金属粉末冶金注射成型技术

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金属(陶瓷)粉末注射成型技术（Metal Powder Injection Molding，简称MIM）是一项新的制造技术，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。日本未来3至5年MIM产业的市场预计达20亿美元。据不完全统计，1995年全世界MIM技术制作的销售额已突破4亿美元，预计2010年MIM潜在市场为30亿美元。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。
, S! `* \0 b/ {4 P, j    中国MIM技术的研究始于1985年，由中国兵器工业五三研究所承担该课题，当时列入国家[七五]军用新材料重点预研计划，经十余年的探索，技术已基本成熟。
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MIM工艺的特点
9 W: [1 |! N; F8 `! T$ ~; NMIM工艺与其它加工工艺的对比
    MIM使用的原料粉末粒径在2-15μm，而传统粉末冶金的原粉粉末粒径大多在50-100μm。MIM工艺的成品密度高，原因是使用微细粉末。MIM工艺具有传统粉末冶金工艺的优点，而形状上自由度高是传统粉末冶金所不能达到的。传统粉末冶金限于模具的强度和填充密度，形状大多为二维圆柱型。
    传统的精密铸造脱燥工艺为一种制作复杂形状产品极有效的技术，近年使用陶心辅助可以完成狭缝、深孔穴的成品，但是碍于陶心的强度，以及铸液的流动性的限制，该工艺仍有某些技术上的困难。一般而言，此工艺制造大、中型零件较为合适，小型而复杂形状的零件则以MIM工艺较为合适。
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　比较项目\制造工艺    MIM工艺               传统粉末冶金工艺
. s0 h' Q& s* }粉末粒径（μm）           2-15                     50-100
* K! y5 t1 A5 t: j1 w! a相对密度（％）            95-98                   80-85
6 s* _) c+ Q, H0 K! [产品重量（g）             小于或等于50         10-数百
产品形状                     三维复杂形状         二维简单形状
1 [7 A! C9 a) _8 |# O+ b( P1 R机械性能                     优                        劣

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MIM技术的应用领域
, ^) o8 A4 B# p    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
# o& K; U) y8 s4 n    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
, C( p" q! X4 p( ?6 I8 p% O    5．军用零件：导弹尾翼、枪支零件、弹头、药型罩、引信用零件
' @% }, A8 _) a! {/ r& }  V7 `    6．电器用零件：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

