金屬注射成形技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)向

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1、金屬注射成形技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)向金屬注射成形(MetalInjectionMolding,簡稱MIM)是一種從塑料注射成形行業(yè)中引伸出來的新型粉末冶金近凈成形技術(shù),眾所周知,塑料注射成形技術(shù)低廉的價(jià)格生產(chǎn)各種復(fù)雜形狀的制品,但塑料制品強(qiáng)度不高,為了改善其性能,可以在塑料中添加金屬或陶瓷粉末以得到強(qiáng)度較高、耐磨性好的制品，近年來，這一想法已發(fā)展演變?yōu)樽畲笙薅鹊靥岣吖腆w粒子的含量并且在隨后的燒結(jié)過程中完全除去粘結(jié)劑并使成形坯致密化。這種新的粉末冶金成形方法稱為金屬注射成形。金屬注射成形的基本工藝步驟是：首先是選取符合MIM要求的金屬粉末和粘結(jié)劑，然后在一定溫度下采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒎勰┖驼辰Y(jié)劑混合成

2、均勻的喂料，經(jīng)制粒后在注射成形，獲得的成形坯經(jīng)過脫脂處理后燒結(jié)致密化成為最終成品。1.MIM粉末及制粉技術(shù)MIM對原料粉末要求較高,粉末的選擇要有利于混煉、注射成形、脫脂和燒結(jié)，而這往往是相互矛盾的，對MIM原料粉末的研究包括：粉末形狀、粒度和粒度組成、比表面等，表1中列出了最適合于MIM用的原料粉末的性質(zhì)。表1MIM最佳原料粉末性質(zhì)粒度/um2-8粒度組成較寬或較窄松裝密度/%40-45搖實(shí)密度/%50以上粉末形狀近球形粉末長徑比1.2-1.5堆集集休止角50-60由于MIM原料粉末要求很細(xì)，MIM原料粉末價(jià)格一般較高，有的甚至達(dá)到傳統(tǒng)PM粉末價(jià)格的10倍，這是目前限制MIM技術(shù)廣泛應(yīng)用的

3、一個(gè)關(guān)鍵因素，目前生產(chǎn)MIM用原料粉末的方法主要有羰基法、超高壓水霧化法、高壓氣體霧化法等。1.1羰基法　　MIM最早使用的粉末是羰基法生產(chǎn)的，美國GAF化學(xué)公司采用較粗的海綿鐵粉作原料，制粒后在350度氫氣中退火活化，然后置于反應(yīng)器中，鐵粒暴露在循環(huán)的CO中，氣體壓力為6OPMa，溫度160度，鐵與CO發(fā)生反應(yīng)，得到氣態(tài)的Fe(CO)5,并加以冷凝收集，接下來，使Fe(CO)5蒸發(fā)通過一個(gè)垂直的反應(yīng)塔，反應(yīng)塔加熱到300度，在催化劑NH3作用下，F(xiàn)e(CO)5在塔頂部分解為Fe和CO氣體，將沉積的鐵粉聚集體球磨，得到符合要求的成品鐵粉，粉中一般含0.8%C，0.7%N和0.3%O（質(zhì)量分?jǐn)?shù)

4、）。羰基法是一種較為成熟的制備MIM用粉末的方法，所制得的粉末呈球形，粒度小，但是羰基法只能生產(chǎn)有限的幾種粉末（如鐵粉、鎳粉），不易生產(chǎn)包含2種以上元素的合金粉，而且羰基法生產(chǎn)過程毒性大，在MIM生產(chǎn)過程中還存在碳含量控制的問題。1.2超高壓水霧化法日本的PAMCO，KawasakiSteel,KawasakiSteel幾家公司發(fā)展了一種超高壓水霧化，該法能夠較為經(jīng)濟(jì)地大量生產(chǎn)MIM用金屬和合金粉末。其中以PAMCO公司產(chǎn)量最大，工藝也最有代表性。該公司年產(chǎn)MIM用粉末300t采用150MPa高壓水霧化，其主要產(chǎn)品為各種不銹鋼粉和低合金鋼粉，PAMCO從20世紀(jì)80年代中期開始商業(yè)生產(chǎn)MIM

5、粉，針對水霧化粉搖實(shí)密度低，導(dǎo)致注射成形時(shí)填充密度低而需要較多的粘結(jié)劑的缺點(diǎn)，在增加粉末的球化率，提高其搖實(shí)密度方面作了許多改進(jìn)，改進(jìn)后的PAMCO新型MIM粉的搖實(shí)密度比常規(guī)MIM水霧化粉的搖實(shí)密度提高了10%，采用具有較高搖實(shí)密度的粉末，PAMCO已經(jīng)成功地將所需粘結(jié)劑減少了20%左右。1.3采用改進(jìn)型噴嘴的高壓氣體霧化法氣體霧化法生產(chǎn)的粉末搖實(shí)密度高，流動(dòng)性好，所需添加劑量少，且用惰性氣體，所得粉末的殘留氣體含量比水霧化粉至少低一個(gè)數(shù)量級，但是一般氣體霧化粉顆粒較粗，約為40-50um，能適應(yīng)MIM要求的細(xì)粉量很少，英國Osprey公司和PSI公司為此對噴嘴進(jìn)行改進(jìn)，采用高壓氣體霧化，

6、使得適合MIM用的細(xì)粉產(chǎn)出率大大提高。Osprey公司用高壓氬氣和氮?dú)猓▔毫?PMa）生產(chǎn)的不銹鋼粉末中有75%的粉末粒度小于20um，大大高于常規(guī)氣霧化法的20%，其平均粒度為14um，該公司還用該法生產(chǎn)了高速鋼粉、工具鋼粉以及磁性合金粉等。據(jù)Osprey公司稱，這種高壓氣霧化MIM粉價(jià)格主要取決于生產(chǎn)規(guī)模大小，在大規(guī)模生產(chǎn)的情況下，該法生產(chǎn)的粉末價(jià)格甚至可以與高壓水霧化法抗衡。1.4微霧化法美國MicroMaterialsTechnology和GTEProducts公司報(bào)道了他們采用微霧化法制備MIM用細(xì)粉的情況。據(jù)稱，該法是一種有效制備小于20um粉末的生產(chǎn)方法，其原理是基于金屬液滴

7、撞擊不浸潤的基片而發(fā)生破碎。原料為普通霧化法生產(chǎn)的較粗粉末（50-150um），利用等離子噴槍熔化原料粉末并加速熔融金屬液滴，被加速的金屬液滴撞擊不浸潤的旋轉(zhuǎn)基盤而產(chǎn)生破碎，破碎的細(xì)小液滴球化，并迅速冷卻成細(xì)小粉末。微霧化法是一種將較粗粉末有效地處理成細(xì)粉的新工藝，有以下優(yōu)點(diǎn)：無容器熔化而大大減少了粉末污染；由于高的等離子氣體的溫度，沒有熔點(diǎn)限制，可以方便地制造各種難熔金屬和合金粉末；不需要常規(guī)的龐大的爐子裝