不銹鋼喂料生產(chǎn)之混煉時的粘結(jié)劑與粉末的選擇及重要性

金屬喂料的生產(chǎn)是金屬注射成形行業(yè)不可或缺的組成部分，因為工藝技術(shù)要求注射原料必須為一定大小的均勻顆粒，而不能直接使用粉末。因此，喂料生產(chǎn)對整個行業(yè)來講非常必要。目前大部分金屬喂料都有專業(yè)的供應(yīng)商，有些比較有實力的大型工藝使用商也在喂料生產(chǎn)領(lǐng)域積極探索，試圖降低生產(chǎn)成本的同時生產(chǎn)出適合更多適合自身生產(chǎn)需要的喂料。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。說到喂料生產(chǎn)就不得不提混煉，混煉是喂料生產(chǎn)的第1步，它是使金屬粉末表面包覆一層粘結(jié)劑，使得金屬粉末和粘結(jié)劑組成均勻一致混合料的過程。業(yè)內(nèi)人士都知道混煉對喂料生產(chǎn)很重要，但卻并不是所有人都能系統(tǒng)知道哪些因素會影響到混煉效果，今天小編就和大家一起從粉末與粘結(jié)劑配比和加料順序的角度了解一下。

為什么要重視金屬粉末與粘結(jié)劑的配比呢?這是因為喂料性能的好壞不會在混煉過程中體現(xiàn)出來，而是會在后續(xù)的注射成形工藝中間接影響注射效果和制品的最終性能。在進(jìn)行混煉時就要考慮到注射成形的難易程度和脫粘后的變形情況。

首先要確定金屬粉末和粘結(jié)劑的搭配比例，當(dāng)粘結(jié)劑比例過大時，會減小喂料的粘度，使金屬粉末顆粒間的接觸減弱，造成后續(xù)脫除粘結(jié)劑時變形嚴(yán)重或坍塌;粘結(jié)劑比例過小時，喂料的粘度雖然提高，但是容易形成空隙，不容易注射，而且脫粘后制品容易裂紋或開裂。九、蝕刻蝕刻：通常所指蝕刻也稱光化學(xué)蝕刻，指通過曝光制版、顯影后，將要蝕刻區(qū)域的保護(hù)膜去除，在蝕刻時接觸化學(xué)溶液，達(dá)到溶解腐蝕的作用，形成凹凸或者鏤空成型的效果。

對于不同的金屬粉末，其混煉時選擇的粘結(jié)劑種類也不同，配比自然也不同。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(jìn)行配比。粉末燒結(jié)氣氛是指粉末冶金制品在燒結(jié)時，燒結(jié)爐內(nèi)的實際氣氛，常用的燒結(jié)氣氛主要有保護(hù)氣氛、可控氣氛和空氣。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(jìn)而提高金屬喂料中金屬粉末的裝載量。

對于混煉時粉末和粘結(jié)劑的加入順序也有比較嚴(yán)格的規(guī)定，加料的順序一般是先加入高熔點組元熔化，然后降溫，加入低熔點組元，然后分批加入金屬粉末。這樣能防止低熔點組元的氣化或分解，分批加入金屬粉可防止降溫太快而導(dǎo)致的扭矩急增，減少設(shè)備損失。

綜上，金屬喂料生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)是混煉，而影響混煉效果的主要因素是粘結(jié)劑和金屬粉末的配比和加入順序，因此進(jìn)行科學(xué)配比和加料對金屬喂料的生產(chǎn)至關(guān)重要。

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(jìn)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)。對于混煉時粉末和粘結(jié)劑的加入順序也有比較嚴(yán)格的規(guī)定，加料的順序一般是先加入高熔點組元熔化，然后降溫，加入低熔點組元，然后分批加入金屬粉末。脫脂后的坯件在進(jìn)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(dá)到致密化的目的。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(qiáng)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。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(qiáng)表面性能，具有較好的防腐性能。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(jìn)行得越快。

