粉末注射成型解析
金属粉末注射成型技术
技术应用领域
1.计算机及其辅助设施：如打印机零件、磁芯、撞针轴销、驱动零件； 2.工具：如钻头、刀头、喷嘴、枪钻、螺旋铣刀、冲头、套筒、扳手、电工工具，手工具等； 3.家用器具：如表壳、表链、电动牙刷、剪刀、风扇、高尔夫球头、珠宝链环、圆珠笔卡箍、刃具刀头等零 部件； 4.医疗机械用零件：如牙矫形架、剪刀、镊子； 5.军用零件：导弹尾翼、枪支零件、弹头、药型罩、引信用零件； 6.电器用零件：电子封装，微型马达、电子零件、传感器件； 7.机械用零件：如松棉机、纺织机、卷边机、办公机械等； 8.汽车船舶用零件：如离合器内环、拔叉套、分配器套、汽门导管、同步毂、安全气囊件等。
技术简介
其基本工艺过程是：首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下(～150℃)用注射 成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终 产品。与传统工艺相比，具有精度高、组织均匀、性能优异，生产成本低等特点，其产品广泛应用于电子信息工 程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。因此，国 际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“当今最热门的零部件成形技术” 和“21世纪的成形技术”。
金属粉末注射成型技术
将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的新 型粉末冶金近净形成型技术
01 技术简介
目录
02 历史与现状
03 术应用领域
06 未来发展方向
金属粉末注射成型技术(Metal Powder Injection Molding Technology，简称MIM)是将现代塑料注射成型 技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成型技术。
【精品文章】一文了解陶瓷粉末注射成型
一文了解陶瓷粉末注射成型
精密陶瓷是近三十年材料科学领域中迅速发展起来的一大分支。
但陶瓷材料本身固有的高硬度、低韧性使其不能进行普通的变形加工，机械加工也很困难。
常规的粉末冶金工艺已不能满足要求，而注射成型工艺在很大程度上解决了这个问题。
陶瓷粉末注射成型（简称CIM）是近代粉末注射成型技术的一个分支，是从现代粉末注射成型技术中发展起来的一项新型成型技术，它具有一次性成型复杂形状制品、产品尺寸精度高、无需机械加工或只需微量加工、易于实现生产自动化和产品性能优异的特点，弥补了传统粉末冶金工艺的不足。
图1 陶瓷注射成型机及注射成型示意图
1. 陶瓷粉末注射成型的技术特点
从技术特点来说，陶瓷粉末注射成型和金属粉末注射成型类似，理论上任何形式的陶瓷粉末原料，如ZrO2、Al2O3、Si3N4等，都能利用CIM工艺制造形状复杂、精度高的产品。
CIM的基本工艺过程如图2所示。
图2 CIM的基本工艺过程[1]
综合国内外文献及研究生产现状和趋势，可以归纳出陶瓷粉末注射成型工艺的主要特点如下：
(1)可自由地直接制备几何形状复杂的制品。
(2)成形周期短，仅为浇注、热压成型时间的几十分之一至几百分之一，坯件的强度高，可自动化生产，生产过程中的管理和控制也很方便，适宜大批量生产。
金属粉末注射成型件的工艺及特点
金属粉末注射成型件的工艺及特点粉末注射成型工艺流程工艺中应着重说明的几点：1、金属粉末用细粉。
2、成型是用塑料模具成型，用的是塑料成型的原理。
3、烧结与传统粉末冶金烧结办法基本相同。
4、脱粘造成的工艺局限性。
* 粉末注射成型与其他工艺相比的特点1. 粉末注射成型与传统粉末冶金相比制造工艺 MIM工艺传统粉末冶金工艺粉末粒径（μ）2－15 50－100相对密度（%） 95－98 80－85产品重量（g）小于或等于5010－数百产品形状三维复杂形状二维简单形状机械性能优劣2. 粉末注射成型与精密铸造相比在金属成形工艺中，压铸和精密铸造是可以成形三维复杂形状的零件，但压铸仅限于低熔点金属，而精密铸造（IC）限于合金钢、不锈钢、高温合金等高熔点金属及有色金属，对于难熔合金如硬质合金、高密度合金、金属陶瓷等却无能为力，这是IC的本质局限性，而且IC 对于很小、很薄、大批量的零件生产是十分困难或不可行的。
