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粉末冶金的形成

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粉末注射成形(Powder Injection Molding,PIM)由金属粉末注射成形(Metal Injection Molding,MIM)与陶瓷粉末注射成形(Ceramics Injection Molding,CIM)两部分组成,它是一种新的金属、陶瓷零部件制备技术,它是将塑料注射成形技术引入到粉末冶金领域而形成的一种全新的零部件加工技术。 MIM的基本工艺步骤是:首先选取符合MIM要求的金属粉末和黏结剂,然后在一定温度下采用适当的方法将粉末和黏结剂混合成均匀的喂料,经制粒后再注射成形,获得成形坯(Green Part),再经过脱脂处理后烧结致密化成为最终成品(White Part)。
粉末注射成形技术的特点:
粉末注射成形能像生产塑料制品一样,一次成形生产形状复杂的金属、陶瓷零部件。该工艺技术利用注射方法,保证物料充满模具型腔,也就保证了零件高复杂结构的实现。以往在传统加工技术中,对于复杂的零件,通常是先分别制作出单个零件,然后再组装;而在使用PIM技术时,可以考虑整合成完整的单一零件,这样大大减少了生产步骤,简化了加工程序。
1、与传统的机械加工、精密铸造相比,制品内部组织结构更均匀;与传统粉末冶金压制∕烧结相比,产品性能更优异,产品尺寸精度高,表面光洁度好,不必进行再加工或只需少量精加工。金属注射成形工艺可直接成形薄壁结构件,制品形状已能接近或达到最终产品要求,零件尺寸公差一般保持在±0.10%~±0.30%水平,特别对于降低难以进行机械加工的硬质合金的加工成本、减少贵重金属的加工损失尤其具有重要意义。
2、零部件几何形状的自由度高,制件各部分密度均匀、尺寸精度高,适于制造几何形状复杂、精度密高及具有特殊要求的小型零件(0.2~200g)。
3、合金化灵活性好,对于过硬、过脆、难以切削的材料或原料铸造时有偏析或污染的零件,可降低制造成本。
4、产品质量稳定、性能可靠,制品的相对密度可达95%~100%,可进行渗碳、淬火、回火等热处理。
5、适用材料范围宽,应用领域广,原材料利用率高,生产自动化程度高,工序简单,可连续大批量规模化生产。生产过程无污染,为清洁工艺生产。MIM技术使用的模具,其寿命与塑料注射成形模具相似。由于使用金属模具,MIM适于零件的大批量生产;由于利用注射机成形产品毛坯,极大地提高了生产效率,降低了成本,而且注射成形产品一致性好、重复性好,从而为大批量和规模化工业生产提供了保证,再者一模多腔可进一步提高效率和降低毛坯的成形成本。
6、制品微观组织均匀,密度高,产品强度、硬度、伸长率等力学性能高,耐磨性好,耐疲劳,组织均匀,性能好。在粉末冶金压制过程中,由于模壁与粉末以及粉末与粉末之间的摩擦力,使得压制压力分布不均匀,也就导致了压制毛坯在微观组织的不均匀、材料致密性差、密度低,严重影响了产品的力学性能;而MIM是一种流体成形工艺,粘结剂的存在保证了粉末均匀排布,从而可消除毛坯微观组织的不均匀,进而使烧结制品密度接近材料的理论密度,从而使强度增加、韧性加强,延展性、导电性、导热性得到改善,综合性能提高。能像生产塑料制品一样,一次成形生产形状复杂的金属、陶瓷等零部件,产品成本低,光洁度好,表面粗糙度可达到Ra 0.80~1.6μm,精度高,一般无需后续加工。

MIM技术的特色:

与传统工艺相比,MIM技术具有精度高、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。下图1与下表1、表2所示为MIM和其他金属加工方法的比较,其中图1表明了各种加工方法与零部件产量和复杂程度的关系。

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