MIM金屬注射成型工藝

MIM工藝介紹與對比

一、MIM概念及工藝流程

金屬粉末注射成形是傳統(tǒng)粉末冶金技術(shù)與塑料注射成形技術(shù)相結(jié)合的高新技術(shù)，是小型復(fù)雜零部件成形工藝的一場革命。一、電鍍電鍍是一種化學(xué)過程，它是在外界直流電源的作用下通過兩類導(dǎo)電在陽極和陰極兩個電極上進(jìn)行氧化還原反應(yīng)的過程。它將適用的技術(shù)粉末與粘合劑均勻混合成具有流變性的喂料，在注射機(jī)上注射成形，獲得的毛坯經(jīng)脫脂處理后燒結(jié)致密化為成品，必要時還可以進(jìn)行后處理

生產(chǎn)工藝流程如下

配料→混煉→造粒→注射成形→化學(xué)萃取→高溫脫粘→燒結(jié)→后處理→成品

二、MIM技術(shù)特點(diǎn)

金屬粉末注射成形結(jié)合了粉末冶金與塑料注射成形兩大技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，突破了傳統(tǒng)金屬粉末模壓成形工藝在產(chǎn)品形狀上的限制，同時利用塑料注射成形技術(shù)能大批量、高效率生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀的零件：如各種外部切槽、外螺紋、錐形外表面、交叉通孔、盲孔、凹臺、鍵銷、加強(qiáng)筋板，表面滾花等

·MIM技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

a.直接成形幾何形狀復(fù)雜的零件，通常重量0.1~200g

b.表面光潔度好、精度高，典型公差為±0.05mm

c.合金化靈活性好，材料適用范圍廣，制品致密度達(dá)95%~99%，內(nèi)部組織均勻，無內(nèi)應(yīng)力和偏析

d.生產(chǎn)自動化程度高，無污染，可實現(xiàn)連續(xù)大批量清潔生產(chǎn)

MIM產(chǎn)品典型應(yīng)用領(lǐng)域

航空航天業(yè)：機(jī)翼鉸鏈、火箭噴嘴、渦輪葉片芯子等

汽車業(yè)：安全氣囊組件、點(diǎn)火控制鎖部件、渦輪增壓器轉(zhuǎn)子、座椅部件、剎車裝置部件等

電子業(yè)：磁盤驅(qū)動器部件、電纜連接器、電子封裝件、手機(jī)振子、計算機(jī)打印頭等

日用品：表殼、表帶、表扣、高爾夫球頭和球座、縫紉機(jī)零件、電動玩具零件等

機(jī)械行業(yè)：異形銑刀、切削工具、電動工具部件、微型齒輪、鉸鏈等

醫(yī)學(xué)行業(yè)：牙矯形架、剪刀、鑷子、手術(shù)刀等

六、適合材質(zhì)

不銹鋼 Fe合金 Fe-Ni-Co 合金鎢 鈦合金 工具鋼 高速鋼 硬質(zhì)合金 氧化鋁 氧化鋯

達(dá)克羅技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)

1.高耐熱性：達(dá)克羅可以耐高溫腐蝕，耐熱溫度可達(dá)300℃以上。而傳統(tǒng)的鍍鋅工藝，溫度達(dá)到100℃時就已經(jīng)起皮報廢了。

2.很好的耐蝕性能：達(dá)克羅膜層的厚度僅為4-8μm，但其防銹效果卻是傳統(tǒng)電鍍鋅、熱鍍鋅或涂料涂覆法的7-10倍以上。采用達(dá)克羅工藝處理的標(biāo)準(zhǔn)件、管接件經(jīng)耐鹽霧試驗1200h以上未出現(xiàn)紅銹。

3.良好的滲透性：由于靜電屏蔽效應(yīng)，工件的深孔、狹縫，管件的內(nèi)壁等部位難以電鍍上鋅，因此工件的上述部位無法采用電鍍的方法進(jìn)行保護(hù)。達(dá)克羅則可以進(jìn)入工件的這些部位形成達(dá)克羅涂層。