IC产业化已成熟，发展的潜力有限。
MIM是新兴的工艺，将挤入IC大批量小零件的市场。
3. 粉末注射成型与传统机械加工相比较。
传统机械加工法，近来靠自动化而提升其加工能力，在效率和精度上有极大的进步，但是基本的程序上仍脱不开逐步加工（车削、刨、铣、磨、钻孔、抛光等）完成零件形状的方式。
机械加工方法的加工精度远优于其他加工方法，但是因为材料的有效利用率低，且其形状的完成受限于设备与刀具，有些零件无法用机械加工完成。
相反的，MIM可以有效利用材料，形状自由度不受限制。
对于小型、高难度形状的精密零件的制造，MIM工艺比较机械加工而言，其成本较低且效率高，具有很强的竞争力。
4. 粉末注射成型与其他成型工艺比较总表加工法比较项目 MIM 精密铸造传统粉末冶金冷间锻造机械加工压口形状自由度45 2 2 4 4精度4 3 45 5 3机械强度 4 4 2 5 5 1材质适用自由度 5 4 5 2 3 2模具费 3 4 3 1 5 3量产性 5 2 5 5 3 5产品价格 3 2 4 5 2 4* 粉末注射成型工艺技术的优点MIM的工艺优点可归纳如下：⑴ MIM可以成形三维形状复杂的各种金属材料零件（只要这种材料能被制成细粉）。
金属粉末注射成型技术(MIM)
金属粉末注射成型技术(Metal Powder Injection Molding，简称MIM)是将现代塑料注射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成形技术。
其基本工艺过程是：首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下(～150℃)用注射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。
与传统工艺相比，具有精度高、组织均匀、性能优异，生产成本低等特点，其产品广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。
因此，国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。
美国加州Parmatech公司于1973年发明，八十年代初欧洲许多国家以及日本也都投入极大精力开始研究该技术，并得到迅速推广。
特别是八十年代中期，这项技术实现产业化以来更获得突飞猛进的发展，每年都以惊人的速度递增。
到目前为止，美国、西欧、日本等十多个国家和地区有一百多家公司从事该工艺技术的产品开发、研制与销售工作。
日本在竞争上十分积极，并且表现突出，许多大型株式会社均参与MIM工业的推广，这些公司包括有太平洋金属、三菱制钢、川崎制铁、神户制钢、住友矿山、精工--爱普生、大同特殊钢等。
目前日本有四十多家专业从事MIM产业的公司，其MIM工业产品的销售总值早已超过欧洲并直追美国。
到目前为止，全球已有百余家公司从事该项技术的产品开发、研制与销售工作，MIM技术也因此成为新型制造业中最为活跃的前沿技术领域，被世界冶金行业的开拓性技术，代表着粉末冶金技术发展的主方向MIM技术金属粉末注射成型技术是集塑料成型工艺学、高分子化学、粉末冶金工艺学和金属材料学等多学科透与交叉的产物，利用模具可注射成型坯件并通过烧结快速制造高密度、高精度、三维复杂形状的结构零件，能够快速准确地将设计思想物化为具有一定结构、功能特性的制品，并可直接批量生产出零件，是制造技术行业一次新的变革。
金属粉末的注射成型
具有极高的表面积和活性，能够提高 材料的力学性能和电磁性能，为金属 粉末注射成型的发展提供了新的方向 。
材料性能与成型工艺的关系
1 2 3
流动性
金属粉末的流动性直接影响注射成型的充模能力 和制件质量，流动性好的粉末有利于提高制件的 光洁度和尺寸精度。
压缩性
金属粉末的压缩性决定了其在模具内的填充密度 和制件的致密度，压缩性好的粉末能够提高制件 的机械性能。
医疗器械领域
制造个性化医疗器械和植入物，满足医疗行业对个性化、高性能 和高安全性的需求。
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注射成型操作
将混合料加热至流动状态，注入 模具中，在压力和温度的作用下， 混合料填充模具并硬化定型。
