MIM技術(shù)概述  

  金屬（陶瓷）粉末注射成型技術(shù)（Metal Injection Molding，簡(jiǎn)稱MIM技術(shù)）是集塑料成型工藝學(xué)、高分子化學(xué)、粉末冶金工藝學(xué)和金屬材料學(xué)等多學(xué)科相互滲透與交叉的產(chǎn)物，利用模具可注射成型坯件并通過(guò)燒結(jié)快速制造高密度、高精度、三維復(fù)雜形狀的結(jié)構(gòu)零件，能夠快速準(zhǔn)確的將設(shè)計(jì)思想物化為具有一定結(jié)構(gòu)、功能特性的制品并可直接批量生產(chǎn)出零件，是制造技術(shù)行業(yè)一次新的變革。該工藝技術(shù)不僅具有常規(guī)粉末冶金工藝工序少、無(wú)切削或少切削、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，而且克服了傳統(tǒng)粉末冶金工藝制品密度低、材質(zhì)不均勻、機(jī)械性能低、不易成型薄壁、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，特別適合于大批量生產(chǎn)小型、復(fù)雜以及具有特殊要求的金屬零件。  

2、MIM工藝過(guò)程 2.1 工藝流程  

2.2 過(guò)程簡(jiǎn)介  2.2.1 金屬粉末  

  MIM工藝所用金屬粉末顆粒尺寸一般在0.5~20μm，從理論上講，顆粒越細(xì)，比表面積也越大，易于成型和燒結(jié)。而傳統(tǒng)的粉末冶金工藝則采用大于40μm的較粗的粉末。  2.2.2 有機(jī)膠粘劑  

  有機(jī)粘接劑作用是粘接金屬粉末顆粒，使混合料在注射機(jī)料筒中加熱具有流變性和潤(rùn)滑性，也就是說(shuō)帶動(dòng)粉末流動(dòng)的載體。因此，粘接劑的選擇是整個(gè)粉末注射成型的關(guān)鍵。對(duì)有機(jī)粘接劑要求：①用量少，即用較少的粘接劑能使混合料產(chǎn)生較好的流變性；②不反應(yīng)，在去除粘接劑的過(guò)程中與金屬粉末不起任何化學(xué)反應(yīng)；③易去除，在制品內(nèi)不殘留碳。  2.2.3 混煉與制粒  

  混煉時(shí)把金屬粉末與有機(jī)粘接劑均勻摻混在一起，將其流變性調(diào)整到適于注射成型狀態(tài)的作用，混合料的均勻程度直接影響其流動(dòng)性，因而影響注射成型工藝參數(shù)乃至終材料的密度及其它性能，注射成型過(guò)程中產(chǎn)生的下角料、廢品都可重新破碎、制粒，回收再用。  2.3.4 注射成型  

  本步工藝過(guò)程與塑料注射成型工藝過(guò)程在原理上是一致的，其設(shè)備條件也基本相同。在注射成型過(guò)程中，混合料在注射機(jī)料

筒內(nèi)被加熱成具有流變性的塑性物料，并在適當(dāng)?shù)淖⑸鋲毫ο伦⑷肽＞咧?，成型出毛坯。注射成型的毛坯的密度在微觀上應(yīng)均勻一致，從而使制品在燒結(jié)過(guò)程中均勻收縮?？刂谱⑸錅囟?、模具溫度、注射壓力、保壓時(shí)間等成型參數(shù)對(duì)獲得穩(wěn)定的生坯重量重要。要防止注射料中各組分的分離和偏析，否則將導(dǎo)致尺寸失控和畸變而報(bào)廢。  2.2.5 脫粘  

  成型毛坯在燒結(jié)前必須去除毛坯內(nèi)所含有的有機(jī)粘接劑，該過(guò)程稱為脫粘。脫粘工藝必須保證粘接劑從毛坯的不同部位沿著顆粒之間的微小通道逐漸地排出，而不降低毛坯的強(qiáng)度。溶劑萃取部分粘接劑后，還要經(jīng)過(guò)熱脫粘除去剩余的粘接劑。脫粘時(shí)要控制坯件中的碳含量和減少氧含量。  2.2.6 燒結(jié)  

