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金属注射成形技术的现状和发展动向

金属注射成形技术的现状和发展动向 2011年12月09日 来源： 摘要 综合阐述了金属注射成形的技术现状和产业化发展状况,并从粘结剂的选择和优化设计、新型粘结剂的开发和实用化、脱脂模型和脱脂动力学研究、尺寸精度过程控制几个方面评述了金属注射成形技术重要的发展动向。 关键词 金属注射成形（MIM）；现状；发展动向 金属注射成形(Metal Injection Molding,简称MIM)是一种从塑料注射成形行业中引伸出来的新型粉末冶金近净成形技术,众所周知,塑料注射成形技术低廉的价格生产各种复杂形状的制品,但塑料制品强度不高,为了改善其性能,可以在塑料中添加金属或陶瓷粉末以得到强度较高、耐磨性好的制品，近年来，这一想法已发展演变为最大限度地提高固体粒子的含量并且在随后的烧结过程中完全除去粘结剂并使成形坯致密化。这种新的粉末冶金成形方法称为金属注射成形。金属注射成形的基本工艺步骤是：首先是选取符合MIM要求的金属粉末和粘结剂，然后在一定温度下采用适当的方法将粉末和粘结剂混合成均匀的喂料，经制粒后在注射成形，获得的成形坯经过脱脂处理后烧结致密化成为最终成品。1.MIM粉末及制粉技术 MIM对原料粉末要求较高,粉末的选择要有利于混炼、注射成形、脱脂和烧结，而这往往是相互矛盾的，对MIM原料粉末的研究包括：粉末形状、粒度和粒度组成、比表面等，表1中列出了最适合于MIM用的原料粉末的性质。 表1 MIM最佳原料粉末性质 粒度/um 粒度组成 松装密度/% 摇实密度/% 粉末形状 粉末长径比堆集集休止角 2-8 较宽或较窄 40-45 50以上 近球形 1.2-1.5 50-60 由于MIM原料粉末要求很细，MIM原料粉末价格一般较高，有的甚至达到传统PM粉末价格的10倍，这是目前限制MIM技术广泛应用的一个关键因素，目前生产MIM用原料粉末的方法主要有羰基法、超高压水雾化法、高压气体雾化法等。1.1羰基法 MIM最早使用的粉末是羰基法生产的，美国GAF化学公司采用较粗的海绵铁粉作原料，制粒后在350度氢气中退火活化，然后置于反应器中，铁粒暴露在循环的CO中，气体压力为6OPMa，温度160度，铁与CO发生反应，得到气态的Fe(CO)5,并加以冷凝收集，接下来，使Fe(CO)5蒸发通过一个垂直的反应塔，反应塔加热到300度，在催化剂NH3作用下，Fe(CO)5在塔顶部分解为Fe和CO气体，将沉积的铁粉聚集体球磨，得到符合要求的成品铁粉，粉中一般含0.8%C，0.7%N和0.3%O（质量分数）。 羰基法是一种较为成熟的制备MIM用粉末的方法，所制得的粉末呈秋形，粒度小，但是羰基法只能生产有限的几种粉末（如铁粉、镍粉），不易生产包含2种以上元素的合金粉，而且羰基法生产过程毒性大，在MIM生产过程中还存在碳含量控制的问题。1.2超高压水雾化法 日本的PAMCO，Kawasaki Steel,Kawasaki Steel几家公司发展了一种超高压水雾化，该法能够较为经济地大量生产MIM用金属和合金粉末。其中以PAMCO公司产量最大，工艺也最有代表性。该公司年产MIM用粉末300t采用150MPa高压水雾化，其主要产品为各种不锈钢粉和低合金钢粉，PAMCO从20世纪80年代中期开始商业生产MIM粉，针对水雾化粉摇实密度低，导致注射成形时填充密度低而需要较多的粘结剂的缺点，在增加粉末的球化率，提高其摇实密度方面作了许多改进，改进后的PAMCO新型MIM粉的摇实密度比常规MIM水雾化粉的摇实密度提高了10%，采用具有较高摇实密度的粉末，PAMCO已经成功地将所需粘结剂减少了20%左右。1.3采用改进型喷嘴的高压气体雾化法 气体雾化法生产的粉末摇实密度高，流动性好，所需添加剂量少，且用惰性气体，所得粉末的残留气体含量比水雾化粉至少低一个数量级，但是一般气体雾化粉颗粒较粗，约为40-50um，能适应MIM要求的细粉量很少，英国Osprey公司和PSI公司为此对喷嘴进行改进，采用高压气体雾化，使得适合MIM用的细粉产出率大大提高。Osprey公司用高压氩气和氮气（压力为5PMa）生产的不锈钢粉末中有75%的粉末粒度小于20um，大大高于常规气雾化法的20%，其平均粒度为14um，该公司还用该法生产了高速钢粉、工具钢粉以及磁性合金粉等。据Osprey公司称，这种高压气雾化MIM粉价格主要取决于生产规模大小，在大规模生产的情况下，该法生产的粉末价格甚至可以与高压水雾化法抗衡。1.4微雾化法 美国Micro Materials Technology和GTE Products公司报道了他们采用微雾化法制备MIM用细粉的情况。据称，该法是一种有效制备小于20um 粉末的生产方法，其原理是基于

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