金属注射成形介绍
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金属粉末的注射成型金属粉末的注射成型,也被称为金属粉末注射成型(Metal Powder Injection Molding,简称MIM),是一种先进的制造技术,将金属粉末与有机物相结合,通过注射成型和烧结工艺,制造出高密度、精确尺寸、复杂形状的金属零件。
在金属粉末注射成型过程中,首先将金属粉末与有机粘结剂和其他添加剂混合均匀,形成金属粉末/有机物混合物。
其次,在高压下,将混合物通过注射机注射到具有细微孔隙和管道的模具中。
模具通常采用两片结构,上模和下模之间形成的形状即为所需制造的零件形状。
注射机将足够的压力用于将混合物推进模具的每一个细微空间,以确保零件形状准确,毛边小。
注射后,模具中的混合物开始固化,形成绿色零件。
最后,通过烧结处理,去除有机物并使金属颗粒结合成整体,形成具有理想密度和力学性能的金属粉末零件。
相对于传统的金属加工方法,金属粉末注射成型具有以下优势:首先,MIM可以制造复杂形状的金属零件,包括薄壁结构、内外复杂曲面和细小结构,满足了一些特殊零件的制造需求。
其次,MIM的材料利用率高,废料少,可以减少原材料和能源的浪费。
此外,零件的尺寸稳定性好,需要的加工工序少,可以降低生产成本。
最重要的是,对于一些其他制造工艺难以实现的金属材料,例如高强度不锈钢、钨合金和钛合金,MIM可以实现高质量的制造。
然而,金属粉末注射成型也存在应用范围的限制。
首先,相对较高的制造成本使得该技术在一些低成本产品上难以应用。
其次,较大的尺寸限制了MIM在制造大尺寸、高精度的零件上的应用。
此外,与其他成型方法相比,MIM的制造周期较长,对行业响应速度要求较高的场景不适用。
尽管如此,金属粉末注射成型技术已经在汽车、电子产品、医疗器械、工具和航空航天等领域得到了广泛的应用。
随着制造技术的进步和材料属性的改进,金属粉末注射成型有望在更多领域发挥其优势,并带来更多创新的解决方案。
MIM技术介绍MIM技术,即金属注射成型技术(Metal Injection Molding),是一种将金属粉末与高聚合物粉末相混合,通过注射成型后烧结制成零件的先进制造技术。
该技术的特点是将金属粉末颗粒与粘结剂混合,并在注射成型后通过烧结过程将粉末颗粒结合在一起形成致密的金属零件。
MIM技术是目前最流行的三维成型技术之一,它兼具了传统压力成型和金属烧结的优点。
在MIM技术中,首先将金属粉末与粘结剂按一定比例混合,形成MIM料浆。
然后,通过注射机将MIM料浆注射到金属模具中进行成型。
成型后的零件经过脱模,形成近净成型的未烧结零件。
最后,通过烧结过程,将未烧结零件在惰性气氛下加热至金属粉末的熔点以上进行烧结,粘结剂将烧结后残留物挥发,金属粉末颗粒结合在一起,形成致密的金属零件。
MIM技术的优点主要表现在以下几个方面。
首先,MIM技术可以制造形状复杂、精度高的零件,相比传统的金属加工方法更加灵活。
其次,MIM技术能够生产大批量的零件,并且具有高度的一致性,适用于需求量大的产品制造。
此外,MIM技术还可以制造超细或微型零件,满足现代微电子、医疗器械等领域对高精度零件的需求。
尽管MIM技术在低成本、高效率和高精度等方面具有明显优势,但也存在一些挑战。
首先,MIM技术对原料的要求较高,金属粉末的粒度和形状对成型效果有较大影响。
其次,粘结剂的选择和控制也是一项关键任务。
此外,由于烧结过程中需要控制温度和气氛等因素,烧结工艺相对复杂。
因此,MIM技术的成功应用需要综合考虑材料、工艺和设备等多个因素。
总的来说,MIM技术是一种高度灵活、高效率、高精度的金属成型方法,已在汽车、航空航天、电子、医疗器械等领域得到广泛应用。
随着材料科学和制造技术的不断发展,MIM技术将进一步完善和推广,为各个行业提供更多高质量的金属零件。
MIM技术作为一种金属粉末成型技术,具有独特的优势和特点,逐渐成为制造业中不可忽视的一种先进工艺。
金属注射成型综述要点金属注射成型(MIM)是一种通过将金属粉末与塑料注射成型技术相结合的新型金属加工方法。
