金屬注射成形技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)向

1、金屬注射成形技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)向金屬注射成形(MetalInjectionMolding簡(jiǎn)稱MIM)是一種從塑料注射成形行業(yè)中引伸出來的新型粉末冶金近凈成形技術(shù)眾所周知塑料注射成形技術(shù)低廉的價(jià)格生產(chǎn)各種復(fù)雜形狀的制品但塑料制品強(qiáng)度不高為了改善其性能可以在塑料中添加金屬或陶瓷粉末以得到強(qiáng)度較高、耐磨性好的制品，近年來，這一想法已發(fā)展演變?yōu)樽畲笙薅鹊靥岣吖腆w粒子的含量并且在隨后的燒結(jié)過程中完全除去粘結(jié)劑并使成形坯致密化。這種新的粉末冶金成形

2、方法稱為金屬注射成形。金屬注射成形的基本工藝步驟是：首先是選取符合MIM要求的金屬粉末和粘結(jié)劑，然后在一定溫度下采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒎勰┖驼辰Y(jié)劑混合成均勻的喂料，經(jīng)制粒后在注射成形，獲得的成形坯經(jīng)過脫脂處理后燒結(jié)致密化成為最終成品。1.MIM1.MIM粉末及制粉技術(shù)粉末及制粉技術(shù)MIM對(duì)原料粉末要求較高粉末的選擇要有利于混煉、注射成形、脫脂和燒結(jié)，而這往往是相互矛盾的，對(duì)MIM原料粉末的研究包括：粉末形狀、粒度和粒度組成、比表面等，表1中列

3、出了最適合于MIM用的原料粉末的性質(zhì)。表1MIM最佳原料粉末性質(zhì)粒度um28粒度組成較寬或較窄松裝密度%4045搖實(shí)密度%50以上粉末形狀近球形粉末長徑比1.21.5堆集集休止角5060由于MIM原料粉末要求很細(xì)，MIM原料粉末價(jià)格一般較高，有的甚至達(dá)到傳統(tǒng)PM粉末價(jià)格的10倍，這是目前限制MIM技術(shù)廣泛應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵因素，目前生產(chǎn)MIM用原料粉末的方法主要有羰基法、超高壓水霧化法、高壓氣體霧化法等。1.11.1羰基法羰基法MIM最早使

4、用的粉末是羰基法生產(chǎn)的，美國GAF化學(xué)公司采用較粗的海綿鐵粉作原料，制粒后在350度氫氣中退火活化，然后置于反應(yīng)器中，鐵粒暴露在循環(huán)的CO中，氣體壓力為6OPMa，溫度160度，鐵與CO發(fā)生反應(yīng)，得到氣態(tài)的Fe(CO)5并加以冷凝收集，接下來，使Fe(CO)5蒸發(fā)通過一個(gè)垂直的反應(yīng)塔，反應(yīng)塔加熱到300度，在催化劑NH3作用下，F(xiàn)e(CO)5微霧化法是一種將較粗粉末有效地處理成細(xì)粉的新工藝，有以下優(yōu)點(diǎn)：無容器熔化而大大減少了粉末污染；由

5、于高的等離子氣體的溫度，沒有熔點(diǎn)限制，可以方便地制造各種難熔金屬和合金粉末；不需要常規(guī)的龐大的爐子裝置，節(jié)約能源。另外，美國UltraFinePowderTechnology公司開發(fā)了一種Tem霧化裝置，它的基本原理是在霧化之前，將一定壓力的氣體注入金屬熔體中，這樣，霧化后每一金屬液滴內(nèi)都包含有氣體。在冷卻過程中，液滴內(nèi)部氣體壓力增大，金屬液滴產(chǎn)生破碎而得到超細(xì)球形粉末。1.51.5NanovalNanoval層流霧化法層流霧化法德國N

6、anoval公司開發(fā)出了一種獨(dú)特的氣霧化技術(shù)，基本思路是應(yīng)用自穩(wěn)定的、嚴(yán)格成層狀的氣流，使熔化的金屬平行流動(dòng)。熔化了的金屬從拉瓦爾噴嘴的入口到最窄處被氣體壓縮而迅速加速（從幾ms到音速），氣體為獲得穩(wěn)定而呈層狀流動(dòng)。在最窄處以下，氣體被快速壓縮，加速至超音速，在氣液流界面由于剪切應(yīng)力，金屬熔體絲以更高的速度變形，最終不穩(wěn)定而破裂成許多更細(xì)的絲，最終凝結(jié)成細(xì)小粉末。該技術(shù)可直接生產(chǎn)許多適合于MIM的貴金屬粉、特殊牌號(hào)的不銹鋼和高速鋼粉、銅

7、基合金和超合金粉等，該公司產(chǎn)品粉末粒度約為10um，其中20um粒度以下的粉末約占90%。2粘結(jié)劑粘結(jié)劑粘結(jié)劑是MIM技術(shù)的核心，在MIM中粘結(jié)劑具有增強(qiáng)流動(dòng)性以適合注射成形和維持坯塊形狀這兩個(gè)最基本的職能，此外它還應(yīng)具有易于脫除、無污染、無毒性、成本合理等特點(diǎn)，為此出現(xiàn)了各種各樣的粘結(jié)劑，近年來正逐漸從單憑經(jīng)驗(yàn)選擇向根據(jù)對(duì)脫脂方法及對(duì)粘結(jié)劑功能的要求，有針對(duì)性地設(shè)計(jì)粘結(jié)劑體系的方向發(fā)展。粘結(jié)劑一般是由低分子組元與高分子組元再加上一些必

8、要的添加劑構(gòu)成。低分子組元粘度低，流動(dòng)性好，易脫去；高分子組元粘度高，強(qiáng)度高，保持成形坯強(qiáng)度。二者適當(dāng)比例搭配以獲得高的粉末裝載量，最終得到高精度和高均勻性的產(chǎn)品。通常采用的粘結(jié)劑主要有：熱塑性體系（石蠟基、油基和熱塑性聚合物基）、凝膠體系、熱固性體系和水溶性體系。2.12.1熱塑性體系熱塑性體系石蠟基粘結(jié)劑是最早使用，而且至今仍有競(jìng)爭(zhēng)力的粘結(jié)劑體系，特別是壁厚小于3MIM的零件，主要由石蠟與聚烯烴組成。如HDPE，LDPE，PP，PS