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MIM技术的特点   
+ N1 |+ Z" G+ l) U/ m! {$ T2 a' G; }    MM作为一种制造高质量精密零件的近净成形技术，具有常规粉末冶金和机加工方法无法比拟的优势。MM能制造许多具有复杂形状特征的零件：如各种外部切槽，外螺纹，锥形外表面，交叉孔盲孔，凹台与键销，加强筋板，表面滚花等等，具有以上特征的零件都是无法用常规粉末冶金方法得到的。
    由于通过MM制造的零件几乎不需要再进行机加工，所以减少了材料的消耗，因此在所要求生产的复杂形状零件数量高于一定值时，MM就会比机加工方法更为经济。图1给出了MM零件的生产量对成本的影响。可以看出，重4.5g的零件的每件生产成本，年产250000件时为$1.4，年产3000000件以上时降为$0.2。此图还指出零件尺寸对成本的影响——零件越大，250000件与3000000件之间的成本差就越小。
2 A5 ^4 U0 M* X6 B7 p$ ^; ]# e3 [    另一典型的与MM竞争的工艺是精密铸造，表1比较了这两种工艺制造的零件的特点，在许多方面，MM都具有较大的优势。但这不足以说明全部问题，许多由MM制造的形状是其它途径无法得到的。
4 g4 W% m# M- X( \4 D. I; `      MM和精密铸造成形能力的比较
- m+ E; f) e" H0 f* }* q! P. L9 L特点                                 精密铸造        MIM
( V# \9 Q% @8 K. L6 ~+ f" T" _最小孔直径                        2mm             0.4mm
2mm直径的盲孔最大深度     2mm             20mm
最小壁厚                           2mm              <1mm
最大壁厚                           无限制            10mm
, J1 S0 h. I, ^6 m, ^. u( L4mm直径的公差                 ±0.2mm          ±0.06mm
8 v( M' h. K! D表面粗糙度（Ra）               5un                 1um
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' u) S, j1 ~& Y3 T% ~    MIM技术的主要特点:MIM技术可以低成本地生产复杂形状的高性能产品。MM技术由于采用大量的粘结剂作为增强流动的手段，所以可以像塑料工业中一样任意成形各种复杂形状的金属零件，这是传统粉末冶金模压工艺不可能达到的。而且由于注射成形是一种近净成形工艺，基本上不需要后续加工，使零件制造成本大大降低，以前需要几十道机加工工序的零件可以一次成形获得。另外，由于注射成形时流动充填模腔的均匀性，使得MM产品各处密度均匀，避免了PM模压工艺中不可避免的密度不均匀性，且由于采用细粉，产品烧结后可达到很高的密度。因而，MM产品的力学性能一般都优于模压和精密铸造产品。因此，MM技术被认为是“当今最热门的零部件成形技术”。
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0 `% [5 b4 _% q: |/ U$ q/ x* 粉末注射成型工艺适用材料及基本性能
4 u# w  ~  v6 X6 z         MIM适用的材料主要有：Fe合金、Fe-Ni合金、不锈钢、W合金、Ti合金、Si-Fe合金、硬质合金、永磁合金及氧化铝、氮化硅、氧化锆等陶瓷材料。表3中列出了一些MIM材料的基本性能。
表三、几种典型的MIM材料的基本性能
( \# W9 I  O% q5 G# f1 U材 料        密度g/cm3        硬度        拉伸强度MPa        弯曲强度MPa        延伸率%        矫顽力(A/cm)
铁基合金        98Fe2Ni        7.41        87HRB        552        -----        5.5        -----
9 o4 ?, Y: R+ P5 C' ]" L9 d        92Fe8Ni        7.50        88HRB        560        -----        8        -----
7 ?' r2 o6 |, m1 l        95.5Fe2NiCu0.5Mo        7.40        99HRB        682        -----        3.3        -----
. O7 K4 K6 w, x不锈钢        304        7.42        42HRB        520        -----        20        -----
2 W% Y- J6 o, s8 ^3 F# l. s" \        316        7.60        42HRB        520        -----        20        -----
6 X9 a5 \/ A& ]7 C: c硬质合金        YG6        14.60        -----        -----        1460        -----        173
        YG8        14.50        -----        -----        1680        -----        124
6 q! X5 ]1 U8 N0 i        YT15        10.45        -----        -----        1140        -----        117
( ^4 N' h' B7 s) {" p+ d钨合金        90%W        17.90        320HV30        920        -----        6        -----
        93%W        18.30        310HV30        900        -----        10        -----
; R. h* J# L) y( l, o  Y2 @) n        97%W        18.50        350HV30        880        -----        6        -----
陶瓷        ZrO2        94.6%*        -----        -----        233        -----        -----
9 Q& A$ q% S$ {& F2 ^: U4 E9 j& f        Si3N4Y2O3AL2O3        95.2%*        -----        -----        380        -----        -----
; j. F3 S  p2 j+ m注：*该数据为相对密度。

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成型的零件实例
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doghog

MIM国内集中在济南的，以前不少山东即墨搬到济南的；目前国内湖州和苏州的品质做的较好。
MIM不锈钢和碳钢的基体材料品种不多；不锈钢的料多半都是316L和304两种，而且是巴斯夫进口的材料。
# U& ?/ q8 k2 Y) D+ r局限性还是有的，价格相比硅溶胶偏贵；模具费吓死人。目前不少冷挤压的比MIM管用

solectron

模具费及开模周期都是问题.MIM适用的材料大多都是进口的.

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solectron 发表于 2013-10-18 14:20 static/image/common/back.gif
% R1 J% s/ f; e; P9 i  {模具费及开模周期都是问题.MIM适用的材料大多都是进口的.

那倒未必，国产粉子也很多，现在开模周期30天左右，价格还是有点小贵。但是对于微小、复杂零件，此种技术还是非常有市场竞争力的。

lyczjs

希望能够介绍该种类型模具的寿命和某个样品零件（有图示）的最的批量价格（最经济的）

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lyczjs 发表于 2013-10-22 00:55 static/image/common/back.gif
希望能够介绍该种类型模具的寿命和某个样品零件（有图示）的最的批量价格（最经济的）

模具寿命一般30万次左右，不过一般模具使用过程中出现问题，加工方会自行处理。

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