  燒結(jié)是在通有可控氣氛的燒結(jié)爐中進(jìn)行的。MIM零件的高密度化是通過(guò)高的燒結(jié)溫度和長(zhǎng)的燒結(jié)時(shí)間來(lái)達(dá)到的，從而大大提高和改善零件材料的力學(xué)性能。  2.2.7 后處理  

  對(duì)于尺寸要求較為精密及有特殊性能要求的零件，需要進(jìn)行必要的后處理。本工序與常規(guī)金屬制品的熱處理工序相同。  

3、MIM工藝特點(diǎn)  

3.1 MIM工藝與其它加工工藝的對(duì)比  3.1.1 MIM與傳統(tǒng)的粉末冶金（PM）的比較  

  MIM使用的原料粉末粒徑在2—15μm，而傳統(tǒng)粉末冶金的原料粉末粒徑大多在50—100μm。MIM工藝的成品密度高，原因是使用微細(xì)粉末。形狀上自由度高是傳統(tǒng)粉末冶金所不能達(dá)到的，表1為兩工藝的比較。  

3.1.2 MIM與精密鑄造的比較  

  在金屬成型工藝中，壓鑄和精密鑄造是可以成型三維復(fù)雜形狀的零件，但壓鑄僅限于低熔點(diǎn)金屬，而精密鑄造（IC）限于合金鋼、不銹鋼、高溫合金等高熔點(diǎn)金屬及有色金屬，對(duì)于難熔合金如硬質(zhì)合金、高密度合金、金屬陶瓷等卻無(wú)能為力，這是IC的本質(zhì)局限性，而且IC對(duì)于很小、很薄、大批量的零件生產(chǎn)是十分困難或不可行的。IC產(chǎn)業(yè)化已成熟，發(fā)展的潛力有限。MIM是新興的工藝，將擠入IC大批量小零件的市場(chǎng)。  3.1.3 MIM與傳統(tǒng)機(jī)械加工的比較  

  傳統(tǒng)機(jī)械加工法，近來(lái)靠自動(dòng)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(kāi)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?yàn)椴牧系挠行Ю寐实?，且其形狀的完成受限于設(shè)備與刀具，有些零件無(wú)法用機(jī)械加工完成。相反的，MIM可以有效利用材料，形狀自由度不受限制。對(duì)于小型、高難度形狀的精密零件的制造，MIM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(jìng)爭(zhēng)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(wú)法制作的缺憾，并非只與傳統(tǒng)加工方法競(jìng)爭(zhēng)，MIM技術(shù)可以在傳統(tǒng)加工方法無(wú)法制作的零件領(lǐng)域發(fā)揮其特長(zhǎng)。 

   其工藝特點(diǎn)與其它工藝的比較如下圖：  

3.2 MIM的優(yōu)點(diǎn)  

  從MIM的工藝本質(zhì)分析，是目前適合于大批量生產(chǎn)高熔點(diǎn)材料，高強(qiáng)度、復(fù)雜形狀零件的工藝，其優(yōu)點(diǎn)可歸納如下：  （1）MIM可以成型三維形狀復(fù)雜的各種金屬材料零件（只要這種材料能被制成細(xì)粉）。零件各部位的密度和性能一致，既各向同性。為零件設(shè)計(jì)提供了較大的自由度。  

（2）MIM能大限度制得接近終形狀的零件，尺寸精度較高。  

（3）即使是固相燒結(jié)，MIM制品的相對(duì)密度可達(dá)95%以上，其性能可與鍛造材料相媲美。特別是動(dòng)力學(xué)性能優(yōu)良。  