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。粉末冶金齒輪是各種汽車發(fā)動機(jī)中普遍使用的粉末冶金零件，雖然在大批量的情況下是非常經(jīng)濟(jì)實用的，不過在其他方面也有待改進(jìn)的地方。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(jìn)行的。

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(jìn)行坯件的燒結(jié)。

粉末冶金行業(yè)發(fā)展勢不可擋

粉末冶金屬于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的朝陽產(chǎn)業(yè)，以制取金屬或用金屬粉末(或金屬粉末與非金屬粉末的混合物)作為原料，經(jīng)過成形和燒結(jié)，制造金屬材料、復(fù)合以及各種類型制品的工藝技術(shù)。

　　我國粉末冶金行業(yè)起步較晚，但發(fā)展迅猛，特別是汽車行業(yè)、機(jī)械制造、金屬行業(yè)、航空航天、儀器儀表、五金工具、工程機(jī)械、電子家電及高科技產(chǎn)業(yè)等迅猛發(fā)展，為粉末冶金行業(yè)帶來了較大的發(fā)展機(jī)遇。

　　具體數(shù)據(jù)顯示，1948年我國硬質(zhì)合金產(chǎn)量僅有2-3萬噸，但2000年后我國粉末冶金市場迅速崛起。2009年我國粉末冶金行業(yè)產(chǎn)量為11.30萬噸，超過日本躍居亞洲首位。壓機(jī)一般都幾噸到幾百噸壓力，直徑基本是在110MM以內(nèi)都可以制作成粉末冶金。2014年粉末冶金行業(yè)銷量達(dá)19.18萬噸，2017年增長至20.08萬噸，增幅為4.7%。

　　從應(yīng)用領(lǐng)域來看，現(xiàn)階段，我國粉末冶金產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車、家電、電動工具、摩托車、農(nóng)業(yè)機(jī)械及工程機(jī)械等工業(yè)。隨著我國汽車行業(yè)的快速發(fā)展，粉末冶金制品本土化需求不斷擴(kuò)大，2016年，應(yīng)用于汽車方面的粉末冶金零件共10.09萬噸，占比54.69%，同比上升6.55%。②可以消除網(wǎng)狀二次滲碳體，并使珠光體細(xì)化，不但改善機(jī)械性能，而且有利于以后的球化退火。未來下游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將會繼續(xù)拉動上游產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，整個行業(yè)的容量仍在不停擴(kuò)大。

　　汽車領(lǐng)域應(yīng)用較少，技術(shù)相對落后

　　在發(fā)達(dá)國家如美國、歐洲、日本，粉末冶金產(chǎn)品主要應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，汽車粉末冶金產(chǎn)品占粉末冶金總產(chǎn)品的比例高達(dá)80%以上，其產(chǎn)品包括VVT(可變氣門正時系統(tǒng))、VCT(可變氣門凸輪軸正時系統(tǒng))、各類泵組件、鏈輪、同步環(huán)、行星齒輪等，種類覆蓋十分齊全。表面處理是通過一種材料經(jīng)過加工轉(zhuǎn)化為另一種物體表面的方式叫表面加工，主要是為了提高物體表面的美觀感，金屬表面工藝處理還可以保護(hù)材料不受環(huán)境污染破壞，目前我們常見的有烤漆和電鍍兩種。

　　而在我國，2017年，粉末冶金市場汽車應(yīng)用占比僅為60%。我國粉末冶金汽車零件占比遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國家，占比提升潛力大。

　　單車用量方面，中國提升空間同樣相對可觀。2017年，北美粉末冶金零件單車用量可達(dá)18.6Kg，日本為8.0Kg，歐洲為7.2Kg，而中國僅為4.5Kg。那么，如何判定一個產(chǎn)品是否應(yīng)該選擇MIM工藝，也就是選擇MIM工藝的準(zhǔn)則是什么呢。這種差距產(chǎn)生的主要原因是，我國國內(nèi)很多粉末冶金產(chǎn)品達(dá)不到要求的尺寸公差與性能參數(shù)，因此，汽車主機(jī)廠只能選擇成本更高的鍛造零件與機(jī)加工零件。

