金屬粉末注射成型技術(Metal Powder Injection Molding，簡稱MIM)是將現代塑料注射成（chéng）形（xíng）技術引入粉末（mò）冶金領域而形成的一門新型（xíng）粉末冶金近淨形成形技術。

 

技術簡介

其基本工藝過程是：首先將固體粉末與（yǔ）有機粘結劑均勻混練，經製粒後在加熱塑化狀態下(～150℃)用注射成形機（jī）注入模腔（qiāng）內固化成形（xíng），然後用化學或熱分解的方法將成形坯中的粘結劑脫除，最後經燒結致密（mì）化得到最終產品。與傳統工藝相比（bǐ），具有（yǒu）精度高、組織均勻、性能優異，生（shēng）產成本低等特點，其產品廣泛應用於電子信息工程、生（shēng）物醫療器械（xiè）、辦公設備、汽（qì）車、機械、五金、體育器械、鍾表業、兵器（qì）及航空航天等工業領域。

 

因此，國際上普遍認為該技術（shù）的發展將會導致零部件（jiàn）成形與加工（gōng）技術的一場革命，被（bèi）譽為“當今（jīn）最熱門的零部件成形技術”和“21世紀的（de）成形技術”。

 

曆史與現狀

美國加州Parmatech公司於1973年發明，八十年代初歐洲（zhōu）許多國家（jiā）以及日本（běn）也都投入極大精力開始研究（jiū）該技術，並（bìng）得到迅（xùn）速推廣。特（tè）別是八十年代中期，這項技術（shù）實現產業化以來更獲得突飛猛進的發展，每年都以驚人的速度遞增。到目前為止（zhǐ），美（měi）國、西歐、日本等十多個（gè）國家和地區有一百多家公司從事該工藝技術的產品開發、研製與銷（xiāo）售工作。

 

日本在競爭上十分積極，並且表現突出，許多大型株式（shì）會社均參與MIM工業的推廣（guǎng），這些公司包括有太平（píng）洋金屬、三菱製鋼、川崎製鐵、神戶製鋼、住友礦山、精工--愛普生、大同特殊鋼等（děng）。目前日（rì）本有四十多家專業從事MIM產業（yè）的公司，其（qí）MIM工業產品的銷售總值早已超過歐洲並直追美國。

 

到目前為止，全球已有（yǒu）百餘家公司從事該項技術的產品開（kāi）發、研製（zhì）與銷售工作，MIM技術也因此成為新型製造業中最為活躍的前沿技術領域，被世（shì）界冶金行業的開拓性技術，代表著粉末冶金（jīn）技術發展的主方向MIM技術 

 

 

工藝特點

金屬粉末注射成型技術（shù）是（shì）集塑（sù）料成型工藝學、高分子化（huà）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（zhù）射成（chéng）型坯（pī）件並通過燒結（jié）快速製（zhì）造高（gāo）密度、高精度、三維複雜形狀的結構零件，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（xìng）的製品，並（bìng）可（kě）直接批量生產出零件，是製造（zào）技術行業一次新的變革。

 

該（gāi）工藝技術不僅具有常規粉末冶金（jīn）工藝工序少、無切削或（huò）少切削、經濟效益高等優點，而且克（kè）服了傳統粉末冶金工藝製品、材質不均（jun1）勻、機械性能低、不易成型薄壁、複雜結構的缺點，特別適合於大批量生產小型、複雜以及（jí）具有特殊要求的金屬零件。工藝流程（chéng）粘結劑→混煉→注射成形→脫脂→燒結→後處理

　

粉末金屬粉末

 

　　MIM工藝所（suǒ）用金屬粉末顆粒尺寸一般在0.5~20μm；從理論（lùn）上講（jiǎng），顆粒（lì）越細，比表麵積也越大，易於成型和燒結。而傳統的粉（fěn）末冶金工藝則采用大於40μm的較粗（cū）的粉末。有機膠粘劑

 