它以其高效率、高精度和复杂形状制造能力而受到广泛关注。
本文将对金属注射成型技术的原理、工艺流程、优点和应用领域等进行综述。
1.技术原理金属注射成型是将金属粉末与有机聚合物混合后,在高温下进行塑性加工。
首先,将金属粉末与粘结剂混合,形成金属粉末/粘结剂浆料。
然后,通过注射成型机将该浆料注入金属注射模具中。
在注射模具中,通过压力和温度的作用,金属粉末与粘结剂烧结成型。
最后,通过去除粘结剂和烧结金属零件的后处理工艺,获得最终的金属注射成型零件。
2.工艺流程金属注射成型的工艺流程主要包括:原料准备、混合、注射成型、脱脂、烧结和后处理。
在原料准备阶段,需要准备金属粉末、粘结剂和其他辅助材料。
混合阶段是将金属粉末与粘结剂混合,并形成浆料。
注射成型阶段将浆料注入金属注射模具中,并在高温下进行塑性变形。
脱脂阶段是将注射成型的零件在高温下去除粘结剂。
烧结阶段是将零件在高温下烧结,以实现金属颗粒的结合和形状的固定。
最后,通过后处理工艺,如表面处理、加工和涂装等,得到最终的金属注射成型零件。
3.优点(1)高精度:金属注射成型可以制造出复杂形状的零件,并且具有高精度和低尺寸偏差。
(2)高效率:金属注射成型可以通过注射成型机实现大规模的连续生产,提高生产效率。
(3)材料利用率高:金属注射成型可以利用可回收的金属粉末制造零件,减少材料浪费。
(4)节省成本:金属注射成型可以减少后续加工工序,节省制造成本。
(5)材料性能优良:金属注射成型所制造的零件具有高密度、均匀组织和优良的机械性能。
4.应用领域金属注射成型技术已广泛应用于汽车、医疗器械、电子设备、航天航空等领域。
在汽车行业中,金属注射成型可以制造出发动机零件、变速器零件和车身零件等。
在医疗器械领域,金属注射成型可以制造出植入物、外科器械和牙科器械等。
在电子设备领域,金属注射成型可以制造出连接器、插头和传感器等。
mimu工艺MIMU工艺是一种新兴的制造工艺,它采用先进的材料和技术,广泛应用于多个领域。
MIMU工艺的特点是高精度、复杂形状和成本效益。
本文将介绍MIMU工艺的原理、应用和优势。
一、MIMU工艺的原理MIMU工艺全称为金属注射成型(Metal Injection Molding)工艺,是将金属粉末与聚合物粉末混合,并通过注射成型的方式制造金属零件。
该工艺结合了传统金属注射成型和塑料注射成型的优点,可以制造具有复杂形状和高精度要求的金属零件。
MIMU工艺的工艺流程主要包括:原料配比、混合、注射成型、脱模、烧结和后处理。
首先,将金属粉末和聚合物粉末按一定比例混合,并加入一定量的溶剂,形成可注射的糊状物。
然后,将糊状物注射到模具中,通过压力和温度使其固化成形。
接下来,脱模得到未烧结的零件,再将零件进行烧结,使其达到金属状态。
最后,对烧结后的零件进行去除溶剂、热处理、机械加工、抛光等后处理工序,最终得到成品。
二、MIMU工艺的应用MIMU工艺在各个领域都有广泛的应用。
首先,它可以制造汽车零部件,如发动机零件、传动系统零件等。
这些零件通常需要复杂的形状和高精度,而MIMU工艺可以满足这些要求。
其次,MIMU工艺还可以用于制造医疗器械,如人工关节、牙科器械等。
这些器械对材料的生物相容性和精度要求较高,MIMU工艺可以提供高质量的产品。
此外,MIMU工艺还可以应用于电子设备、航空航天、军工等领域。
三、MIMU工艺的优势MIMU工艺相比传统的加工方法具有多项优势。
首先,MIMU工艺可以制造复杂形状的零件,无需进行多道加工工序,从而提高了生产效率。
其次,MIMU工艺可以制造高精度的零件,其尺寸和形状的精度可达到0.1mm级别。
再次,MIMU工艺可以制造多种材料的零件,如不锈钢、合金、钛合金等。
最后,MIMU工艺的生产成本相对较低,可以大规模生产,降低了制造成本。
MIMU工艺是一种具有广泛应用前景的制造工艺。
它通过将金属粉末与聚合物粉末混合并注射成型,可以制造复杂形状和高精度要求的金属零件。
mimmil成型工艺
MIM(Metal Injection Molding)是一种金属注射成型工艺,也被称为Mimmil。
