首先將固體粉末與有機粘結劑均勻混練,經制粒后在加熱塑化狀態下(~150℃)用注射成形機注入模腔內固化成形,然后用化學或熱分解的方法將成形坯中的粘結劑脫除,最后經燒結致密化得到最終產品。與傳統工藝相比,具有精度高、組織均勻、性能優異,生產成本低等特點,其產品廣泛應用于電子信息工程、生物醫療器械、辦公設備、汽車、機械、五金、體育器械、鐘表業、兵器及航空航天等工業領域。因此,國際上普遍認為該技術的發展將會導致零部件成形與加工技術的一場革命,被譽為“當今最熱門的零部件成形技術”和“21世紀的成形技術”。
歷史與現狀
1973年Wiech等人組建了Parmatech公司, 當時MIM還處于萌芽狀態, 鮮為人知。直到1979年, 其產品在國際粉末冶金大會產品設計大賽中獲兩項大獎才引起粉末冶金工業界的注意。Parmatech轉讓了他們的幾項成果后, MIM公司紛紛建立起來。
1980年Wiech組建Witec公司, 1982年Brunswick公司進入MIM行業, 并收購了Witec公司, 其后又逐步注冊了Omark工業、Remington軍品、Rocky牙科等子公司。1986年, 日本Nippon Seison引進了Wiech工藝。1990年以色列Metalor 2000公司從Parmatech公司引進了MIM工藝, 建立了MIM 生產線。
中國MIM技術的研究始于80年代初期,由中國兵器工業五三研究所、中南工大和北京科技大學分別承擔該課題;經十余年的探索,技術已基本成熟 ,于1996年至2000年期間先后成立公司實現產業化規模。到1997年底, 全球共有約300家以上的公司和機構從事MIM技術的研究、開發、生產和咨詢業務。到1999年底,全球MIM產業總產值將為10億美元(目前傳統粉末冶金為15億美元, 先進陶瓷為6億美元) ,近幾年來MIM產業年增長率約為32%。到2010年,全球MIM產品總銷售額已達24億美元 。就我國而言,MIM市場自2000年開始逐步增長,短短十幾年,國內MIM市場已呈現出較為強勁的發展勢頭。
金屬粉末注射成型技術是集塑料成型工藝學、高分子化學、粉末冶金工藝學和金屬材料學等多學科透與交叉的產物,利用模具可注射成型坯件并通過燒結快速制造高密度、高精度、三維復雜形狀的結構零件,能夠快速準確地將設計思想物化為具有一定結構、功能特性的制品,并可直接批量生產出零件,是制造技術行業一次新的變革。該工藝技術不僅具有常規粉末冶金工藝工序少、無切削或少切削、經濟效益高等優點,而且克服了傳統粉末冶金工藝制品、材質不均勻、機械性能低、不易成型薄壁、復雜結構的缺點,特別適合于大批量生產小型、復雜以及具有特殊要求的金屬零件。工藝流程粘結劑→混煉→注射成形→脫脂→燒結→后處理。
粉末金屬粉末
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,比表面積也越大,易于成型和燒結。而傳統的粉末冶金工藝則采用大于40μm的較粗的粉末。
有機膠粘劑
有機膠粘劑作用是粘接金屬粉末顆粒,使混合料在注射機料筒中加熱具有流變性和潤滑性,也就是說帶動粉末流動的載體。因此,粘接劑的選擇是整個粉末的載體。因此,粘拉選擇是整個粉末注射成型的關鍵。對有機粘接劑要求:
1.用量少,用較少的粘接劑能使混合料產生較好的流變性;
2.不反應,在去除粘接劑的過程中與金屬粉末不起任何化學反應;
3.易去除,在制品內不殘留碳。
混料
把金屬粉末與有機粘接劑均勻摻混在一起,使各種原料成為注射成型用混合料?;旌狭系木鶆虺潭戎苯佑绊懫淞鲃有?,因而影響注射成型工藝參數,以至最終材料的密度及其它性能。注射成形本步工藝過程與塑料注射成型工藝過程在原理上是一致的,其設備條件也基本相同。在注射成型過程中,混合料在注射機料筒內被加熱成具有流變性的塑性物料,并在適當的注射壓力下注入模具中,成型出毛坯。注射成型的毛坯的微觀上應均勻一致,從而使制品在燒結過程中均勻收縮。
萃取
成型毛坯在燒結前必須去除毛坯內所含有的有機粘接劑,該過程稱為萃取。萃取工藝必須保證粘接劑從毛坯的不同部位沿著顆料之間的微小通道逐漸地排出,而不降低毛坯的強度。粘結劑的排除速率一般遵循擴散方程。燒結能使多孔的脫脂毛坯收縮至密化成為具有一定組織和性能的制品。盡管制品的性能與燒結前的許多工藝因素有關,但在許多情況下,燒結工藝對最終制品的金相組織和性能有著很大、甚至決定性的影響。
后處理
對于尺寸要求較為精密的零件,需要進行必要的后處理。這工序與常規金屬制品的熱處理工序相同。
MIM工藝采用微米級細粉末,既能加速燒結收縮,有助于提高材料的力學性能,延長材料的疲勞壽命,又能改善耐、抗應力腐蝕及磁性能。MIM工藝成本分析對于過硬,過脆難以切削的材料或幾何形狀復雜、鑄造時原料有偏析或污染的零件,采用MIM工藝可大幅度節約成本。以加工打字機印刷元件導桿為例,通常需14道能上能下上工序;而采用MIM工藝只需6道工序,可節約一半左右的成本。當材料成本/制造成本的比率增加時,潛在的成本更能降低。因此零件越小越復雜,經濟效益將越好。
1.計算機及其輔助設施:如打印機零件、磁芯、撞針軸銷、驅動零件;
2.工具:如鉆頭、刀頭、噴嘴、槍鉆、螺旋銑刀、沖頭、套筒、扳手、電工工具,手工具等;
3.家用器具:如表殼、表鏈、電動牙刷、剪刀、風扇、高爾夫球頭、珠寶鏈環、圓珠筆卡箍、刃具刀頭等零部件;
4.醫療機械用零件:如牙矯形架、剪刀、鑷子;
5.軍用零件:導彈尾翼、槍支零件、彈頭、藥型罩、引信用零件;
6.電器用零件:電子封裝,微型馬達、電子零件、傳感器件;
7.機械用零件:如松棉機、紡織機、卷邊機、辦公機械等;
8.汽車船舶用零件:如離合器內環、拔叉套、分配器套、汽門導管、同步轂、安全氣囊件等。
縱觀MIM技術在進入中國后在國內的飛速發展速度和不斷創新和改良技術的方案,未來粉末注射成形的發展主要是在材料和設計方面努力,利用該工藝的優點,來幫助客戶改進產品設計和降低成本,從而擴大粉末注射成形的應用領域。我們連云港富馳智造科技有限公司是集開發及交付一體的戰略生產基地,涉及到集注射、脫脂、燒結、拋光、熱處理、PVD、電鍍工藝、陶瓷注射成型一體的生產線體。