　　國內(nèi)企業(yè)成本優(yōu)勢顯著，進(jìn)口替代空間廣闊

　　與國外公司相比，國內(nèi)企業(yè)在人力成本、土地成本、原料成本等方面均具有優(yōu)勢，能夠為主機(jī)廠與一級供應(yīng)商提供更低價的粉末冶金產(chǎn)品。同時，國內(nèi)企業(yè)交貨周期短，售后服務(wù)快速、及時，能夠為國內(nèi)主機(jī)廠提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

　　從技術(shù)角度來看，2015年，發(fā)布《中國制造2025》的通知，其中重點提出要大力發(fā)展智能制造、增材制造、新材料、生物醫(yī)用等領(lǐng)域。我們認(rèn)為在國家政策的大力扶持下，國內(nèi)粉末冶金技術(shù)有望得到快速發(fā)展，替代市場逐步由低端轉(zhuǎn)向高技術(shù)。

　　另外，專利申請授權(quán)量的持續(xù)增長彰顯粉末冶金技術(shù)的不斷成熟。2016年，我國鑄造、粉末冶金專利申請授權(quán)量為8295項，同比增長11.62%，近五年(2012-2016年)復(fù)合增長率為16.02%。

　　綜合來看，國內(nèi)粉末冶金產(chǎn)品進(jìn)口替代空間十分廣闊

粉末冶金MIM工藝相比傳統(tǒng)精鑄工藝的優(yōu)勢

MIM使用的原料粉末粒度直徑為2—15urn，而傳統(tǒng)粉末冶金（PM）的原料粉末粒度為50—100urn。MIM工藝的成品密度高，原因是使用微細(xì)粉末。MIM產(chǎn)品形狀自由度是PM所不能達(dá)到的。

傳統(tǒng)的精密鑄造（IC）工藝作為一種制作復(fù)雜形狀產(chǎn)品極有效的技術(shù)，近年使用陶心輔助可以完成狹縫、深孔穴的產(chǎn)品，但礙于陶心的強(qiáng)度以及鑄液的流動性限制，該工藝仍有某些技術(shù)上的難題。粉末冶金零件生坯具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度是必要的，以便壓坯從陰模中脫出和將其運送到燒結(jié)爐而不會損壞。一般而言，此工藝制造大、中型零件較為合適，而小型復(fù)雜零件則MIM工藝較為合適，而且IC工藝材質(zhì)受到一定限制。

壓鑄工藝適用于鋁和鋅合金等低熔點、鑄流性好的材料，而MIM工藝適合各種材質(zhì)。

精密鍛造可以成型復(fù)雜零件，但不能成型三維復(fù)雜的小型零件，其產(chǎn)品的精度低，產(chǎn)品有局限。

傳統(tǒng)機(jī)械加工法：近來靠自動化和數(shù)控提升加工能力，在效率和精度上有很大的進(jìn)展，但是基本的程序上仍脫不開逐步加工車、刨、銑、磨、鉆、拋等完成零件形狀的方式，機(jī)械加工的方法精度和復(fù)雜度遠(yuǎn)優(yōu)于其他方法，但是因為材料的有效利用率低，且形狀的完成受限于設(shè)備與刀具，有些零件無法用機(jī)械加工完成。相反，MIM可以有效利用材料，形狀自由度不受限制。電化學(xué)拋光過程分為兩步：(1)宏觀整平溶解產(chǎn)物向電解液中分散,材料外表幾何毛糙下降,Ra＞1μm。對于小型、復(fù)雜、高難度形狀的精密零件的制造，MIM工藝比較機(jī)械式加工而言，其成本較低且效率高，具有競爭力。