它是将粉末冶金和塑料注塑成型工艺相结合
的一种复合工艺。
MIM工艺可以制造出复杂形状、高密度、
高强度的金属部件。
Mimmil工艺的主要步骤包括:
1. 原料制备:将金属粉末与聚合物混合,形成可流动的注射料。
2. 注塑成型:将注射料加热至熔融状态后,通过注射机将熔融物质注入到成型模具中,然后冷却固化。
3. 去脱模:将成型的零件从模具中取出。
4. 烧结:通过高温处理,使得金属粉末粒子结合在一起,形成固体金属零件。
5. 后处理:包括去除模具支撑结构、表面处理、加工等工序,以得到最终的产品。
Mimmil工艺具有以下优点:
1. 可以制造出复杂形状的零件,如小孔、细槽等。
2. 良好的直线尺寸精度,可以达到±0.1%。
3. 零件密度高,可以达到 98%以上。
4. 可以制造高强度、高硬度和高耐磨的金属零件。
5. 生产周期短,工艺灵活,能够实现大批量生产。
Mimmil工艺在汽车、医疗器械、电子设备等领域有广泛应用,并且正在不断发展和完善,为金属制造行业带来了新的可能性。
金属粉末注射成型工艺及研究进展金属粉末注射成型(Metal Powder Injection Molding)是一种将金属粉末与有机增塑剂混合,并经过成型、脱脂与烧结等工艺步骤得到高密度的金属制品的先进制造技术。
自20世纪60年代开始发展以来,金属粉末注射成型技术在汽车、航空航天、医疗器械等领域得到了广泛应用。
本文将着重介绍金属粉末注射成型工艺的基本原理和研究进展。
一、基本原理金属粉末注射成型工艺主要包括以下几个步骤:原料制备、混合、注射成型、脱脂与烧结。
1. 原料制备在金属粉末注射成型过程中,合适的原料对成品制品的性能和质量起着决定性的作用。
通常,金属粉末的粒径要细小,分布要均匀,并具备良好的流动性。
为了提高金属粉末的流动性,往往需要通过表面处理、添加润滑剂等方法进行改性。
2. 混合在混合过程中,金属粉末与有机增塑剂按一定比例进行混合,并通过机械作用使其均匀分散。
混合的目的是为了使金属粉末与增塑剂形成均匀的糊状混合物,便于后续注射成型工艺的进行。
3. 注射成型注射成型是金属粉末注射成型工艺的核心步骤。
通过将混合物注射进注射机的模具腔中,并在一定的压力和温度下进行填充与压实,使其形成所需形状的绿体。
注射成型的优势在于可以制造出复杂且精密的金属件,且生产效率较高。
4. 脱脂与烧结脱脂与烧结是为了最终获得高密度的金属制品。
脱脂过程中,通过热处理将有机增塑剂从绿体中除去,获得无机绿体。
而烧结过程则是将无机绿体在高温下进行热处理,使金属粉末颗粒相互结合,形成致密的金属零件。
二、研究进展金属粉末注射成型技术在近年来获得了许多关注,在工艺、材料以及设备等方面取得了一系列的研究进展。
1. 工艺优化为了提高金属粉末注射成型工艺的效率和品质,研究者们进行了大量的工艺优化研究。
例如,通过调整注射成型参数、优化模具结构以及改变绿体预烧工艺等,可以有效改善成品的性能和质量。
2. 材料开发金属粉末注射成型所使用的金属粉末涉及多种材料,如不锈钢、钴基合金、铁基合金等。
金属注射成型工艺
金属注射成型工艺是一种利用高压液压力将金型垫、螺杆及金属芯料
以最大压力注射进模具内,使模具内的芯料填充模具型腔,并在一定温度、一定压力成型后放出模具,形成一种高技术微小细节、精度高、效率高、
外形美观的精密金属件的制造方法。
金属注射成型工艺分为机械注射成型
和蒸汽注射成型两种方式。
金属注射成型工艺具有生产效率高等特点,可
以大大缩短产品的完成时间,节省生产成本。
值得注意的是,金属注射成
型工艺并不是适用于所有金属材料的,因为金属注射成型工艺所需要的金
属材料必须具备较强的延展性和塑性,才能够获得良好的成型效果。
金属注射粉末成型工艺介绍金属粉末注射成型(Metal Injection Molding,简称MIM)是一种新的零部件制备技术,它是将塑料注射成型技术引入到粉末冶金领域而形成的一种全新的零部件加工技术。
众所周知,塑料注射成形技术能生产出各种形状复杂且价格低廉的塑料制品,但塑料制品强度不高,为了改善其性能,在塑料中添加金属粉末以得到强度较高、耐磨性好的制品。
