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MIM用金属粉末和传统PM用金属粉末的差异
2021年08月06日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:487
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近年来汽车工业相当繁荣,仅是2020年全国汽车产量就高达2522.5万辆。由于每辆汽车都包含超过100个粉末冶金零部件,因此汽车市场的快速增长很好地带动了粉末冶金产业的蓬勃发展。

粉末冶金是一种使用金属粉为原料的金属成形工艺,通过压制和烧结可将金属粉末压缩成接近最终零部件的形状,被公认为是可针对不同行业的大量应用生产高质量的烧结结构部件的优良生产工艺,发展至今已有100多年的历史。

 

在这100多年的发展历史中,粉末冶金也经历了许多改变,其中最引人注目的,莫过于粉末注射成型(MIM)迅速实现产业化并取得突破性进展,尤其是电子仪器产业,在亚洲更是占MIM零件销售额的50%——电子器件的微型化需要生产成本较低、性能更好、体积更小的零件,这正是MIM的优势所在。

目前MIM法与传统的粉末冶金法(简称PM法)是粉末冶金中关注度且使用度较高的两种生产工艺。二者除了原理不同外,在原料的选择上也有所出入,具体都有哪些差异?下面便来一起看看。

 

二者工艺原理差异

PM,即单轴向刚性模具压制成形法,是当前粉末冶金工业普遍采用的方法,属于粉末冶金工业中的金属粉末成形方法。主要包含三个主要步骤,首先主要组成材料被造粒成细小颗粒的粉末;然后将粉末填入成型模具内,施以一定的压力,先形成具有所需零件形状和尺寸的生坯体,最后对此坯体进行高温烧结。

 

MIM是一种从塑料注射成形行业中引伸出来的,利用模具注射成型并通过烧结快速制造高密度,高精度、三维复杂形状结构零件的新型粉末冶金近净成形技术。其制造流程主要包括三步:首先选取符合技术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注射成型喂料,经制粒后在注射成型机上注射成型,最后成型坯件经脱脂后烧结致密化成为最终产品。

MIM结合了注塑成型设计的灵活性和精密金属的高强度和整体性,因此可用来实现极度复杂几何部件的低成本解决方案。不仅零件精度高,相对密度大,表面光洁度好,而且生产自动化程度高,适合连续大批量生产。

 

粉体原料性能差异

无论是什么工艺,原料粉末的好坏对生产的成功具有重要作用,MIM更是如此。因为粉末的粒度、形貌及纯度等不仅影响到MIM产品的性能而且还影响其工艺性能。

与传统的粉末冶金工艺相比MIM工艺为了保证粉末粘结剂体系在注射中顺利充模加入了约30~55%体积分数的有机粘结剂所以为了得到高密度的最终产品就必须使用具有高烧结驱动力的微细粉末另外,选用细粉还有另外一个好处就是烧结产品的表面光洁度好。

 

一般来说,MIM使用的原料粉末粒度直径为2-15μm,而传统粉末冶金的原料粉末粒度为50-100μm。但粉末粒度细不仅成本增高约为传统PM粉末价格的1~10倍),而且易团聚增加了混炼均匀的难度而且脱脂的速率相对较慢从而降低了MIM工艺的生产效率。

除粒度之外MIM用粉末的形貌也相当重要。当形状为球形时粉末间的摩擦力较低与有机粘结剂混合后喂料的粘度也低易于注射成形这一点对形状复杂或壁薄产品尤其重要。但从注射坯体是否容易变形的角度来看由球形粉所得到的坯体往往强度低后继脱脂时容易变形甚至坍塌而形状不规则的粉末因粉末间的机械啮合力作用其坯体强度高脱脂时不易变形。

 

MIM对原粒粉末的最佳要求

 

另外粉末的纯度也即粉末的氧、碳及其它杂质含量也对MIM产品的性能有影响特别是对钛、钛合金、铝、NdFeB等这些对成分敏感材料而言。粉末表面的氧化程度不仅对烧结性能有影响而且对其力学或其它物理性能也有较大的影响。为了确保MIM零件的烧结性能和材料特性所用粉末纯度越高越好氧含量越低越好。

虽然金属粉末的生产工艺多种多样,但鉴于MIM 工艺对粉末的特殊要求,所以对其制备方法也有所限制。目前生产MIM用原料粉末的方法主要有羟基法雾化法,为了满足注射成型对极细球状粉末的需求,一些公司开发了一些新的雾化技术,如高压气体雾化、超音速层流气体雾化技术等,所得铝合金和不锈钢粉末的中径≤10μm

 

 

总结

总而言之,MIM工艺具有传统粉末冶金工艺的优点,但是形状自由度是传统粉末冶金所不能达到的可以说,金属粉末注射成型技术的出现,给各行各业的设计和制造人员提供了崭新的设计思路和制造技术。

目前该工艺适用的材料非常广,包括低合金钢、不锈钢、工具钢、镍基合金、钨合金、硬质合金、钛合金、磁性材料、Kovar合金、精细陶瓷等常见应用领域可看下表:

 

通过采用MIM技术,原来由于可加工性和加工经济性差而不得不放弃的一些结构复杂的设计方案也可以大胆使用。尤其是目前市场上需要更轻、更薄及更具美感的手机,MIM工艺正正迎合了这种需求,目前手机中已有几种装备零件是采用MIM工艺制造的,例如:采用钨制造的振子平衡重量采用高强度钢去制造铰链等。

显然,MIM的潜力是不可忽视的,如果您想对此有更深入的了解,欢迎关注粉体圈即将在9月17日于广州保利世贸展览馆6号馆举办的“2021年全国粉末冶金创新发展论坛暨纳米金属粉体制备与应用研讨会”,届时会有更多精彩等着您噢。

 

资料来源:

金属注射成型技术及产业化探讨,夏玉海,谭志强,叶健,王晓文,郭忠臣。

金属粉末注射成型技术及应用,熊运昌,杨萍,丁文伟。

MIM 用金属粉末的现状及发展,段柏华,曲选辉,林冰涛,秦明礼。

 

 

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