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MIM粉末冶金成型的認識

2020-02-03 22:44:24      點擊:
    粉末冶金對于很多同學來說,應該很陌生,因為在電子產品設計上用的很少,就算有用到,也都是一些標準的配件。比如高端智能手機里SIM卡托,(就是取卡的時候需要拿根針去頂一下,然后彈出來的那個抽屜盒子,這個就是MIM粉末冶金制造出來的)。還有就是生活中常見的,指甲鉗,有些也是采用的是粉末冶金制造的,再有就是拉鏈頭,齒輪等。通常比較小型的金屬配件,或小型外觀件上用的金屬配件。由于MIM粉末冶金制造加工成本高,在科技不斷進步的同時,很多小件都可以用鋅合金或鋁合金等壓鑄金屬代替了。但是MIM粉末冶金還是有它的優勢,比如用不銹鋼粉末冶金,拋光后露出本色,可以做到幾十年甚至更久都不會褪色,這個不是用電鍍能夠代替的。

一、什么是MIM粉末冶金
    金屬注射成形 ( Metal injection Molding、MIM ) 是一種將金屬粉末與其粘結劑的增塑混合料注射于模型中的成形方法。它是先將所選粉末與粘結劑進行混合,然后將混合料進行制粒再注射成形所需要的形狀。聚合物將其粘性流動的特征賦予混合料,而有助于成形、模腔填充和粉末裝填的均勻性。成形以后排除粘結劑,再對脫脂坯進行燒結。有的燒結產品還可能要進行進一步致密化處理、熱處理或機加工。燒結產品不僅具有與塑料注射成形法所得制品一樣的復雜形狀和高精度,而且具有與鍛件接近的物理、化學與機械性能。該工藝技術適合大批量生產小型、精密、三維形狀復雜以及具有特殊性能要求的金屬零部件的制造。

二、MIM粉末冶金的技術特點
    MIM 技術結合了粉末冶金與塑料注射成形兩大技術的優點,突破了傳統金屬粉末模壓成形工藝在產品形狀上的限制,同時利用了塑料注射成形技術能大批量、高效率成形具有復雜形狀的零件的特點,成為現代制造高質量精密零件的一項成形技術,具有常規粉末冶金、機加工和精密鑄造等加工方法無法比擬的優勢。
1、像生產塑料制品一樣生產形狀復雜的小型金屬零件,適用于制造幾何形狀復雜、精密度高及具有特殊要求的小零件通常重量在(0.2-200g)
2、可直接成形薄壁結構件,制品形狀接近或達到最終產品要求,尺寸公差一般能保持在±0.10%~±0.30%水平
3、與傳統的機械加工、精密鑄造相比,制品內部組織結構更均勻;與傳統粉末冶金壓制燒結相比,產品性能更優異,尺寸精度高,表面光潔度好(表面粗糙度可達Ra0.80~1.6μm),不必進行再加工或只需少量精加工
4、材料適用范圍廣,制品密度高(可達95%~99%),且組織均勻、性能優異,可進行滲碳、淬火、回火等熱處理
5、制品微觀組織均勻,產品密度、強度、硬度、韌性、塑性等力學性能高,產品質量穩定,生產效率高,可實現自動化、大批量、規模化生產
   注解:在結構設計的時候,完全可以按照塑膠產品的結構方式去設計,而且最薄厚度可以做到0.3mm以上。當然,厚度越薄,產品強度也就越差,別以為是金屬的就很硬,輕輕一扳就彎了。

三、MIM粉末冶金適用與那些材料
    MIM技術適合于鐵基合金鋼、不銹鋼、鎳基合金、鎢合金、硬質合金、鈦合金、磁性材料、Kovar合金、精細陶瓷等。

四、MIM粉末冶金制造工藝流程
    大體流程分為:制粉→混料造粒(金屬粉末與粘接劑混合)→注射成形→脫脂→燒結→后處理。這里喂料之前就要將混合的粉末制成顆粒,然后才能更好的注射成型。
1、制粉
制粉是將原料制成粉末的過程,常用的制粉方法有氧化物還原法和機械法。
A、氧化物還原法是用固體或液體還原劑還原金屬氧化物制成粉末的方法。
B、機械法是利用球磨或利用動力(如氣流或液流)使金屬物料碎塊間產生碰撞、摩擦獲得金屬粉末的方法