后处理
脱脂
烧结
通过加热或化学方法将粘结剂从金属粉末 中分解、去除，以获得纯净的金属制品。
将脱脂后的金属粉末制品在高温下进行烧 结，使金属粉末颗粒之间形成冶金结合， 提高制品的强度和性能。
热处理
表面处理
度和复杂度。
新型粘结剂的开发
02
研究新型粘结剂，以提高金属粉末的粘结效果，降低成型难度
和成本。
连续注射成型技术
03
开发连续注射成型技术，实现金属粉末的连续加工，提高生产
效率和降低能耗。
新材料的应用与开发
高性能金属粉末
研究开发高性能金属粉末，如钛合金、镍基高温 合金等，以满足高端制造业的需求。
复合材料的应用
详细描述
粉末流动性问题通常表现为注射压力不足、填充不均匀、成 型时间延长等。为了解决这一问题，可以采用改善粉末粒度 分布、降低粉末含水量和加入润滑剂等方法，以提高粉末的 流动性。
成型精度问题
粉末注射成形
法国Impac技术公司
2001年获得国际粉末冶金大会设计大奖产品
Fe-7%Ni合金Carrier for Rifle（步枪支座）
Fe-7%Ni合金枪机保险栓
美国Parmatech公司
粉末注射成形枪扳机
粉末注射成形枪管套
国际上普遍认为： 该技术的发展将会导 致零部件成形与加工 技术的一场革命，被 誉为“当今最热门的零 部件成形技术”。
美国将该技术列为 对经济繁荣和国家持久 安全起至关重要作用的 “国家关键技术”。
表1 P I M 和精密铸造成形能力的比较
粉末注射成形与传统成形技术的比较
PIM技术的局限
加入大量高分子聚合物作粘结剂为粉末提供流 动性，以保证实现成形复杂形状的零件。粘结 剂的脱除却是一个需要严格控制的长时间过程， 增加了产品的成本。
粉末注射成形
定义：将金属粉末和成形剂制成具有流动 性的膏状物，注入成形机后加温加压的成 形技术。
粉末注射成形(Powder Injection Molding， PIM)是传统粉末冶金技术的基础上，创造 性地结合了塑料工业的注射成形技术而发 展起来的一门新兴的近净成形工艺，
现代塑料注射成形技术 +
金属材料
陶瓷材料
（5）生产成本低 主要表现在： 可以减少甚至消除机加工； 材料利用率高； 生产线建设规模灵活、投资少； 生产线高度自动化。
粉末注射成形技术的特点
近净形、零 部件一体化
高性能
粉末注射成形技术
传统技术，5件组合
应用广泛
高效率 低成本
PIM技术：1件
Today’s Hottest Components Forming Technology
4、金属粉末注射成型
金属粉末注射成形MIM制品
笔记本电脑铰链转角
锁配件(锁头.锁舌.按键.复杂异形部件 MIM工艺手机类产品
MIM金属注射成型产品
工艺特点 金属粉末注射成型技术是集塑料成型工艺学、高分子化学、粉末 冶金工艺学和金属材料学等多学科透与交叉的产物，利用模具可 注射成型坯件并通过烧结快速制造高密度、高精度、三维复杂形 状的结构零件，能够快速准确地将设计思想物化为具有一定结构、 功能特性的制品，并可直接批量生产出零件，是制造技术行业一 次新的变革。该工艺技术不仅具有常规粉末冶金工艺工序少、无 切削或少切削、经济效益高等优点，而且克服了传统粉末冶金工 艺制品、材质不均匀、机械性能低、不易成型薄壁、复杂结构件 的缺点，特别适合于大批量生产小型、复杂以及具有特殊要求的 金属零件。工艺流程金属粉末+粘结剂→混炼→注射成形→脱脂 →烧结→后处理 MIM工艺所用金属粉末颗粒尺寸一般在0.5~20μm；从理论 上讲，颗粒越细，比表面积也越大，易于成型和烧结。而传统的 粉末冶金工艺则采用大于40μm的较粗的粉末。 有机胶粘剂作用是粘接金属粉末颗粒，使混合料在注射机料 筒中加热具有流变性和润滑性，也就是说带动粉末流动的载体。 因此，粘接剂的选择是整个粉末注射成型的关键。对有机粘接剂 要求： 1.用量少，用较少的粘接剂能使混合料产生较好的流变性； 2.不反应，在去除粘结剂的过程中与金属粉末不起任何化学 反应； 3.易去除，在制品内不残留。
金属粉末注射成型技术（MIM）工艺原理介绍
金属粉末注射成型技术（MIM）工艺原理介绍金属粉末注射成型技术(MetalPowder Injection Molding Technology，简称MIM)是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成型技术。