现在,这一想法已发展为最大限度地提高固体粒子含量,并在随后的脱脂烧结过程中完全去除粘结剂,从而使成形坯致密化。
这种新的粉末冶金成型方法被称为金属粉末注射成型。
金属注塑成型(MIM)工艺特点1、金属注塑成型技术可以概括为:现代塑料注塑成型技术+粉末冶金技术。
2、MIM工艺流程为:状态下(~150℃)用注射成型机注入模腔内固化成形;然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除;最后经烧结致密化得到最终产品。
有的烧结产品还可进行进一步致密化处理、热处理或机加工。
4、MIM技术特点:---- 可以直接制备出具有最终形状和尺寸的复杂零部件。
例如:非对称零件,带沟槽、横孔、盲孔的零件,壁厚变化比较大的零件,表面带花纹和文字的零件等。
产品性能优越由于MIM产品微观组织均匀,没有铸造工艺中出现的粗大结晶组织和成分偏析,产品密度高,产品强度、硬度、延伸率等力学性能高,耐磨性好,耐疲劳,组织均匀,要明显优于精密铸造材料和传统粉末冶金材料。
---- 可以实现零部件一体化。
由于加工技术或材料性能的原因,有些部件采用传统技术制造时,需要加工成几个零件来组装,有时几个零件的材料还不一样。
采用MIM技术则可以直接制成一个整体的复合部件。
---- 材料适应性广。
可以说:能制成合适粉末的任何材料都可以用MIM技术制造零部件。
---- 生产成本低。
主要表现在:可以减少甚至消除机加工,劳动强度低,大幅度的提高生产效率;原材料利用率高,避免切削加工中的浪费;生产线高度自动化,工序简单,可连续大批量生产。
MIM金属粉末注射成型技术简介MIM(Metal Injection Molding)金属粉末注射成型技术是一种将金属粉末与聚合物混合并注射成型的成型工艺。
这种工艺结合了传统金属粉末冶金和塑料注射成型技术的优势,可以生产出复杂形状、高精度和高强度的金属零件。
MIM工艺的基本原理是将金属粉末与适当比例的聚合物混合,并在高温下注射进模具中。
注射后,模具中的混合物经过固化和烧结两个步骤。
首先,在固化阶段,聚合物在高温下固化成强度较低的绿坯。
然后,在烧结阶段,通过加热使聚合物燃烧脱除,金属粉末颗粒在密实的绿坯中结合成金属零件。
MIM工艺具有以下几个优点。
首先,它可以实现复杂形状的金属零件的制作,包括内腔、细槽和细孔等特殊结构。
其次,MIM可以生产出精度高、表面光滑的零件。
此外,在同样强度要求下,MIM制件的重量通常比传统制造工艺更轻。
最后,MIM工艺适用于大批量生产,可以实现高效率、低成本的生产。
MIM工艺的主要应用领域包括电子、汽车、医疗、军工等行业。
在电子领域,MIM可以制作出细小的电子器件,如连接器、电池片和耳机插头等。
在汽车领域,MIM可以制作出复杂的发动机零件、传动系统部件和刹车系统组件等。
在医疗领域,MIM可以制作出高精度的人工关节、牙科器械和手术工具等。
在军工领域,MIM可以制作出高强度、耐磨的武器部件和飞行器部件等。
然而,MIM工艺也存在一些限制。
首先,MIM工艺的设备和材料成本较高,需要更高的投资。
其次,MIM的制造周期较长,通常需要数周至数月的时间。
最后,MIM工艺的材料种类有限,只适用于可烧结金属粉末,如不锈钢、合金钢和钛合金等。
总的来说,MIM金属粉末注射成型技术是一种高效、精密和经济的金属制造工艺。
随着对金属零件的需求不断增加,MIM有望在各行业中得到更广泛的应用。
未来,随着新材料的发展和工艺改进,MIM技术将进一步提升零件的性能和质量,为各行业的发展带来更多的机遇和挑战。
2024年金属粉末注射成型技术金属粉末注射成型技术(MetalPowderInjectionMolding,简称MIM)是将现代塑料喷射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成形技术。
其基本工艺过程是:首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练,经制粒后在加热塑化状态下(~150℃)用喷射成形机注入模腔内固化成形,然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除,最后经烧结致密化得到最终产品。