　　有機膠粘劑（jì）作用是粘接金（jīn）屬粉末顆粒，使混合料在注射機料筒中加熱具（jù）有流變性和潤滑性，也（yě）就是說（shuō）帶動粉末流動的載體（tǐ）。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（gè）粉末注（zhù）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（biàn）性；

 

　　2.不反應，在去除粘（zhān）接劑的過程中與金屬粉（fěn）末不起任何化學反應（yīng）；

 

　　3.易去除，在製品內不殘（cán）留碳。混料

 

　　把金屬粉（fěn）末與（yǔ）有機粘接劑均勻摻（chān）混（hún）在一起，使各種原料成為注射成型用混合料。混合料的均勻程度直接影（yǐng）響其流動性，因而影響注射成型工藝參數，以至（zhì）最終材料的密度及其它性能（néng）。注射成形本步工藝過程與（yǔ）塑料注射成型工藝過程在原（yuán）理上（shàng）是（shì）一（yī）致的，其設備（bèi）條件也基本相同。在注射成型過程中，混合料在注射機料筒（tǒng）內被加熱成具有流變性的塑性物料，並在適（shì）當的注射壓力下注入模具（jù）中，成型出毛坯。注射成型的毛坯的微觀上應均勻一致，從而使製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（chú）毛坯內所含（hán）有的有機粘接劑，該過程稱為萃取（qǔ）。萃取工藝必須保證粘（zhān）接劑從毛坯的不同部位沿著顆料之間的（de）微小通道逐漸（jiàn）地排出，而不降（jiàng）低（dī）毛坯的強度（dù）。粘（zhān）結劑的（de）排除速率一般遵循擴散方程。燒結燒結能使多孔的脫脂毛坯收縮至（zhì）密化成為具有一定組織和（hé）性能的製品。盡管製品的性能與燒結前的許多工藝因素有關，但（dàn）在許多情（qíng）況下，燒結（jié）工藝對最終製品的金相（xiàng）組織和（hé）性能有（yǒu）著很大（dà）、甚至決定性的（de）影響。後處理

 

　　對於（yú）尺（chǐ）寸要求較為精密的零件，需要進行必要的後處理。這工（gōng）序與常規金屬製（zhì）品（pǐn）的熱處理工序相（xiàng）同。MIM工藝的特點MIM工藝與其它（tā）加工工藝的對比

 

　　MIM使用的原料粉末粒徑在2-15μm，而傳統粉末冶金的原（yuán）粉粉末粒徑大多在50-100μm。MIM工藝的（de）成品密度高，原因是（shì）使用微（wēi）細粉末。MIM工藝具有傳統粉末冶（yě）金工藝的優點，而形狀上自由度（dù）高是傳統粉末冶金所不能（néng）達到的。傳統粉末（mò）冶金限於模具的強度和填充密（mì）度，形狀大多為二維圓柱（zhù）型。

 

　　傳統的精密鑄造（zào）脫燥工藝為一（yī）種製作複雜形狀產品極有效的技術，近年使用陶心輔助可以完成狹（xiá）縫、深孔穴的成品，但是礙於陶心的強度（dù），以（yǐ）及鑄液的流（liú）動性的限製，該工（gōng）藝（yì）仍有某些技（jì）術上的困難。一般而言，此工藝製造大、中型零件較為合適，小型而（ér）複雜形（xíng）狀的零件則以MIM工藝較為合適。比較項（xiàng）目製造工藝MIM工（gōng）藝傳（chuán）統粉末冶（yě）金工藝粉末粒徑(μm)2-1550-100相對密度(%)95-9880-85產品重量(g)小於或等於400克10-數百產品形狀三維複雜形狀二維簡單形狀機（jī）械性能優劣

 

　　MIM製程和（hé）傳統粉末冶（yě）金法的比較壓鑄工藝用在鋁和鋅合金等熔點低、鑄液流動性良好的材料。此工藝的產品因材（cái）料的限（xiàn）製（zhì），其強度、耐磨性、耐蝕性均有限度。MIM工藝可（kě）以加工（gōng）的原材料較多。

