許多有趣的現(xiàn)象。和中顯示的是橫截面的放大圖，顯示出了相的分離以及年輪一樣的結(jié)構(gòu)。上面圖片中的白色條紋是相分離的一種表征，那里是一些粘結(jié)劑中的低熔點組分。在這樣的地方很容易產(chǎn)生裂紋。這種結(jié)構(gòu)明顯表明流體是多相的，甚至可能是類固體的。所以實際上的MIM喂料熔體是非均質(zhì)的流體，其運動方式和均質(zhì)流體存在著差異。馬氏體轉(zhuǎn)變速度極快，轉(zhuǎn)變時體積產(chǎn)生膨脹，在鋼絲內(nèi)部形成很大的內(nèi)應(yīng)力，所以淬火后的鋼絲需要及時回火，防止應(yīng)力開裂。

　　在粉末-粘結(jié)劑兩相體系中，粉末顆粒和粘結(jié)劑之間存在著強烈的相互作用，因此顆粒附近粘結(jié)劑的運動將受到一定的限制。在這個模型里，將具有不規(guī)則形狀的粉末簡化為規(guī)則球形的顆粒，每個顆粒周圍包覆著一層粘結(jié)劑，這層粘結(jié)劑隨顆粒一起運動，即將其看成一個復(fù)合單元。粘結(jié)劑的厚度假定是常數(shù)，以此確保系統(tǒng)質(zhì)量的恒定。盡管這些復(fù)合單元的周圍還有自由粘結(jié)劑的存在，且其粘性制約了粉末顆粒的運動，還是可將復(fù)合單元看成是不受外圍粘結(jié)劑介質(zhì)的影響。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”。

　　修正顆粒模型顆粒模型較為充分地考慮了MIM喂料的獨特性，可以描述粉末的運動情況，因此這個模型在簡單計算每個粉末顆粒的實際運動情況方面較為精準(zhǔn)，但對于實際的三維問題，顆粒模型的微觀分析需要大量的單元，且容易造成計算的發(fā)散。很難將其應(yīng)用到諸如粉末等微細(xì)粉末的分析。所以必須對已有的顆粒模型進行一定的修正。展示了通過這種顆粒模型模擬出來的MIM喂料充模的情況。從中可以較清楚地看出密度分布的不均勻性。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。

　　結(jié)論由于MIM喂料在模腔中的流動可以看成是固-液兩相流動，所以采用傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)模型來進行流動模擬存在較大的偏差。很多研究表明，MIM喂料在充模過程中將發(fā)生粉末和粘結(jié)劑分離的現(xiàn)象。通過這種方法可以直接考察粉末特性（粒度、粒徑分布、密度和形狀等）對流動過程的影響。從而可以監(jiān)視流動過程中粉末的運動、聚集以及密度變化分布情況和兩相分離等特殊現(xiàn)象。為了簡化三維問題中的計算，還在基于修正顆粒流體動力學(xué)的基礎(chǔ)上對該模型進行了修正。與機加工工藝相比，粉末冶金齒輪的經(jīng)濟批量一般取決于零件的大小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、產(chǎn)品要求精度以及其它性能要求。