与传统工艺相比,具有精度高、组织均匀、性能优异,生产成本低等特点,其产品广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。
因此,国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命,被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。
美国加州Parmatech公司于1973年发明,八十年代初欧洲许多国家以及日本也都投入极大精力开始研究该技术,并得到迅速推广。
特别是八十年代中期,这项技术实现产业化以来更获得突飞猛进的发展,每年都以惊人的速度递增。
到目前为止,美国、西欧、日本等十多个国家和地区有一百多家公司从事该工艺技术的产品开发、研制与销售工作。
日本在竞争上十分积极,并且表现突出,许多大型株式会社均参与MIM工业的推广,这些公司包括有太平洋金属、三菱制钢、川崎制铁、神户制钢、住友矿山、精工--爱普生、大同特殊钢等。
目前日本有四十多家专业从事MIM产业的公司,其MIM工业产品的销售总值早已超过欧洲并直追美国。
到目前为止,全球已有百余家公司从事该项技术的产品开发、研制与销售工作,MIM技术也因此成为新型制造业中最为活跃的前沿技术领域,被世界冶金行业的开拓性技术,代表着粉末冶金技术发展的主方向MIM技术。
金属粉末喷射成型技术是集塑料成型工艺学、高分子化学、粉末冶金工艺学和金属材料学等多学科透与交叉的产物,利用模具可喷射成型坯件并通过烧结快速制造高密度、高精度、三维复杂形状的结构零件,能够快速准确地将设计思想物化为具有一定结构、功能特性的制品,并可直接批量生产出零件,是制造技术行业一次新的变革。
金属粉末注射成型技术金属粉末注射成型(Metal Powder Injection Molding,简称MIM)技术是一种通过将金属粉末与热塑性聚合物射出成型技术相结合,制造复杂形状的金属制品。
MIM技术结合了传统的注射成型和金属粉末冶金技术的优点,能够高效、精确地制造出形状复杂的金属部件。
下面将从工艺原理、材料特点、工艺流程以及应用领域等方面详细介绍MIM技术。
一、工艺原理MIM技术主要包括四个步骤,即粉末混合、注射成型、烧结和后处理。
首先,将金属粉末与增塑剂、溶剂等辅助剂混合均匀,形成可塑性的混合料。
然后,将混合料装入注射机中,通过高压力将混合料注射至模具腔穴中,得到近成型的部件。
接下来,通过烧结工艺,将成型的部件进行加热,使金属粉末颗粒之间相互扩散,实现部件的致密化和结合。
最后,进行去脱模、表面处理等后处理工艺,使得最终制品达到所需的精度和表面质量。
二、材料特点MIM技术可以制造多种金属的制品,包括不锈钢、钛合金、铜合金、铁合金等。
这些材料具有良好的机械性能、耐磨、耐腐蚀等特点,可以满足各种应用领域的需求。
金属粉末的粒度一般在5-20μm之间,可以根据制品要求进行选择。
此外,MIM制品可以采用多种表面处理工艺,如抛光、电镀、喷涂等,进一步提高产品的表面质量和装饰效果。
三、工艺流程MIM技术的工艺流程相对复杂,包括原料准备、混合、注射、烧结和后处理等环节。
首先,需要根据制品要求选择合适的金属粉末和添加剂,并对其进行筛选和处理。
然后,将金属粉末与增塑剂、溶剂等辅助剂进行混合,形成可塑性的混合料。
接下来,将混合料装入注射机中,通过高压力将混合料注射至模具腔穴中。
然后,将近成型的部件进行烧结,使其实现致密化和结合。
最后,通过去脱模、除渣、表面处理等后处理工艺,得到最终的金属部件。
四、应用领域MIM技术的应用领域非常广泛,包括电子通讯、汽车工业、医疗器械、军工等领域。
在电子通讯领域,MIM技术可以制造小型高精度的连接器、插件等零部件,满足电子设备不断减小体积和提高性能的需求。
金属注射成型综述金属注射成型(Metal Injection Molding,简称MIM)是一种结合了传统塑料注射成型和金属粉末冶金工艺的先进制造技术。