 

　　精密鑄造工藝，雖然在近年來其產品的（de）精（jīng）度和（hé）複雜度均提（tí）高，但仍比不上脫蠟工藝和MIM工藝，粉（fěn）末鍛造（zào）是一項重要（yào）的發展（zhǎn），已適用於連（lián）杆的量（liàng）產製造（zào）。但是一般而言，鍛造的工程中熱處（chù）理的成本和模具（jù）的壽（shòu）命還是有問題，仍待進一步解決（jué）。

 

　　傳（chuán）統機械加工（gōng）法、近來靠自動化而提升其加工能力，在效（xiào）果和精度上有極大的進步，但是基本的（de）程序上仍脫不開逐步加工(車削、刨、銑、磨、鑽（zuàn）孔、拋光等)來（lái）完成零件形狀的方式。機械加工方法的加工精（jīng）度遠優於其他加工方法，但是（shì）因為材料的有效利用率低，且其形狀的完成受限於設備（bèi）與刀具、有些零件（jiàn）無法用機械加工完成。相反，MIM可以有效（xiào）利用材料，不受限（xiàn）製，對（duì）於小型、高難度形（xíng）狀的（de）精密零件的製造，MIM工（gōng）藝（yì）比較機械加工而言，其成本較（jiào）低且效率高，具有很強的競爭力。

 

　　MIM技術並非與傳統加工方法競爭，而是（shì）彌補傳統加工方法在技（jì）術上的不足（zú）或無法製作的缺陷。MIM技術可（kě）以在傳統加工方法製作的零（líng）件領域上發揮其特長（zhǎng）。MIM工（gōng）藝在零部件製造方麵（miàn）所（suǒ）具有的技（jì）術優勢（shì）可成型高度複雜結構的結構零（líng）件

 

　　注射成型工藝技術利用注射機注射成型產品毛坯（pī），保證物料充分充滿模具型腔，也（yě）就保證了（le）零件高複雜結構的實現。以往在傳統加工技術中先（xiān）作成個別元件再組合成組件的（de）方式，在使用MIM技（jì）術時可以考慮整合成完整的單一零件，大大減少步驟、簡化（huà）加工程序。MIM和其他金屬（shǔ）加工法的比較製（zhì）品（pǐn）尺寸精度高，不必進行二次加工或隻需少量精（jīng）加工

 

　　注射成型工藝可直接成型薄壁、複雜結（jié）構件，製（zhì）品形狀已接近最終產品要（yào）求，零件尺寸公差一般保持在±0.1-±0.3左右。特別對於降低難於進行（háng）機械加工的硬質合金的加工成（chéng）本，減少貴重金（jīn）屬所加（jiā）工損失尤（yóu）其具有重要意義。製品微觀（guān）組織均勻、密度高、性能好

 

　　在壓製過程中（zhōng）由於模壁與粉末以及粉末與粉末（mò）之間（jiān）的（de）摩（mó）擦力，使得壓製（zhì）壓力分布非常（cháng）不均勻，也就導致了壓（yā）製（zhì）毛坯在微觀組織上的不均勻，這樣就會造成壓製粉末冶金件在燒結過程中收縮不均勻，因此不得不降低（dī）燒結溫度（dù）以（yǐ）減少這種效應，從而使製（zhì）品孔隙度大、材料（liào）致密性差、密度低，嚴重影響製品的機械（xiè）性能。反之注射成型工藝是一種流體成型工藝，粘（zhān）接劑的（de）存在保障了粉（fěn）末的均勻排布從而可消除毛（máo）坯微觀組織上的不均勻，進而使燒結製品密度可達到其材料的（de）理（lǐ）論密度。一般情況下壓製產品的密度最高隻能達到（dào）理論（lùn）密度的85%。製品高的致密性可使強度增加、韌性加強（qiáng），延展性、導電導熱性得到改善、磁性能提高。效率高，易於實現大批量和（hé）規模化生（shēng）產

