MIM技術(shù)促進(jìn)零部件制造業(yè)的發(fā)展

近年來(lái)，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(guò)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(dòng)化程度高的大規(guī)模生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，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(lái)帶來(lái)光明之路。

金屬注射成形（MIM）在電子行業(yè)中的應(yīng)用

電子儀器產(chǎn)業(yè)是MIM零件的主要應(yīng)用領(lǐng)域，在亞洲約占MIM零件銷售額的50%。電子器件的微型化需要生產(chǎn)成本較低的，性能較好的，更小的零件，這正是MIM零件的優(yōu)勢(shì)所在。[1]

MIM在中國(guó)的發(fā)展受益于電子行業(yè)（如手機(jī)產(chǎn)業(yè)等）的帶動(dòng)，從2009年開(kāi)始整個(gè)行業(yè)扶搖直上；金屬注射成型產(chǎn)品燒結(jié)出來(lái)后，因?yàn)楦鞣N原因，表面的光潔度相對(duì)比較粗糙，并有輕微的毛刺，并可能有細(xì)小的不銹鋼粉粒黏著在產(chǎn)品表面。尤其到2011年中后，更因?yàn)槭芴O果與三星電子兩家的商品競(jìng)爭(zhēng)，在手機(jī)裝置中大量采用MIM零件，是過(guò)去從未見(jiàn)到的熱潮。以下舉例說(shuō)明電子行業(yè)中的MIM產(chǎn)品。

智能手機(jī)

90年代，最廣為熟知的MIM應(yīng)用是BP機(jī)震動(dòng)馬達(dá)的鎢合金振子。2000年以后，不銹鋼系列開(kāi)始廣泛應(yīng)用，如光纖接頭，消費(fèi)電子類的hinge系列，手機(jī)按鍵，sim卡托槽等。近期MIM行業(yè)出現(xiàn)投資熱潮是由于MIM零件在手機(jī)行業(yè)廣泛應(yīng)用，以及3C行業(yè)的組裝工廠也在中國(guó)，投資門檻的降低，這都吸引了大量的資金流入。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。

根據(jù)市場(chǎng)情況，2015年僅國(guó)產(chǎn)手機(jī)零件（卡托、按鍵、鏡頭圈、LED圈、轉(zhuǎn)軸）達(dá)到16.5億，而且MIM產(chǎn)品的市場(chǎng)需求還會(huì)進(jìn)一步的擴(kuò)大。

光導(dǎo)纖維零件

圖5是由17-4PH不銹鋼制造的薄壁（壁厚小于1mm）、形狀復(fù)雜的光導(dǎo)纖維收發(fā)報(bào)機(jī)外罩，是用于網(wǎng)絡(luò)和電訊設(shè)備中的超高速收發(fā)報(bào)機(jī)并聯(lián)光學(xué)模件。這些薄壁的MIM外罩由4個(gè)薄支柱支承2條并聯(lián)的帶[1]。

其他典型電子行業(yè)MIM產(chǎn)品

在電子行業(yè)中諸如磁盤驅(qū)動(dòng)器部件、電纜連接器、電子封裝件、手機(jī)振子、計(jì)算機(jī)打印頭等也常用MIM產(chǎn)品。

金屬注射成形用不銹鋼粉的生產(chǎn)工藝

金屬注射成形技術(shù)由陶瓷零件的粉末注射成形技術(shù)發(fā)展而來(lái)，是一種新型的粉末冶金近凈成形技術(shù)。金屬注射成形技術(shù)技術(shù)的主要生產(chǎn)步驟如下：金屬粉末與粘結(jié)劑混合——制粒——注射成形——脫脂——燒結(jié)——后續(xù)處理——最終產(chǎn)品該技術(shù)適用于大批量生產(chǎn)性能高、形狀復(fù)雜的小尺寸的粉末冶金零部件，如瑞士的手表業(yè)用來(lái)生產(chǎn)手表零件。      近幾十年來(lái)，MIM技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭迅猛，能應(yīng)用的材料體系包括：Fe-Ni合金、不銹鋼、工具鋼、高比重合金、硬質(zhì)合金、鈦合金、鎳基超合金、金屬間化合物、氧化鋁、氧化鋯等。金屬注射成形技術(shù)要求粉末粒度為微米級(jí)以下，形狀近球形。此外對(duì)粉末的松裝密度、搖實(shí)密度、粉末長(zhǎng)徑比、自然坡度角、粒度分布也有一定的要求。目前生產(chǎn)金屬注射成形技術(shù)用粉末的主要方法有：水霧化法、氣體霧化法、羰基法。常用的不銹鋼金屬的粉末牌號(hào)有：304L，316L， 317L，410L，430L，434L，440A，440C，17-4PH等。達(dá)克羅涂層的導(dǎo)電性能不是太好，因此不宜用于導(dǎo)電連接的零件，如電器的接地螺栓等。

     對(duì)于水霧化法其制作流程為：

     選用不銹鋼原料——中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔化——成份調(diào)整——脫氧除渣——霧化制粉——質(zhì)量檢測(cè)——篩分——包裝入庫(kù)主要用到的設(shè)備有：中頻感應(yīng)熔爐、高壓水泵、全封閉式制粉裝置、循環(huán)水水池、篩分和包裝設(shè)備、檢測(cè)儀器等。