MIM基本工艺过程首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下(～150℃)用注射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。
与传统工艺相比，具有精度高、组织均匀、性能优异，生产成本低等特点，其产品广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。
因此，国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“当今最热门的零部件成型技术”和“21世纪的成形技术”。
MIM基本工作原理MIM流程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，来实现极度复杂几何部件的低成本解决方案。
MIM流程分为四个独特加工步骤（混合、成型、脱脂和烧结）来实现零部件的生产，针对产品特性决定是否需要进行表面处理。
混合颗粒低于20µ的精细金属粉末和热塑性塑料、石蜡粘结剂按照精确比例进行混合。
金属粉末和粘结剂的体积约为60:40。
混合过程在一个专门的混合设备中进行，加热到一定的温度使粘结剂熔化。
大部分情况使用机械进行混合，直到金属粉末颗粒均匀地涂上粘结剂冷却后，形成颗粒状（称为原料），这些颗粒能够被注入模腔。
成型注射成型的设备和技术与注塑成型是相似的。
颗粒状的原料被送入机器加热并在高压下注入模腔这个环节形成（greenpart）冷却后脱模只有在大约200°c的条件下使粘结剂熔化（与金属粉末充分融合），上述整个过程才能进行模具可以设计为多腔以提高生产率。
模腔尺寸设计要比金属部件20%来补偿烧结过程中产生的收缩。
每种材料的收缩变化是精确的、已知的。
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陶瓷粉末注射成型（CIM）
成型工艺：
粉末
粘结剂 分散剂
混合
除气、制粒
润滑剂
产品检测
烧结
注射 脱脂
金属粉末注射成型（MIM）
成型工艺：
粉末
粘结剂
注射成型 脱粘 烧结
金属粉末注射成型（MIM）
应用特点： 模具成本很高，尤其对于大批量生产，模具需要用 高硬耐磨材料制造，材料成本很高； 配料成本高，工艺步骤多、过程要求高；
粉末注射成型
粉末注射成型(Powder Injection Molding)
分类： 陶瓷粉末注射成型（CIM） 金属粉末注射成型（MIM）
陶瓷粉末注射成型（CIM）
陶瓷粉末注射成型（CIM）是近代粉末注射成 型(PIM)技术的一个分支，具有很多特殊的技术和 工艺优势：可快速而自动地进行批量生产，且对其 工艺过程可以进行精确的控制；由于流动充模，使 生坯密度均匀；由于高压注射，使得混料中粉末含 量大幅提高，减少烧结产品的收缩，使产品尺寸精 确可控，公差可达±0.1%～0.2%，性能优越；无须 机械加工或只需微量加工，降低制备成本；可成型 复杂形状的，带有横孔、斜孔、凹凸面、螺纹、薄 壁、难以切削加工的陶瓷异形件，有着广泛的应用 前景。
主要应用于形状复杂、用其他方法很难加工甚至根 本无法加工的产品。
金属粉末注射成型（MIM）
比较项目 粉末注射成形 粉末冶金 精密铸造
零件相对度
98%
86%
98%
零件拉伸强度
高
低
高
零件表面光洁度
高
中
中
零件微小化能力
高
中
低
零件薄壁能力
高
中
中
零件复杂程度
高
低
中
零件设计宽容度
高
中
中
批量生产能力
高
高
中
适应材质范围
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高
高
中－高
供货能力
高
高
中
机加工 100% 高 高 中 低 高 中
中－高 高 低
冲压 100% 高 高 高 高 低 低 高 中 高
表1-1 粉末注射成形工艺与传统批量工业化零件加工工艺的比较
金属粉末注射成型（MIM）
应用领域：
计算机及其辅助设施零件； 日用器具：如手表零件、照相机零件等； 医疗机械用零件：如牙矫形架、剪刀、镊子； 军用零件：导弹尾翼、枪支零件、弹头、药型罩、 引信用零件； 电气用零件：微型马达、电子零件、传感器件； 电气汽车零件：门锁体、螺栓、安全气囊零件等。