2、混料造粒
混料是將各種所需的粉末按一定的比例混合,并使其均勻化制成坯粉的過程。分干式、半干式和濕式三種,分別用于不同要求。
A、半干式用于各組元密度相差較大和要求均勻程度較高的情況,混料時加入少量的液體(如機油)。
B、濕式混料時加入大量的易揮發液體(如酒精),并同時伴以球磨,提高混料均勻程度,增加各組元間的接觸面積和改善燒結性能。為改善混料的成形性,在混料重要添加增塑劑。
C、干式用于各組元密度相近且混合均勻程度要求不高的情況。

3、注射成形
成形是將混合均勻的混料,裝入壓模重壓制成具有一定形狀、尺寸和密度的型坯的過程。壓制成形常用的方法有以下兩種:
A、加熱加壓成形高溫下粉末顆粒變軟,變形抗力減小,用較小的壓力就可以獲得致密的形坯。
B、常溫加壓成形在機械壓力下使粉末顆粒間產生機械噬合力和原子間吸附力,從而形成冷焊結合,制成形坯。優點是對設備、模具材料無特殊要求,操作簡便;缺點是粉末顆粒間結合力較弱,形坯容易損壞,形坯由于是在常溫下成形,因此需要施加較大的壓力克服由于粉末顆粒產生塑性變形而造成的加工硬化現象。另外,常溫加壓成形的形坯的密度較低,因此其孔隙度較大。

4、燒結
燒結是通過焙燒,使形坯顆粒間發生擴散、熔焊、再結晶等過程,使粉末顆粒牢固地焊合在一起,使孔隙減小密度增大,最終得到“晶體結合體”。從而獲得所需要的具有一定物理及力學性能的過程。

5、后處理
粉末冶金制品經燒結后可以直接使用,但當制品的性能要求較高時,還常常需要進行后處理。常用的后處理方法有以下幾種:
A、蒸汽處理鐵基零件在500-600℃水蒸氣中處理,使零件內外表面形成一層硬而致密的氧化膜,從而提高零件的耐磨性和防止零件生銹。(用于機械配件,比如齒輪等)
B、硫化處理將零件放置在120℃的熔融硫槽內,經十幾分鐘后取出,并在氫氣的保護下再加熱到720℃,使零件表面孔隙形成硫化物。硫化處理能大大提高零件的減磨性和改善加工性能。
C、整形將燒結后的零件裝入與壓模結構相似的整形模內,在壓力機上再進行一次壓形,以提高零件的尺寸精度和減少零件的表面粗糙度,用于消除在燒結過程中造成的微量變形。
D、侵油將零件放入100-200℃熱油重或在真空下使油滲入粉末零件孔隙中的過程,經浸油后的零件可提高耐磨性,并能防止零件生銹。(用于機械配件,比如齒輪等)
E、拋光電鍍處理,將產品放置與拋光治具上,進行人工或者機械拋光,使表面變得光亮,然后進行清洗,再電鍍處理。
    注解:大體流程就是將金屬粉末材料根據比例與粘合劑進行混合,然后注射成型,再燒結,再后處理。需要注意的是在燒結完成后,產品會有形變,那么就需要做整形模具來整形。

五、MIM粉末冶金的應用 
1、計算機及輔助設施:如打印機零件、磁芯、撞針軸銷、驅動零件
2、工具:如槍鉆、鉆卡頭、電動工具、手工工具、扳手等所用零件,銑刀頭、噴嘴等
3、家用器具:如表殼、表鏈、電動牙刷、剪刀、風扇、高爾夫球頭、仿真珠寶、刀具刀頭等零件
4、醫療器械零件:如牙齒矯形架、剪刀、鑷子
5、軍用軍械零件:導彈尾翼、槍支零件、彈頭、藥型罩、引信用零件
6、電氣零件:如微型馬達零件、電子零件、傳感器件、手機、用零件
7、機械用零件:如松棉機、紡織機、縫紉機、辦公機械等各類機械的小型復雜零件
8、汽車、船舶零件:如離合器內環、搖臂鑲塊、撥叉套、分配器套、汽車安全氣囊件、汽車鎖具
    注解:手機上常用在側鍵,卡托,筆記本電腦常用于轉軸等。

【結語】
1、MIM粉末冶金用不銹鋼材料可采用316L的牌號。
2、表面處理與不銹鋼板材的處理方式一樣,可以做拋光,噴砂,拉絲,鐳雕,電鍍等。
3、不銹鋼材料做結構時,除了打螺絲,還可以采用點焊工藝固定。
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