    對(duì)于氣霧化法其制作流程為：

    選用不銹鋼原料——中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔化——成份調(diào)整——脫氧除渣——霧化制粉——質(zhì)量檢測(cè)——篩分——包裝入庫(kù)主要用到的設(shè)備有：中頻感應(yīng)熔爐、氮?dú)庠春挽F化裝置、循環(huán)水水池、篩分和包裝設(shè)備、檢測(cè)儀器等。

每種方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)：水霧化法是主要的制粉工藝，其效率高、大規(guī)模生產(chǎn)比較經(jīng)濟(jì)，可使粉末細(xì)微化，但形狀不規(guī)則，這有利于保形，但所用粘結(jié)劑較多，影響精度。此外，水與金屬高溫反應(yīng)形成的氧化膜妨礙燒結(jié)。氣體霧化法是生產(chǎn)金屬注射成形技術(shù)用粉的主要方法，它生產(chǎn)的粉末為球形，氧化程度低，所需粘結(jié)劑少，成形性好，但極細(xì)粉收率低，價(jià)格高，保形性差，且粘結(jié)劑中的C，N，H，O對(duì)燒結(jié)體有影響。羰基法生產(chǎn)的粉末純度高、開(kāi)頭穩(wěn)定、粒度極細(xì)，它最適合于 MIM，但僅限于Fe,Ni等粉體，不能滿足品種的要求。為了滿足金屬注射成形技術(shù)用粉的要求，許多制粉公司對(duì)上述方法進(jìn)行了改進(jìn)，還發(fā)展了微霧化、層流霧化等制粉方法。現(xiàn)在通常是水霧化粉和氣霧化粉混合使用，前者提高振實(shí)密度后者維持保形性。技術(shù)難點(diǎn)及改善關(guān)鍵點(diǎn)：陽(yáng)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(diǎn)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(guò)程中不斷探索，尋求突破。目前采用水霧化粉也可生產(chǎn)相對(duì)密度大于99%的燒結(jié)體，因此較大型零件只使用水霧化粉，較小型零件使用氣霧化粉

金屬粉末充模模擬機(jī)理和顆粒模擬的使用

對(duì)于多相填充流，人們發(fā)現(xiàn)可以因?yàn)榧羟辛ψ饔?，或是顆粒間的相互作用而形成些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。特性使得這一現(xiàn)象尤為突出。這就帶來(lái)了一些問(wèn)題，比如：流體是否均勻，流體是否是多相的且每個(gè)組分是否都起著獨(dú)立的作用來(lái)影響整個(gè)流體的流動(dòng)性。通過(guò)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(diǎn)組分。在這樣的地方很容易產(chǎn)生裂紋。運(yùn)用該技術(shù)可直接生產(chǎn)多孔、半致密或全致密的材料和制品，因此應(yīng)用十分廣泛。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(shí)際上的MIM喂料熔體是非均質(zhì)的流體，其運(yùn)動(dòng)方式和均質(zhì)流體存在著差異。

　　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(qiáng)烈的相互作用，因此顆粒附近粘結(jié)劑的運(yùn)動(dòng)將受到一定的限制。在這個(gè)模型里，將具有不規(guī)則形狀的粉末簡(jiǎn)化為規(guī)則球形的顆粒，每個(gè)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(yùn)動(dòng)，即將其看成一個(gè)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。粘結(jié)劑的選擇十分關(guān)鍵，若粘結(jié)劑選擇不當(dāng)可能產(chǎn)生以下缺陷：粘結(jié)劑是怎么分類的。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(yùn)動(dòng)，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。

　　修正顆粒模型顆粒模型較為充分地考慮了MIM喂料的獨(dú)特性，可以描述粉末的運(yùn)動(dòng)情況，因此這個(gè)模型在簡(jiǎn)單計(jì)算每個(gè)粉末顆粒的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況方面較為精準(zhǔn)，但對(duì)于實(shí)際的三維問(wèn)題，顆粒模型的微觀分析需要大量的單元，且容易造成計(jì)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(duì)已有的顆粒模型進(jìn)行一定的修正。展示了通過(guò)這種顆粒模型模擬出來(lái)的MIM喂料充模的情況。粉末燒結(jié)氣氛是指粉末冶金制品在燒結(jié)時(shí)，燒結(jié)爐內(nèi)的實(shí)際氣氛，常用的燒結(jié)氣氛主要有保護(hù)氣氛、可控氣氛和空氣。從中可以較清楚地看出密度分布的不均勻性。

　　結(jié)論由于MIM喂料在模腔中的流動(dòng)可以看成是固-液兩相流動(dòng)，所以采用傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)模型來(lái)進(jìn)行流動(dòng)模擬存在較大的偏差。很多研究表明，MIM喂料在充模過(guò)程中將發(fā)生粉末和粘結(jié)劑分離的現(xiàn)象。通過(guò)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(duì)流動(dòng)過(guò)程的影響。從而可以監(jiān)視流動(dòng)過(guò)程中粉末的運(yùn)動(dòng)、聚集以及密度變化分布情況和兩相分離等特殊現(xiàn)象。壓機(jī)一般都幾噸到幾百噸壓力，直徑基本是在110MM以內(nèi)都可以制作成粉末冶金。為了簡(jiǎn)化三維問(wèn)題中的計(jì)算，還在基于修正顆粒流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上對(duì)該模型進(jìn)行了修正。