它通过将金属粉末与聚合物粉末及其它添加剂混合,制作成可注射成型的混合粉末,然后在恒温的注射成型机中将其注射到模具中,进行成型和烧结处理,最终得到金属零件。
1.精度高:通过粉末注射成型技术,可以制造出复杂形状的金属零件,具有较高的尺寸和形状精度。
2.材料利用率高:金属注射成型可以利用金属粉末的纯度较低,成本较高的优势,降低材料成本。
3.节约能源:相比传统金属加工技术,金属注射成型过程中不需要进行大量的切削工序,可以节约能源。
4.生产周期短:金属注射成型可以大量生产复杂形状的金属零件,提高生产效率,缩短生产周期。
金属注射成型的工艺流程包括原料制备、混合、注射成型、脱模、烧结等环节。
在原料制备阶段,需要选择合适的金属粉末、聚合物粉末和添加剂,并将其进行混合,得到可注射成型的混合粉末。
在注射成型过程中,将混合粉末注射到恒温的注射成型机中,通过热熔和压力作用,使混合粉末填充到模具的腔室中。
之后,脱模和烧结过程分别用于去除模具和烧结获得密实的金属零件。
金属注射成型在汽车、医疗器械、军工、电子等领域有广泛的应用。
例如,在汽车制造中,金属注射成型可以制造出轻量化的零部件,提高汽车的燃油效率;在医疗器械领域,金属注射成型可以用于制造高精度的手术工具和植入物等。
尽管金属注射成型具有广阔的应用前景,但也存在一些挑战和限制。
首先,金属注射成型设备和工具的成本较高,限制了技术的普及和应用。
其次,金属注射成型技术对原料的选择和制备要求较高,对于一些特殊金属材料的应用仍存在挑战。
此外,金属注射成型过程中的残留应力和尺寸变化等问题,也需要进一步研究和解决。
综上所述,金属注射成型是一种先进的制造技术,能够制造复杂形状的金属零件,具有高精度、材料利用率高、节约能源和生产周期短等优势。
金属注射成形介绍金属注射成形(Metal Injection Molding,简称MIM)是一种从塑料注射成形行业中引伸出来的新型粉末冶金近净成形技术,众所周知,塑料注射成形技术低廉的价格生产各种复杂形状的制品,但塑料制品强度不高,为了改善其性能,可以在塑料中添加金属或陶瓷粉末以得到强度较高、耐磨性好的制品。
近年来,这一想法已发展演变为最大限度地提高固体粒子的含量并且在随后的烧结过程中完全除去粘结剂并使成形坯致密化。
这种新的粉末冶金成形方法称为金属注射成形。
金属注射成形的基本工艺步骤是:首先是选取符合MIM要求的金属粉末和粘结剂,然后在一定温度下采用适当的方法将粉末和粘结剂混合成均匀的喂料,经制粒后在注射成形,获得的成形坯经过脱脂处理后烧结致密化成为最终成品。
1.MIM粉末及制粉技术MIM对原料粉末要求较高,粉末的选择要有利于混炼、注射成形、脱脂和烧结,而这往往是相互矛盾的,对MIM原料粉末的研究包括:粉末形状、粒度和粒度组成、比表面等,表1中列出了最适合于MIM用的原料粉末的性质。
由于MIM原料粉末要求很细,MIM原料粉末价格一般较高,有的甚至达到传统PM粉末价格的10倍,这是目前限制MIM技术广泛应用的一个关键因素,目前生产MIM用原料粉末的方法主要有羰基法、超高压水雾化法、高压气体雾化法等。
1.1羰基法MIM最早使用的粉末是羰基法生产的,美国GAF化学公司采用较粗的海绵铁粉作原料,制粒后在350度氢气中退火活化,然后置于反应器中,铁粒暴露在循环的CO中,气体压力为6OPMa,温度160度,铁与CO发生反应,得到气态的Fe(CO)5,并加以冷凝收集,接下来,使Fe(CO)5蒸发通过一个垂直的反应塔,反应塔加热到300度,在催化剂NH3作用下,Fe(CO)5在塔顶部分解为Fe和CO气体,将沉积的铁粉聚集体球磨,得到符合要求的成品铁粉,粉中一般含0.8%C,0.7%N和0.3%O(质量分数)。
羰基法是一种较为成熟的制备MIM用粉末的方法,所制得的粉末呈秋形,粒度小,但是羰基法只能生产有限的几种粉末(如铁粉、镍粉),不易生产包含2种以上元素的合金粉,而且羰基法生产过程毒性大,在MIM生产过程中还存在碳含量控制的问题。
1.2超高压水雾化法日本的PAMCO,Kawasaki Steel,Kawasaki Steel几家公司发展了一种超高压水雾化,该法能够较为经济地大量生产MIM用金属和合金粉末。
