粉末冶金生胚強度

粉末冶金生胚強度的概念粉末冶金生坯強度是指冷壓的粉末壓坯的機械強度。粉末冶金零件生坯具有適當?shù)膹姸仁潜匾模员銐号鲝年幠Ｖ忻摮龊蛯⑵溥\送到燒結(jié)爐而不會損壞。生坯強度取決于金屬粉末的種類與施加的壓力。軟金屬的粉末、不規(guī)則顆粒形狀或多孔性顆粒結(jié)構(gòu)的粉末都具有較高的生坯強度。有些人還試圖在喂料生產(chǎn)時加入表面活性劑，實驗表明這會降低粘結(jié)劑對粉末的濕潤性，減少粘結(jié)劑的使用量，進而提高金屬喂料中金屬粉末的裝載量。對于軟金屬，用較低的壓力即可生產(chǎn)出能夠進行搬運的壓坯。較硬的粉末則需要較高的壓力。

要理解粉末冶金生坯強度，就必須知道哪種力使金屬之間產(chǎn)生黏著。當使清潔的金屬表面相互接觸時，由于它們之間的接觸面積小，從而它們之間的黏著力小。施加壓力使接觸面積增大，不管顆粒形狀和表面粗糙度如何，這種接觸面積大體上正比于施加的壓力。對粉末冶金生坯強度的這種解釋就將重點放在了建立顆粒之間原子與原子的金屬接觸。如上所述，與球形顆粒粉末相比，不規(guī)則形狀顆粒壓制的壓坯具有較高的生坯強度。在早期開發(fā)中，使用傳統(tǒng)潤滑劑，諸如硬脂酸鋅與EBS臘等進行過生產(chǎn)試驗，生坯廢品率高達50%。這種較高的強度來自于粉末冶金壓坯中不規(guī)則形狀顆粒之間的相互聯(lián)鎖。對相互聯(lián)鎖現(xiàn)象的解釋仍然有爭議，但看起來可能是由于在由不規(guī)則顆粒壓制的壓坯中，在相當大程度上，相鄰顆粒之間形成了較好的原子接觸。

粉末冶金工藝很適用于大批量生產(chǎn)這類的零件。它可以為各種形狀復(fù)雜的零件生產(chǎn)設(shè)計且不浪費材料。不過，制造鐵框在技術(shù)上并非易事。放熱型可用于控制粉末冶金（含注射成形）燒結(jié)制品中的碳含量控制，分為淡型和濃型氣氛，淡型放熱氣氛的碳勢很低，用作低碳鋼、銅制品的燒結(jié)時，只用作無氧化加熱。在早期開發(fā)中，使用傳統(tǒng)潤滑劑，諸如硬脂酸鋅與EBS臘等進行過生產(chǎn)試驗，生坯廢品率高達50%。目前，有通過用溫壓提高生坯密度和通過采用模壁潤滑減少或消除混合粉中的潤滑劑的方法來提高生坯強度。

MIM工藝中的固相燒結(jié)和液相燒結(jié)

在金屬注射成形工藝中，燒結(jié)是一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它是將脫脂后的多孔坯件進行致密化的過程。燒結(jié)過程中溫度和時間的把握直接影響到最終成品的性能，在該工藝中，名副其實需要掌握好火候的就是這個環(huán)節(jié)。脫脂后的坯件在進行燒結(jié)時粉末在低于其主要組成成分的溫度下通過原子前一來完成粉末顆粒間的聯(lián)結(jié)，減少顆粒間的空隙，從而達到致密化的目的。PVD原理示意圖工藝流程:PVD前清洗→進爐抽真空→洗靶及離子清洗→鍍膜→鍍膜結(jié)束，冷卻出爐→后處理（拋光、AFP）。在MIM工藝中，致密化后的坯件還是會具有人們事先設(shè)計好的與注射模具相符的形狀，只是經(jīng)過燒結(jié)變得具有了一定強度和性能，可以承受一定的外力，不會像剛脫完脂的坯件那樣多孔易碎。

曾經(jīng)有人從兩個方面總結(jié)MIM燒結(jié)的特點，從宏觀來看，坯件整體的氣孔率下降、坯件的致密度提高，從微觀來看，粉末顆粒的原子發(fā)生里質(zhì)點轉(zhuǎn)移，使粉末不需要粘結(jié)劑的作用便可產(chǎn)生顆粒間的粘結(jié)來保持一定的形狀和性能。

燒結(jié)的原理就是在一定的溫度下，利用熱的力量刺激粉末的原子使其發(fā)生物理位置的遷移，將粉體狀的坯件變成顆粒聯(lián)結(jié)緊密的塊狀的坯件。由此可以看出溫度對于燒結(jié)的重要性，從理論上來講，溫度越高，燒結(jié)過程中產(chǎn)生的原子遷移運動越迅速，從一個位置到另一個位置的原子的量也就越多，燒結(jié)過程也就進行得越快。一般要按照粘結(jié)劑和粉末密度算出其質(zhì)量比，按照這個比例來進行配比。

