MIM如何選擇粘結(jié)劑

粘結(jié)劑是MIM技術(shù)的核心，MIM與常規(guī)粉末冶金方法相比的一個重要差異即粘結(jié)劑含量高。粘結(jié)劑的主要作用是充當粘結(jié)金屬粉末顆粒流動的載體以及成型后保持工件形狀。

MIM用粘結(jié)劑應滿足如下要求：

與粉末接觸角小，粘附力強且不與粉末反應；射出溫度范圍內(nèi)粘度變化不大，但冷卻時粘度變化速度快不易粘模；用量少，用較少的粘結(jié)劑能使混合料產(chǎn)生較好的流變性；

粘結(jié)劑的選擇十分關鍵，若粘結(jié)劑選擇不當可能產(chǎn)生以下缺陷：

粘結(jié)劑是怎么分類的？

一個實用的粘結(jié)劑一般由幾種組元組成，每種組元有各自獨特的功能，按照功能可以分為主要粘結(jié)劑、次要粘結(jié)劑和添加劑這幾種。液壓系統(tǒng)由一臺液壓站來操縱兩只小油缸和兩個大油缸，來完成啟閉大蓋、翻動攪拌缸功能。根據(jù)粘結(jié)劑體系中主要粘結(jié)劑組元及其性質(zhì)可以把粘結(jié)劑體系分為熱塑性粘結(jié)劑、熱固性粘結(jié)劑、凝膠體系和水溶性粘結(jié)劑以及特殊體系等。

其中，熱塑性粘結(jié)劑應用最廣泛，分為石蠟基粘結(jié)劑、油基粘結(jié)劑、聚合物基粘結(jié)劑等。下表列出了幾種主要MIM粘結(jié)劑體系的優(yōu)缺點 ：

熱塑性粘結(jié)劑一般由高分子聚合物、低分子物質(zhì)以及必要的添加劑組成（石蠟基粘結(jié)劑、油基粘結(jié)劑等分類是根據(jù)低分子物質(zhì)來區(qū)分的）。各組成部分作用如下：

高分子聚合物：黏度高，強度高，在注射后及脫脂過程中保持坯塊形狀低分子物質(zhì)：粘度低，流動性好，脫脂過程中能在較低溫度下首先被脫除，在坯塊中留下連通空隙，有利于后期快速熱熔脂的進行添加劑：改善應力、降低粘度、增加潤濕性或潤滑性等

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。一、陽極氧化陽極氧化：主要是鋁的陽極氧化，是利用電化學原理，在鋁和鋁合金的表面生成一層Al2O3（氧化鋁）膜。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)品廣泛應用于電子信息工程、生物醫(yī)用器械、辦公設備、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)領域。因此，國際上普遍認為該技術(shù)的發(fā)展將會導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。二、電泳(ED)電泳：用于不銹鋼、鋁合金等，可使產(chǎn)品呈現(xiàn)各種顏色，并保持金屬光澤，同時增強表面性能，具有較好的防腐性能。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。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。

金屬粉末充模模擬機理和顆粒模擬的使用

對于多相填充流，人們發(fā)現(xiàn)可以因為剪切力作用，或是顆粒間的相互作用而形成些獨特的結(jié)構(gòu)。特性使得這一現(xiàn)象尤為突出。這就帶來了一些問題，比如：流體是否均勻，流體是否是多相的且每個組分是否都起著獨立的作用來影響整個流體的流動性。通過觀察流道橫截面上的流體可以發(fā)現(xiàn)許多有趣的現(xiàn)象。電解拋光根底原理與化學拋光雷同,即靠選擇性的溶解材料外表渺小凸出部分,使外表光滑。和中顯示的是橫截面的放大圖，顯示出了相的分離以及年輪一樣的結(jié)構(gòu)。上面圖片中的白色條紋是相分離的一種表征，那里是一些粘結(jié)劑中的低熔點組分。在這樣的地方很容易產(chǎn)生裂紋。這種結(jié)構(gòu)明顯表明流體是多相的，甚至可能是類固體的。所以實際上的MIM喂料熔體是非均質(zhì)的流體，其運動方式和均質(zhì)流體存在著差異。

　　在粉末-粘結(jié)劑兩相體系中，粉末顆粒和粘結(jié)劑之間存在著強烈的相互作用，因此顆粒附近粘結(jié)劑的運動將受到一定的限制。在這個模型里，將具有不規(guī)則形狀的粉末簡化為規(guī)則球形的顆粒，每個顆粒周圍包覆著一層粘結(jié)劑，這層粘結(jié)劑隨顆粒一起運動，即將其看成一個復合單元?！畋砻娲植诙缺砻娲植诙确磻朔勰╊w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。粘結(jié)劑的厚度假定是常數(shù)，以此確保系統(tǒng)質(zhì)量的恒定。盡管這些復合單元的周圍還有自由粘結(jié)劑的存在，且其粘性制約了粉末顆粒的運動，還是可將復合單元看成是不受外圍粘結(jié)劑介質(zhì)的影響。

　　修正顆粒模型顆粒模型較為充分地考慮了MIM喂料的獨特性，可以描述粉末的運動情況，因此這個模型在簡單計算每個粉末顆粒的實際運動情況方面較為精準，但對于實際的三維問題，顆粒模型的微觀分析需要大量的單元，且容易造成計算的發(fā)散。很難將其應用到諸如粉末等微細粉末的分析。從某種程度上正在以驚人的速度取代CNC精加工等傳統(tǒng)成型技術(shù)，且該技術(shù)在突破核心技術(shù)攻堅后，質(zhì)量穩(wěn)定，便于大批量生產(chǎn)，客戶滿意度高，企業(yè)回報率高。所以必須對已有的顆粒模型進行一定的修正。展示了通過這種顆粒模型模擬出來的MIM喂料充模的情況。從中可以較清楚地看出密度分布的不均勻性。

　　結(jié)論由于MIM喂料在模腔中的流動可以看成是固-液兩相流動，所以采用傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)模型來進行流動模擬存在較大的偏差。很多研究表明，MIM喂料在充模過程中將發(fā)生粉末和粘結(jié)劑分離的現(xiàn)象。并可通過PLC實時控制及記錄生產(chǎn)中的溫度、時間、粘度等相關數(shù)據(jù)。通過這種方法可以直接考察粉末特性（粒度、粒徑分布、密度和形狀等）對流動過程的影響。從而可以監(jiān)視流動過程中粉末的運動、聚集以及密度變化分布情況和兩相分離等特殊現(xiàn)象。為了簡化三維問題中的計算，還在基于修正顆粒流體動力學的基礎上對該模型進行了修正。