（4）粉末冶金（PM）的自動(dòng)模壓機(jī)的價(jià)格比注射成型機(jī)要高數(shù)倍。MIM可方便地采用一模多腔模具，成型效率高，模具使用壽命長(zhǎng)，更換調(diào)整模具方便快捷。  

（5）注射料可反復(fù)使用，材料利用率達(dá)98%以上。  

（6）產(chǎn)品轉(zhuǎn)向快。生產(chǎn)靈活性大，新產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到投產(chǎn)時(shí)間短。  

（7）MIM特別適合于大批量生產(chǎn)，產(chǎn)品性能一致性好。如果生產(chǎn)的零件選擇適當(dāng)，數(shù)量大，可取得較高的經(jīng)濟(jì)效益。  

（8）MIM所用材料范圍寬，應(yīng)用領(lǐng)域廣闊?？捎糜谧⑸涑尚偷牟牧戏浅V泛，如碳鋼、合金鋼、工具鋼、難熔合金、硬質(zhì)合金、高比重合金等。MIM制品的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域。  

  選擇何種金屬成型工藝，零件的復(fù)雜性和生產(chǎn)產(chǎn)量是兩個(gè)主要決定因素。MIM工藝在零件生產(chǎn)量大和復(fù)雜程度高時(shí)獨(dú)占優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于零件設(shè)計(jì)者，應(yīng)著重設(shè)計(jì)三維形狀復(fù)雜的生產(chǎn)量大的零件，以充分發(fā)揮MIM工藝的特點(diǎn)，取得降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品性能的效果。 

4、注射成型制品材料性能與成本分析  

  MIM工藝采用微米級(jí)細(xì)粉末，既能加速燒結(jié)收縮，有助于提高材料的力學(xué)性能，延長(zhǎng)材料的疲勞壽命，又能改善耐磨性、抗應(yīng)力腐蝕及磁性能。MIM適用的材料主要有：Fe合金、Fe-Ni合金、不銹鋼、W合金、Ti合金、Si-Fe合金、硬質(zhì)合金、永磁合金及氧化鋁、氮化硅、氧化鋯等陶瓷材料。表2列出了一些MIM材料的基本性能。 

  對(duì)于過(guò)硬、過(guò)脆難以切削的材料或幾何形狀復(fù)雜、鑄造時(shí)原料有偏析或污染的零件，采用MIM工藝可大幅度節(jié)約成本。以加工打字機(jī)印刷元件導(dǎo)桿為例：通常需14道以上工序，而采用MIM工藝只需6道工序，可節(jié)約成本一半左右。當(dāng)材料成本/制造成本的比率增加時(shí)，潛在的成本更能降低，因此零件越小越復(fù)雜，經(jīng)濟(jì)效益將越好。通過(guò)以上分析，可以看出MIM成型的潛力是很大的。  

5、應(yīng)用領(lǐng)域  

 MIM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域：  

1、汽車用零件：安全氣囊用零件、汽車鎖用零件、安全帶用零件、汽車車門升降系統(tǒng)、小齒輪、汽車用空調(diào)系統(tǒng)小零件、剎車系統(tǒng)中齒條等，供油系統(tǒng)中的傳感器中的小零件；  

2、軍用零件：槍支零件、彈用零件、引信用零件；  

3、計(jì)算機(jī)及IT行業(yè)：如打印機(jī)零件、磁芯、撞針軸銷、驅(qū)動(dòng)零件、光通信陶瓷插頭；  4、工具：如鉆頭、刀頭、噴嘴、螺旋銑刀、汽動(dòng)工具、漁具用的零件等；  

5、家用器具：如表殼、表鏈、電動(dòng)牙刷、剪刀、高爾夫球頭、珠寶鏈環(huán)、刃具刀頭等零部件；  6、醫(yī)療機(jī)械用零件：如牙矯形架、剪刀、鑷子；  7、電氣用零件：微型馬達(dá)、傳感器件；  

8、機(jī)械用零件：如紡織機(jī)、卷邊機(jī)、辦公機(jī)械用零件等；