金屬粉末顆粒狀及制造方法對mim公工藝的影響

MIM是一種將傳統(tǒng)粉末冶金和現(xiàn)代塑料注塑成形技術結合而成的新型金屬成形工藝。金屬注射成形工藝對于金屬粉末的選擇有嚴格標準，這是因為粉末顆粒的形狀可以左右制品的質量。

好的金屬喂料才可以成形好的產(chǎn)品，而好的粉末會成就好的金屬喂料，這也就是說金屬粉末的好壞影響著MIM制品的性能。那么怎樣才算是好的金屬粉末呢?

行業(yè)經(jīng)過多年的生產(chǎn)實踐和行業(yè)**的理論研究發(fā)現(xiàn)，越是粒度細小、顆粒均勻、接近球狀的粉末顆粒越適合制造喂料，這樣的粉末制成的喂料在后續(xù)的制品成形過程中流動性良好，有利于整個MIM工藝的順利完成，而且脫粘容易，脫粘后的坯件在燒結過程中收縮均勻且程度較小。

但是在實際生產(chǎn)中，由于成本、技術等多方面因素影響，用來生產(chǎn)喂料的金屬粉末原料并不都是“很好”的。甚至是我們認為好的粉末原料也難免因為成形部件的形狀不易保持而影響到MIM成形工藝的效果。例如金屬注射成形工藝中用到的鋼粉雖然是球形的，粒度大小也符合工藝要求，但是因為顆粒間的咬合力小，制品形狀很難維持。

于是人們就想，那把球形的粉末換成不規(guī)則形狀的會不會好一點呢?事實證明，這種改變雖然增加了顆粒間的咬合力，但是卻不能使金屬喂料在加熱狀態(tài)下還能保持較好的流動性，減弱了制品的均勻性，嚴重影響到MIM坯件的脫粘和燒結環(huán)節(jié)，以致影響最終的制品性能和成品率。

可見想要獲得性能、形狀穩(wěn)定的制品還要另想改善措施，目前制造金屬喂料使用的金屬粉末一般分為兩種：氣霧化粉末和水霧化粉末。這兩種粉末形狀性質迥異，單獨用哪種都不能獲得好的喂料。

氣霧化粉中加入水霧化粉可提高注射成形件的形狀保持能力，降低各向異性收縮。若混合粉的自然坡度角小，則說明顆粒間的相互作用小，所制部件在燒結后各向異性收縮較大。氣霧化粉含量大的試樣，脫粘后易于坍塌。使用水霧化粉末，可保持形狀而不損害其力學性能。顆粒的不規(guī)則形狀影響混合粉的燒結性，使用較大比例的水霧化粉可促進致密化。

綜上所述，金屬粉末顆粒形狀對MIM工藝的影響是根源性和最終性的，選擇合適的金屬粉末制成合適的金屬喂料對成形高質量的MIM制品至關重要。

金屬學基礎

鐵碳合金的基本組織

　?、賷W氏體：碳溶于r-Fe中的間隙式固溶體稱為奧氏體，常用A表示。因為面心立方晶格的r-Fe總的間隙量雖比a-Fe的小，但空隙半徑比較大，所以能溶較多的碳。碳在r-Fe中的溶解度隨溫度升高而增加，在727度時為0.77%，在1148度時達到峰值2.11%。

　　奧氏體塑性很好，強度和硬度也比鐵素體高。

　?、阼F素體：碳溶于a-Fe中的間隙式固溶體稱為鐵素體，常用F表示。因為體心立方晶格的a-Fe總的間隙量雖大，但是間隙半徑卻很小，所以碳在a-Fe中的溶解度很小，室溫下不超過0.005%，隨著溫度升高，溶解度略有增加，在727度時達到峰值，也僅有0.0218%。

　　鐵素體含碳量很低，其性能接近純鐵，是一種塑性、韌性高和強度、硬度低的組織。

　　③珠光體：鐵素體和滲碳體組成的機械混合物叫做珠光體，常用P表示。珠光體的平均含碳量為0.77%。其性能介于鐵素體和滲碳體之間。一般情況下，珠光體中鐵素體和滲碳體呈片狀交替分布，稱為片狀珠光體。通過熱處理可以使?jié)B碳體呈顆粒狀分布在鐵素體基體上，金屬粉末冶金，叫做球狀珠光體或粒狀珠光體。

　?、軡B碳體：滲碳體是鐵與碳的化合物，常用Fe3C表示。滲碳體的含碳量為6.69%，熔點約為1227度，晶體結構復雜，硬度很高，脆性極大，幾乎沒有塑性。

　　一般來說，在鐵碳合金中，滲碳體越多，合金就越硬，越脆。

　?、蓠R氏體：鋼加熱到一定溫度（形成奧氏體）后經(jīng)迅速冷卻（淬火），精密粉末冶金，得到的能使鋼變硬、增強的一種淬火組織，中堂鎮(zhèn)粉末冶金，常用M表示，馬氏體是體心正方結構。

　　馬氏體轉變速度極快，轉變時體積產(chǎn)生膨脹，在鋼絲內部形成很大的內應力，所以淬火后的鋼絲需要及時回火，防止應力開裂。

在金屬注射成形工藝中，燒結是一個非常關鍵的環(huán)節(jié)，它是將脫脂后的多孔坯件進行致密化的過程。燒結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)。脫脂后的坯件在進行燒結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，減少顆粒間的空隙，從而達到致密化的目的。在MIM工藝中，致密化后的坯件還是會具有人們事先設計好的與注射模具相符的形狀，只是經(jīng)過燒結變得具有了一定強度和性能，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MIM燒結的特點，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)生里質點轉移，使粉末不需要粘結劑的作用便可產(chǎn)生顆粒間的粘結來保持一定的形狀和性能。

燒結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)結緊密的塊狀的坯件。由此可以看出溫度對于燒結的重要性，從理論上來講，溫度越高，燒結過程中產(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，燒結過程也就進行得越快。

在實際的生產(chǎn)應用中，人們會經(jīng)常提到兩個詞：固相燒結和液相燒結，其實這沒有什么費解的，關于二者的區(qū)別，簡單一點說就是根據(jù)燒結溫度不同，MIM粉末冶金，固相燒結就是燒結溫度低于所有組成成分的熔點，而液相燒結則是燒結溫度低于主要組成成分的熔點。同時這兩種燒結方法又有一個共同點：都是不施加外部壓力的情況下進行的。

因此，固相燒結和液相燒結又被成為無壓燒結，這主要是相對于熱壓、熱鍛、熱等靜壓等加壓燒結方法而言的。在MIM工藝中一般都是采用無壓燒結的方法進行坯件的燒結。

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