粉末注射成形(PIM)都有哪些应用领域?

发布时间 | 2023-03-24 16:35 分类 | 粉体入门 点击量 | 1304
碳化硅 氮化硅 氮化铝 氧化铝
导读:​PIM用于生产复杂形状的髙性能产品;其应用范围广泛,从医疗器械到无线通信零件。

PIM用于生产复杂形状的髙性能产品;其应用范围广泛,从医疗器械到无线通信零件。PIM工艺克服了多方面的限制,如塑料本身的性能、传统粉末压制的成形能力、机加工的成本、等静压和粉浆浇铸的生产效率,以及铸造在缺陷、表面质量和公差方面的限制。因此,PIM的最佳应用是注射工艺可以成形,但是塑料缺少力学、热学或其他方面性能的场合。这意味着是小的复杂形状的零件,年产量超过5000个。事实上,一些PIM供应商拒绝参与那些年产量低于20万件的零件项目,他们的商业依赖于一些很大的项目。

粉末注射成形与其他几种成形技术存在竞争,如砂型铸造、压铸和精密铸造、机加工、冷等静压以及粉浆浇铸。形状复杂度增加,PIM的成本竞争优势增加,但是对于可以通过模压和车削加工的简单零件,PIM的成本太高。PIM的另一个杰出特性是材料的选择范围很宽。这是PIM最稳健的技术之一,PIM可以加工的材料包括不锈钢、钢、鸨、钛、电子和电磁方面的合金、陶瓷和硬质合金,它们很多是难加工材料。PIM也被应用于加工先进材料,如陶瓷超导材料、金属间铝化物、特殊陶瓷如钛化物、贵重和稀有金属,以及陶瓷一陶瓷复合材料。

PIM应用领域

1、航空领域

两个金属注射成形的早期应用就是在火箭和商用客机上。PIM零件如果用做飞行器的关键部件,因为烧结件中的残余孔洞是不能被接受的,所以需要通过热等静压将其完全致密化。用于航空航天领域的一个难点是零件材料必须在侵蚀环境下耐受高温,最适合的材料就是高温合金(镍基或钴基)或钛合金。

尽管已经有了很多示例零件,但是仅仅很少的PIM零件被用于航空航天。一个问题就是需要详尽的测试数据,比如断裂韧度、疲劳和应力断裂特性等,这需要很昂贵的认证测试。即使如此,仍然有几个处在开发中的待选零件,包括紧固件、油泵执行器、液压元件壳体、小助推火箭的推进器和低温涡轮零件。显然,目前存在的障碍是缺少资格认证所需的材料方面的数据。最近的工作已经检查了PIM在无人操作装置和低应力的应用领域的应用,如闩锁,铰链,燃料和制动零件。

镍基高温合金涡轮零件

镍基高温合金涡轮零件

2、汽车

有很多PIM汽车零件在生产,很多早期的成功产品已经过时,不再生产了。起初的成功产品有锁定机构、变速器同步器、安全气囊传感器、内部把手、转向信号控制部件和发动机氧传感器。然而,仅仅几家公司具有足够的生产经验来接汽车领域相关的订单。例如,已经证明某些发动机挺杆零件的所需的生产率为每天30万件,这远远超过了甚至一些大公司的产能。在2000年,通过PIM方法生产的汽车零件价值将近5000万美元(日本占40%,美国占35%,德国占25%)。这在过去的几年中迅速增长。许多这些零件都是热处理过的高强度低合金钢,以达到最好的力学性能。

在燃油系统中,有几个零件可以采用PIM制造,采用的是硬度高、耐磨损的材料。这些零件需要通过烧结后的磨削来达到所需的表面质量。同样,新的火花塞设计采用PIM工艺,使得壁厚更薄,更加复杂,可以集成诊断传感器。相当多的调研投人到制造高温燃气轮机零件,如涡轮增压器、固定片、转子、圆盘、导管和保护罩。陶瓷燃气轮机零件采用了PIM碳化硅零件的发动机原型可以在高达1200C下工作,转速为10万RPM。类似的示例零件也有采用氮化硅的。

PIM陶瓷燃气轮机涡轮

PIM陶瓷燃气轮机涡轮

今天,大量的PIM汽车零件已经投人到批量生产,用于安全系统、发动机管理、燃油喷射、内部装饰和其他在机械、磁性和电气方面的应用。汽车必将成为PIM最大的应用领域。

3、国防

从最早期开始,国防应用就是PIM的一个成功领域。即使是现在,军事需要对于推动PIM技术的发展仍是有帮助的。应用领域包括手枪、武器瞄准器、导弹和射弹的翼片、火箭推进器、碎裂武器、武器装置的转子、导弹装运器具的紧固件。PIM因为能在控制的成本范围内,生产具有特殊微观结构、形状和高性能的产品,因而继续受到国防工业的关注。

PIM高比重钨合金的防空射弹,按照设计,这种射弹在受到撞击后将会破碎,这是一个采用PIM制造的易碎裂钨基投射弹的早期前身。

陶瓷盔甲是PIM成形简单形状硬质材料的潜在应用领域。正在研究的材料成分包括氧化铝、碳化硼、碳化硅、二硼化钛、氧氮化铝和氮化铝。另一个有趣的应用领域就是雷达的圆顶,需要经受雨水的腐蚀和热冲击,采用的是Mg0-Al2O,尖晶石。最后,声呐阵列上朋的零件已经有成形好的演示件,采用的是铁电材料,零件上的曲线外轮廓是通过PIM成形的。


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作者:粉体圈

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