其中以PAMCO公司产量最大,工艺也最有代表性。
该公司年产MIM用粉末300t采用150MPa高压水雾化,其主要产品为各种不锈钢粉和低合金钢粉,PAMCO从20世纪80年代中期开始商业生产MIM粉,针对水雾化粉摇实密度低,导致注射成形时填充密度低而需要较多的粘结剂的缺点,在增加粉末的球化率,提高其摇实密度方面作了许多改进,改进后的PAMCO新型MIM粉的摇实密度比常规MIM水雾化粉的摇实密度提高了10%,采用具有较高摇实密度的粉末,PAMCO已经成功地将所需粘结剂减少了20%左右。
1.3采用改进型喷嘴的高压气体雾化法气体雾化法生产的粉末摇实密度高,流动性好,所需添加剂量少,且用惰性气体,所得粉末的残留气体含量比水雾化粉至少低一个数量级,但是一般气体雾化粉颗粒较粗,约为40-50um,能适应MIM要求的细粉量很少,英国Osprey公司和PSI公司为此对喷嘴进行改进,采用高压气体雾化,使得适合MIM用的细粉产出率大大提高。
Osprey公司用高压氩气和氮气(压力为5PMa)生产的不锈钢粉末中有75%的粉末粒度小于20um,大大高于常规气雾化法的20%,其平均粒度为14um,该公司还用该法生产了高速钢粉、工具钢粉以及磁性合金粉等。
据Osprey公司称,这种高压气雾化MIM粉价格主要取决于生产规模大小,在大规模生产的情况下,该法生产的粉末价格甚至可以与高压水雾化法抗衡。
1.4微雾化法美国Micro Materials Technology和GTE Products公司报道了他们采用微雾化法制备MIM用细粉的情况。
据称,该法是一种有效制备小于20um粉末的生产方法,其原理是基于金属液滴撞击不浸润的基片而发生破碎。
原料为普通雾化法生产的较粗粉末(50-150um),利用等离子喷枪熔化原料粉末并加速熔融金属液滴,被加速的金属液滴撞击不浸润的旋转基盘而产生破碎,破碎的细小液滴球化,并迅速冷却成细小粉末。
微雾化法是一种将较粗粉末有效地处理成细粉的新工艺,有以下优点:无容器熔化而大大减少了粉末污染;由于高的等离子气体的温度,没有熔点限制,可以方便地制造各种难熔金属和合金粉末;不需要常规的庞大的炉子装置,节约能源。
另外,美国Ultra Fine Powder Technology公司开发了一种Tandem雾化装置,它的基本原理是在雾化之前,将一定压力的气体注入金属熔体中,这样,雾化后每一金属液滴内都包含有气体。
在冷却过程中,液滴内部气体压力增大,金属液滴产生破碎而得到超细球形粉末。
1.5Nanoval层流雾化法德国Nanoval公司开发出了一种独特的气雾化技术,基本思路是应用自稳定的、严格成层状的气流,使熔化的金属平行流动。
熔化了的金属从拉瓦尔喷嘴的入口到最窄处被气体压缩而迅速加速(从几m/s到音速),气体为获得稳定而呈层状流动。
在最窄处以下,气体被快速压缩,加速至超音速,在气液流界面由于剪切应力,金属熔体丝以更高的速度变形,最终不稳定而破裂成许多更细的丝,最终凝结成细小粉末。
该技术可直接生产许多适合于MIM的贵金属粉、特殊牌号的不锈钢和高速钢粉、铜基合金和超合金粉等,该公司产品粉末粒度约为10um,其中20um粒度以下的粉末约占90%。
2粘结剂粘结剂是MIM技术的核心,在MIM中粘结剂具有增强流动性以适合注射成菜和维持坯块形状这两个最基本的职能,此外它还应具有易于脱除、无污染、无毒性、成本合理等特点,为此出现了各种各样的粘结剂,近年来正逐渐从单凭经验选择向根据对脱脂方法及对粘结剂功能的要求,有针对性地设计粘结剂体系的方向发展。
粘结剂一般是由低分子组元与高分子组元加上一些必要的添加剂构成。
低分子组元粘度低,流动性好,易脱去;高分子组元粘度高,强度高,保持成形坯强度。
二者适当比例搭配以获得高的粉末装载量,最终得到高精度和高均匀性的产品。
通常采用的粘结剂主要有:热塑性体系(石蜡基、油基和热塑性聚合物基)、凝胶体系、热固性体系和水溶性体系。
2.1热塑性体系石蜡基粘结剂是最早使用,而且至今仍有竞争力的粘结剂休系,特别是壁厚小于3mm的零件,主要由石蜡与聚烯烃组成。
