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。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。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(shí)需要掌握好火候的就是這個環(huán)節(jié)。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(jì)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(diǎn)，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(diǎn)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。有些人還試圖在喂料生產(chǎn)時加入表面活性劑，實(shí)驗(yàn)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。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(yùn)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(shí)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(shí)這沒有什么費(fèi)解的，關(guān)于二者的區(qū)別，簡單一點(diǎn)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(diǎn)，而液相燒結(jié)則是燒結(jié)溫度低于主要組成成分的熔點(diǎn)。新型組合材料：MIM可制造出傳統(tǒng)工藝難以制造的新型組合材料，例如疊片的或兩種材料結(jié)構(gòu)的或耐磨耗用的混合的金屬-陶瓷材料。同時這兩種燒結(jié)方法又有一個共同點(diǎn)：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)。

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)。近些年，國內(nèi)長三角地區(qū)通過對MIM技術(shù)的引入，隨著不斷地探索實(shí)踐，已經(jīng)成功運(yùn)用到汽車零部件、3C數(shù)碼類、醫(yī)用器械、工具鎖類等多個熱門領(lǐng)域。其基本工藝過程是：首先將固體粉末與有機(jī)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(jī)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(diǎn)，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(jī)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。因此，國際上普遍認(rèn)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(yù)為“當(dāng)今最熱門的零部件成形技術(shù)”和“21世紀(jì)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。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(shí)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。特別是八十年代中期，這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化以來更獲得突飛猛進(jìn)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。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(xiàng)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。

還原鐵粉已成為制造業(yè)無法替代的高等級材料

還原鐵粉是粉末冶金和軟磁感應(yīng)器件的基礎(chǔ)原料，其產(chǎn)品由于具有高度的可加工性，可以制成各種超薄、特異形狀器件，具有極強(qiáng)的抗沖擊、抗腐蝕、耐磨損和高強(qiáng)度特性，廣泛地應(yīng)用于汽車、機(jī)械、船舶、機(jī)車等領(lǐng)域，是單純靠熔煉制成的鋼鐵材料所無法替代的高等級材料。5倍，同時考慮到齒輪高度縱向密度的均勻性，因此粉末冶金齒輪的厚度也是很重要的。

　　此外在變壓器磁芯、電感應(yīng)器件、優(yōu)質(zhì)焊條、靜電復(fù)印、化工、醫(yī)用、食品保鮮等行業(yè)的應(yīng)用也日趨廣泛。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高純鐵粉的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒃絹碓綇V，使用量也越來越大。

　　根據(jù)分析，還原鐵粉的原始材料是氧化鐵皮，主要是以四氧化三鐵存在的。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。由于原本的利用氫氣還原產(chǎn)生的效果不是很好，所以改之為用隧道窯選用碳作為還原劑來還原產(chǎn)品，得到的還原效率還是比較高的，因此以碳作為還原劑在一次還原中進(jìn)行脫氧處置，被廣泛的應(yīng)用。

　　由此可見，粉末冶金用還原鐵粉生產(chǎn)工序也是一種一次還原，因此一般都是選用碳即焦末作為還原劑進(jìn)行還原，形成的為海綿鐵的半成品;形成置換海綿銅鐵粉，當(dāng)然這還不是最終的產(chǎn)品，還要對其進(jìn)行破碎處理后再要進(jìn)行二次還原，這時就可以用氫氣作為還原劑進(jìn)行還原，得到我們想要的產(chǎn)品。通過回火可使金相組織趨十穩(wěn)定，以保證在以后的使用過程中不再發(fā)生變形。

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(shí)驗(yàn)?zāi)＞呷グl(fā)現(xiàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)?zāi)＞摺?

目前鋁合金、顆粒增強(qiáng)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(yàn)?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(jī)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(xiàng)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(yàn)。

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。