金属注射成型综述要点

金属注射成型综述要点

河南工程学院

《机械工程材料与成形工艺》考查课

专业论文

金属注射成型

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201 年月日

摘要

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。

关键词：金属注射成形粘结剂脱脂烧制

一、金属粉末注射成型的发展现状及现状

1. 国外概况

金属粉末注射成型工艺技术的开拓者是美国的Parmatech公司。该公司的航天燃料专家Wiech博士于1973年发明了MIM技术。以Riverst和Wiech于70年代发明的专利为起点，开始了金属粉末注射成形技术。Parmatech于70年代末注射成型铌火箭喷嘴获得MPIF 奖。但由于该技术的独特优点和先进性，被美国列为不对外扩散技术加以保密，直到1985年才向全世界公布这一技术，而在这期间美国国内的MIM技术得以成熟并迅速发展形成产业化。该项技术向世界披露后得到世界各国政府、学术界、企业界的广泛重视，并投入了大量人力物力和财力予以开发研究。其中日本在研究上十分积极而且表现突出，许多大型株式会社参与了MIM技术的工业化推展。目前日本有四十余家企业从事MIM制品的生产，每家公司的利润都十分可观。2000年世界粉末冶金会议在日本召开，并专门设立了MIM技术论坛。继日本快速发展之后，台湾、韩国、新加坡、欧洲和南美的MIM 产业也雨后春笋般的发展起来，其中德国的BASF公司以其独特的黏结剂配方成立了专门的MIM产品喂料生产线，在全世界范围内进行技术辅导和喂料的销售，获得了较大的商业利润。

德国BASF公司的Bloemacher于90年代初开发的MIM工艺成为MIM实现产业化的一个重大突破。它采用聚醛树脂作为粘结剂,并在酸性气氛中快速催化脱脂,不仅大大缩短了脱脂时间,而且这种催化脱脂能在低于粘结剂的软化温度下进行,避免了液相的生成,有利于

控制生坯的变形,保证了烧结后的尺寸精度。同时,由于利用了聚醛树脂极性连接金属粉末,故适合于多种粉末的注射。这种工艺不仅大大降低了生产成本,提高了生产率,并且可生产尺寸较大的零件和制品,扩大了MIM的应用范围,从而使MIM真正成为一种具有竞争力的PM 近净成型技术。作为该项技术的发明国美国。MIM技术已经广泛的应用于航天、摩托车、汽车、医疗器械、食品机械、计算机、通信设备、五金工具、仪器仪表、钟表等各个制造行业，MIM企业也因此赚了个盆满钵满。据粉末冶金协会粗略统计和预测，全球MIM产品的销售量正在以每年30％-40％的速度递增。预计到2010年平均年销售量将超过24亿美元。

2．国内状况

中国MIM技术的产业化发展只有不到十年的时间，技术的研究始于八十年代末，从事研究开发的单位不足l0家，虽然黏结剂各有不同，但都取得了可喜的成果，有的已经达到国际先进水平．而在MIM 技术的应用及产业化方面与国外相比存在一定的差距。原因有以下几个方面：

(1)中国1956年才开始粉末冶金的发展，基础实力薄弱。

(2)机械制造业与发达国家相比落后，工程技术人员的开发能力不足。

(3)国内技术人员对MIM技术的认识程度不够，制约了MIM技术的推广。

金属粉末射出成形(Metal powder Injection Molding)在中国的发展﹐可以说受惠于手机产业的带动﹐从2009年开始整个行业便扶摇直上；尤其到了2011年中后﹐更因为受到美商苹果计算机与韩商三星电子两家的商品竞争﹐在手持装置中大量采用MIM零件﹐是过去从未见到的热潮。当然﹐其他方面的应用﹐MIM技术和产品更是不惶多让﹐包含：汽车燃料喷射系统、航空器的侦测系统(高空恶劣环境侦测如：温度、高度与空气氧气浓度)、乐器零组件、电子用散热模块与热管密封模块、电子连接器工具机零件、光纤接头、喷雾嘴、硬式磁盘驱动器零件、药用容器与装置、电动手工具零件、泵浦磨耗件、外科医疗器械及运动器材。这些零件都是MIM逐步拓展的市场。

我们可以从台湾与大陆MIM制造商增加速度来看﹐从2009年不到50家﹐到2013年现在﹐突破100家的速度﹐平均机台数量至少为达到12 : 4 = 射出成形机台数: 烧结炉线数﹐甚至要更高的﹐这些惊人的发展意味着MIM行业的正在中国快崛起。

二、现行国际与国内MIM工艺流程演进

现行中国的MIM行业受到早期BASF的射料的影响﹐酸脱催化烧结的方式一直难有突破﹐主要在于专用材料的调整性极乎其微﹐这是国际上的主流虽然一致﹐但是缺乏了弹性将导致中国MIM产业无法创新。所幸BASF的催化脱黏专利已经到期﹐且BASF愿意在特定合约下提供更低价的原料﹐加上国内中南大学与华南理工的研究突

破﹐在网络上公布了几篇研究报告﹐以塑基配方(相仿于BASF配方)也渐渐被应用﹐我们可以说目前中国境内的MIM技术应该是世界的前锋。同时﹐因为世界工厂的地位﹐MIM产品结合其他手段的二次处理和加工﹐更是大大的向前迈进。这是很有趣的技术整合﹐以MIM 制作近净型(Near net shape)的“精坯“(Advanced sinter part)﹐随后加以冲压、切边、整型、抛光甚至激光蚀刻等等﹐有许多令人惊艳的成绩！因此﹐我认为中国引领世界MIM技术的潮流﹐成MIM混合式整合技术(Hybrid and integration process with MIM)﹐大大提升金属零件加工的效率﹐以及节省大量能源而努力。国内MIM产业的挑战金属粉末原材料国产的金属粉末因为质与量的关系﹐一直没有办法突破﹐这必须要结合国内MIM产业与学校一起合作﹐如何做出质量稳定而且是大批量的金属粉末﹐我想关键在于理解MIM用金属粉末和传统PM用金属粉末两者是截然不同﹐这点必须强调对于粉体科学得研究和开发﹐还要加油！

三、3MIM粉末及制粉技术

1. 3MIM粉末

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。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，