如HDPE,LDPE,PP,PS,EVA,PEEA,POM/PE等。
石蜡中PW,PEW无极性,而CW,BW有弱极性,相互配合可改善粘结剂与粉末的粘合程度。
石蜡高温粘度低,与塑料相容性好,粉末装载量高,但石蜡体系冷却时收缩大,内应力大,脱脂慢。
油基粘结剂主要利用油在室温下为液态或半固态,与石蜡基粘结剂相比,改善了内诮力,另外采用溶剂脱脂速度快。
加然German认为若采用溶剂脱脂,应采用氢化植物油或椰子油,然而许多文献报道可用其它多种油,如日本用花生油、Sasamw油与PE,PP配成粘结剂,美国用Hunt Weseen油与PE构成粘结束剂,石脑油可与PMMA配合。
使用油基粘结剂的难点在于增加油含量的同时要保持生坯强度,防止两相分离的产生,以及快速溶剂脱脂时解决溶胀和应力开裂的问题。
AMAX Injection Molding公司的专利技术对这些问题解决得较好。
一般来说,热塑性聚合物基粘结剂由于使用较多聚合物,成形坯强度高,但较多的聚合物会导致脱脂慢、装载量低。
这一类体系也有报道,如67%PP、22%微晶蜡、1%SA,以及72%PS,15%PP,10%PE,3%SA。
最成功地应用于大规模工业生产的是20世纪90年代德国BASF公司开发的粘结剂。
他们采用独特的方法解决了这类体系的不足,该粘结剂90%以上为改性聚醛树脂加上少量添加剂以利于高温保形和降低粘度,不仅粉末装载量高,而且喂料粘度与石蜡基在同一数量级,可适合很广泛的粉末种类。
公司已制成Fe,Fe/Ni,100Cr6,Fe/Co,WC/Co,Cu合金,YBa2Cu3O7等多种喂料出售。
2.2凝胶体系1978年美国的R.D.Rivers发明了凝胶体系,由甲基纤维素、少量水、甘油和硼酸组成。
甲基纤维素与水在受热时形成凝胶以提高生坯强度,特点是使用有机物少,脱脂快。
不足之处是生坏强度低,脱模困难,不能连续生产,类似的体系还有琼脂与水。
1994年法国Impac 和Metals Process System公司宣称开发了Quickset无粘结剂工艺,只需传统MIM粘结剂含量的5%,实际上也是用极少量的有机物加液体载体以形成特殊的结构来获得生坯强度。
据称该粘结剂体系已可用来生产厚至20mm,重达800g的零件。
目前日本PAMCO公司正和MPS公司联合研究,进一步开发这一技术。
2.3热固性体系Brasel通过对多种热固性树脂的选择,确定了呋喃族树脂可用于MIM,Petzoldt应用端羰基的聚酰胺树脂,以多字能团环氧树脂为硬化交联剂,在150-250℃时发生交朕,交朕温度高于注射和混炼温度。
热固性粘结剂有些缺陷是难以解决的,如脱脂时不产生小分子,有残留,废次品不能重复使用等,因此限制了它在实际工业中的应用。
2.4水溶性体系水溶性粘结剂是20世纪90年代开发出的一类很有前途的体系,是从“固态聚合物溶液”(SPS)体系中发展起来的,用水溶性聚乙二醇(PEG)作主要成分,加部分PMMA或苯氧树脂作粘结剂,在脱氧蒸馏水中浸泡脱脂,但这种体系存在混合时间长、脱脂慢、溶胀等缺陷。
后来Amwar作了改进,采用悬浮聚合得到的超高分子量的PMMA(分子量-106),配合以特定的混合方式,解决了变形问题,使水脱脂温度可以从室温升至60-80℃,脱脂时间从16h降至3h,而且制备出了较高尺寸精度的产品。
Hens等另辟蹊径,用PEG与可交联的聚合物PVB于脱脂前或部分脱脂后用紫外光固化,也控制了脱脂变形。
Bialo发展了另一类水溶性体系,以聚氧化乙烯(PEO)为水溶性部分,成形坏只需在水中浸泡60-70min就可脱除PEO。
水溶性体系由于采用水脱脂,价格便宜,无毒,有利于环保,然而粘结剂存在吸水问题,混合较难,产品尺寸精度还不高。
所以,虽然该体系已问世五年,但到目前为止,仍处于实验室阶段,但该体系无疑极具潜力,是发展方向。
此外还有些新型粘结剂体系,工艺上各有特点。
如美国专利提出的聚酰胺基粘结剂;日本专利报道的丙烯酸系粘结剂,特点是易除去,无副县长产物;含烷基的硅酸盐无机物粘结剂,其注射压力小于有机物粘结剂体系。
此外还有自行合成的非晶态聚合物粘结剂,特点是可用混合溶剂解等。