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(chēng)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，能夠快速準確的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(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)不僅具有常規粉末冶金工藝工序少、無(wú)切削或少切削、經(jīng)濟效益高等優(yōu)點(diǎn)，而且克服了傳統粉末冶金工藝制品密度低、材質(zhì)不均勻、機械性能低、不易成型薄壁、復雜結構的缺點(diǎn)，特別適合于大批量生產(chǎn)小型、復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，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。  2.2.2 有機膠粘劑  

  有機粘接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(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。對有機粘接劑要求：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，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；③易去除，在制品內不殘留碳。  2.2.3 混煉與制粒  

  混煉時(shí)把金屬粉末與有機粘接劑均勻摻混在一起，將其流變性調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，其設備條件也基本相同。在注射成型過(guò)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。注射成型的毛坯的密度在微觀(guān)上應均勻一致，從而使制品在燒結過(guò)程中均勻收縮?？刂谱⑸錅囟?、模具溫度、注射壓力、保壓時(shí)間等成型參數對獲得穩定的生坯重量至關(guān)重要。要防止注射料中各組分的分離和偏析，否則將導致尺寸失控和畸變而報廢。  2.2.5 脫粘  

  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(guò)程稱(chēng)為脫粘。脫粘工藝必須保證粘接劑從毛坯的不同部位沿著(zhù)顆粒之間的微小通道逐漸地排出，而不降低毛坯的強度。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  

  燒結是在通有可控氣氛的燒結爐中進(jìn)行的。MIM零件的高密度化是通過(guò)高的燒結溫度和長(cháng)的燒結時(shí)間來(lái)達到的，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比  3.1.1 MIM與傳統的粉末冶金（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，原因是使用微細粉末。形狀上自由度高是傳統粉末冶金所不能達到的，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與傳統機械加工的比較  

  傳統機械加工法，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(chē)削、刨、銑、磨、鉆孔、拋光等）完成零件形狀的方式。機械加工方法的加工精度遠優(yōu)于其他加工方法，但是因為材料的有效利用率低，且其形狀的完成受限于設備與刀具，有些零件無(wú)法用機械加工完成。相反的，MIM可以有效利用材料，形狀自由度不受限制。對于小型、高難度形狀的精密零件的制造，MIM工藝比較機械加工而言，其成本較低且效率高，具有很強的競爭力。    MIM技術(shù)彌補了傳統加工方法在技術(shù)上的不足或無(wú)法制作的缺憾，并非只與傳統加工方法競爭，MIM技術(shù)可以在傳統加工方法無(wú)法制作的零件領(lǐng)域發(fā)揮其特長(cháng)。 

   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，高強度、復雜形狀零件的工藝，其優(yōu)點(diǎn)可歸納如下：  （1）MIM可以成型三維形狀復雜的各種金屬材料零件（只要這種材料能被制成細粉）。零件各部位的密度和性能一致，既各向同性。為零件設計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，MIM制品的相對密度可達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)模壓機的價(jià)格比注射成型機要高數倍。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(cháng)，更換調整模具方便快捷。  

（5）注射料可反復使用，材料利用率達98%以上。  

（6）產(chǎn)品轉向快。生產(chǎn)靈活性大，新產(chǎn)品從設計到投產(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，數量大，可取得較高的經(jīng)濟效益。  

（8）MIM所用材料范圍寬，應用領(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制品的應用領(lǐng)域已經(jīng)遍及國民經(jīng)濟各領(lǐng)域。  

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

對于零件設計者，應著(zhù)重設計三維形狀復雜的生產(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工藝采用微米級細粉末，既能加速燒結收縮，有助于提高材料的力學(xué)性能，延長(cháng)材料的疲勞壽命，又能改善耐磨性、抗應力腐蝕及磁性能。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。 

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

5、應用領(lǐng)域  

 MIM技術(shù)的應用領(lǐng)域：  

1、汽車(chē)用零件：安全氣囊用零件、汽車(chē)鎖用零件、安全帶用零件、汽車(chē)車(chē)門(mén)升降系統、小齒輪、汽車(chē)用空調系統小零件、剎車(chē)系統中齒條等，供油系統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、計算機及IT行業(yè)：如打印機零件、磁芯、撞針軸銷(xiāo)、驅動(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、醫療機械用零件：如牙矯形架、剪刀、鑷子；  7、電氣用零件：微型馬達、傳感器件；  

8、機械用零件：如紡織機、卷邊機、辦公機械用零件等；