在實際的生產(chǎn)應(yīng)用中，人們會經(jīng)常提到兩個詞：固相燒結(jié)和液相燒結(jié)，其實這沒有什么費解的，關(guān)于二者的區(qū)別，簡單一點說就是根據(jù)燒結(jié)溫度不同，固相燒結(jié)就是燒結(jié)溫度低于所有組成成分的熔點，而液相燒結(jié)則是燒結(jié)溫度低于主要組成成分的熔點。同時這兩種燒結(jié)方法又有一個共同點：都是不施加外部壓力的情況下進行的。20世紀80年代，美國倫賽爾理工學(xué)院開始開展MIM技術(shù)理論基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)的研究工作。

因此，固相燒結(jié)和液相燒結(jié)又被成為無壓燒結(jié)，這主要是相對于熱壓、熱鍛、熱等靜壓等加壓燒結(jié)方法而言的。在MIM工藝中一般都是采用無壓燒結(jié)的方法進行坯件的燒結(jié)。

日本MIM工業(yè)產(chǎn)品發(fā)展迅速

金屬粉末注射成型技術(shù)(metal Powder Injection Molding，簡稱MIM)是將現(xiàn)代塑料噴射成形技術(shù)引入粉末冶金領(lǐng)域而形成的一門新型粉末冶金近凈形成形技術(shù)。其基本工藝過程是：首先將固體粉末與有機粘結(jié)劑均勻混練，經(jīng)制粒后在加熱塑化狀態(tài)下(~150℃)用噴射成形機注入模腔內(nèi)固化成形，然后用化學(xué)或熱分解的方法將成形坯中的粘結(jié)劑脫除，最后經(jīng)燒結(jié)致密化得到最終產(chǎn)品。與傳統(tǒng)工藝相比，具有精度高、組織均勻、性能優(yōu)異，生產(chǎn)成本低等特點，其產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于電子信息工程、生物醫(yī)用器械、辦公設(shè)備、汽車、機械、五金、體育器械、鐘表業(yè)、兵工及航空航天等工業(yè)領(lǐng)域。☆表面粗糙度表面粗糙度反應(yīng)了粉末顆粒的大小，然而不像其他競爭的工藝，可控的織構(gòu)可能對成本沒有什么影響。因此，國際上普遍認為該技術(shù)的發(fā)展將會導(dǎo)致零部件成形與加工技術(shù)的一場革命，被譽為“當今最熱門的零部件成形技術(shù)”和“21世紀的成形技術(shù)”。

　　美國加州Parmatech公司于1973年發(fā)明，八十年代初歐洲許多國家以及日本也都投入極大精力開始研究該技術(shù)，并得到迅速推廣。特別是八十年代中期，這項技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化以來更獲得突飛猛進的發(fā)展，每年都以驚人的速度遞增。到目前為止，美國、西歐、日本等十多個國家和地區(qū)有一百多家公司從事該工藝技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)、研制與銷售工作。日本在競爭上十分積極，并且表現(xiàn)突出，許多大型株式會社均參與MIM工業(yè)的推廣，這些公司包括有太平洋金屬、三菱制鋼、川崎制鐵、神戶制鋼、住友礦山、精工——愛普生、大同特殊鋼等。金屬熱處理有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝，俗稱“四把火”。目前日本有四十多家專業(yè)從事MIM產(chǎn)業(yè)的公司，其MIM工業(yè)產(chǎn)品的銷售總值早已超過歐洲并直追美國。到目前為止，全球已有百余家公司從事該項技術(shù)的產(chǎn)品開發(fā)、研制與銷售工作，MIM技術(shù)也因此成為新型制造業(yè)中最為活躍的前沿技術(shù)領(lǐng)域，被世界冶金行業(yè)的開拓性技術(shù)，代表著粉末冶金技術(shù)發(fā)展的主方向。

快速模具技術(shù)

正常生產(chǎn)模具的制造成本通常很高，許多情況下需要制作實驗?zāi)＞呷グl(fā)現(xiàn)驗證設(shè)計生產(chǎn)整個過程中可能遇到的問題，最終的模具肯定要修改。為適應(yīng)這種情況，出現(xiàn)了許多快速或軟模具技術(shù)用來制造滿足幾百件零件試制的實驗?zāi)＞摺?

目前鋁合金、顆粒增強環(huán)氧樹脂、鈹銅、低碳鋼、不銹鋼及鈷合金等已被用作制造軟的金屬注射模具。由于容易成型，鋅、鋁和鉍合金等偶爾也用于制造試驗?zāi)＞呒皹悠吩汀?

但由于容易劃傷和損壞，最終的生產(chǎn)模具會采用硬質(zhì)材料。

利用有機硅橡膠模具工藝原理，制作使用壽命有限的MIM塑料注塑模具是一項較新的模具技術(shù)。將熔融塑料澆在母模型腔周圍，凝固硬化后，剖開塑料取出母模模型。壓入受限制的模架中，這樣的塑料模具可以用來承受幾百次的低壓注射試驗。

激光快速原型技術(shù)是一種非常簡單的模具或原型制造方法，采用激光掃描積分堆積塑料或金屬粉末直接制造模具型腔。激光快速原型技術(shù)的另外一種模具制造工藝是利用堆積的樹脂或紙質(zhì)模型，采用精密鑄造或電鑄方法制造模具型腔。

這些方法制造的模具表面比較粗糙，精度較低，無法滿足生產(chǎn)模具的苛刻要求。

非常大批量生產(chǎn)用的模腔或其組件，容易磨損，快速模具技術(shù)將是一種非常有效的工藝手段。