 

　　MIM技術使用的（de）金屬（shǔ）模具，其壽命和工程塑料注射成型具（jù）模（mó）具相（xiàng）當。由於（yú）使用金屬（shǔ）模具，MIM適合於零件的大量生產。由於利用注（zhù）射機成型產品毛坯，極（jí）大地提高了生（shēng）產效（xiào）率，降低了生產成本（běn），而且注射成型產品的（de）一致性、重（chóng）複性好，從而（ér）為（wéi）大批量和規模化工業生產提供（gòng）了保證。適用材料範圍寬，應（yīng）用領域廣闊(鐵基，低合（hé）金（jīn），高速鋼，不鏽鋼，克閥合金，硬質合金)

 

　　可用於注射成型的材料非常廣泛，原則上任何可高溫澆結的粉末材料均可由MIM工藝造（zào）成零件，包括了傳（chuán）統製造工藝中的難（nán）加（jiā）工材料和高熔點材料。此外，MIM也可以根據（jù）用戶的要求進行材料配方研究，製造任（rèn）意組合的合金材料，將複合材料成型為零件。注射成型製品的應用領域已遍及國民經濟各領域，具有（yǒu）廣闊的市場前景（jǐng）。注射成型製品的性能與成本分析

 

　　MIM工藝采用微米級細粉末，既能加速燒結收縮（suō），有助於提高材料的（de）力學性能，延長（zhǎng）材料的疲勞壽命，又能改善耐、抗應力腐蝕及磁性能（néng）。表1中列出一些（xiē）MIM材料（liào）的基本性能。材料密度g/cm3硬度拉（lā）伸強度MPa彎曲強度MPa延伸率%矯頑力(A/cm)鐵基（jī）合金98Fe2Ni7.4187HRB552----5.5----92Fe8Ni7.5088HRB560----8----95.5Fe2NiCu0.5Mo7.4099HRB682----3.3----不鏽鋼3047.4242HRB520----20----3167.6042HRB520----20----硬質合金YG614.60--------1460----173YG814.50--------1680----124YT1510.45--------1140----117鎢合（hé）金90%W17.90320HV30920----6----93%W18.30310HV30900----10----97%W18.50350HV30880----6----

 

　　注：*該數據為相對密度MIM工藝（yì）成（chéng）本分析對於過硬，過脆難以（yǐ）切削（xuē）的材料或幾何形（xíng）狀複雜（zá）、鑄造時原（yuán）料有偏析或汙染的零件，采用MIM工藝可大幅度節約（yuē）成本。以加工（gōng）打字（zì）機印刷元件導杆為例，通常需14道能上（shàng）能下上工序；而采用MIM工藝隻需6道工序，可節約（yuē）一半左（zuǒ）右（yòu）的成（chéng）本。當（dāng）材料成本/製造成本的（de）比率增加時，潛在的成本更能降低。因此零件越小越複雜，經濟效益將越好。通過以上分析，可以看出MIM成（chéng）型的潛（qián）力是很大的。

 

MIM技（jì）術的應用領域

 

　　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（jiàn）

 

　　2.工具：如鑽頭、刀頭、噴嘴、槍鑽、螺旋（xuán）銑刀、衝頭、套（tào）筒、扳手、電工工具，手工具（jù）等

 

　　3.家用器具：如表殼、表鏈、電動（dòng）牙刷、剪刀、風扇（shàn）、高（gāo）爾夫球頭、珠寶鏈（liàn）環、圓珠筆卡箍（gū）、刃具（jù）刀頭等零部件

 

　　4.醫療機械（xiè）用零件：如牙矯形架、剪（jiǎn）刀、鑷（niè）子

 

　　5.軍用零件：導彈尾翼、槍支零件、彈（dàn）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：如鬆棉機、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