4.無氫脆性：達(dá)克羅的處理工藝決定了達(dá)克羅沒有氫脆現(xiàn)象，所以達(dá)克羅非常適合受力件的涂覆。5.結(jié)合力及再涂性能好：達(dá)克羅涂層與金屬基體有良好的結(jié)合力，而且與其他附加涂層有強(qiáng)烈的粘著性，處理后的零件易于噴涂著色，與有機(jī)涂層的結(jié)合力甚至超過了磷化膜。無氫脆性：達(dá)克羅的處理工藝決定了達(dá)克羅沒有氫脆現(xiàn)象，所以達(dá)克羅非常適合受力件的涂覆。

缺點(diǎn)1.達(dá)克羅的燒結(jié)溫度較高、時間較長，能耗大。

2.達(dá)克羅涂層的導(dǎo)電性能不是太好，因此不宜用于導(dǎo)電連接的零件，如電器的接地螺栓等。

3.達(dá)克羅中含有對環(huán)境和人體有害的鉻離子，尤其是六價鉻離子具有致癌作用。

4.達(dá)克羅涂層的表面顏色單一，只有銀白色和銀灰色，不適合汽車發(fā)展個性化的需要。不過，可以通過后處理或復(fù)合涂層獲得不同的顏色，以提高載重汽車零部件的裝飾性和匹配性。

5.達(dá)克羅的表面硬度不高、耐磨性不好，而且達(dá)克羅涂層的制品不適合與銅、鎂、鎳和不銹鋼的零部件接觸與連接，因為它們會產(chǎn)生接觸性腐蝕，影響制品表面質(zhì)量及防腐性能。

金屬注射成形（MIM）在電子行業(yè)中的應(yīng)用

電子儀器產(chǎn)業(yè)是MIM零件的主要應(yīng)用領(lǐng)域，在亞洲約占MIM零件銷售額的50%。電子器件的微型化需要生產(chǎn)成本較低的，性能較好的，更小的零件，這正是MIM零件的優(yōu)勢所在。[1]

MIM在中國的發(fā)展受益于電子行業(yè)（如手機(jī)產(chǎn)業(yè)等）的帶動，從2009年開始整個行業(yè)扶搖直上；MIM的發(fā)展進(jìn)程20世紀(jì)70年代，美國學(xué)者Wiech首先開發(fā)出一種對金屬粉末進(jìn)行注射成形的粉末冶金工藝。尤其到2011年中后，更因為受蘋果與三星電子兩家的商品競爭，在手機(jī)裝置中大量采用MIM零件，是過去從未見到的熱潮。以下舉例說明電子行業(yè)中的MIM產(chǎn)品。

智能手機(jī)

90年代，最廣為熟知的MIM應(yīng)用是BP機(jī)震動馬達(dá)的鎢合金振子。2000年以后，不銹鋼系列開始廣泛應(yīng)用，如光纖接頭，消費(fèi)電子類的hinge系列，手機(jī)按鍵，sim卡托槽等。近期MIM行業(yè)出現(xiàn)投資熱潮是由于MIM零件在手機(jī)行業(yè)廣泛應(yīng)用，以及3C行業(yè)的組裝工廠也在中國，投資門檻的降低，這都吸引了大量的資金流入。其缺陷是防污染性高,加工設(shè)備一次性投資大,龐雜件要工裝、輔佐電極,大批生產(chǎn)還須要降溫設(shè)備。

根據(jù)市場情況，2015年僅國產(chǎn)手機(jī)零件（卡托、按鍵、鏡頭圈、LED圈、轉(zhuǎn)軸）達(dá)到16.5億，而且MIM產(chǎn)品的市場需求還會進(jìn)一步的擴(kuò)大。

光導(dǎo)纖維零件

圖5是由17-4PH不銹鋼制造的薄壁（壁厚小于1mm）、形狀復(fù)雜的光導(dǎo)纖維收發(fā)報機(jī)外罩，是用于網(wǎng)絡(luò)和電訊設(shè)備中的超高速收發(fā)報機(jī)并聯(lián)光學(xué)模件。這些薄壁的MIM外罩由4個薄支柱支承2條并聯(lián)的帶[1]。

其他典型電子行業(yè)MIM產(chǎn)品

在電子行業(yè)中諸如磁盤驅(qū)動器部件、電纜連接器、電子封裝件、手機(jī)振子、計算機(jī)打印頭等也常用MIM產(chǎn)品。

粉末微注射成形技術(shù)

近年來，微系統(tǒng)技術(shù)在各個領(lǐng)域的發(fā)展非常迅速，同時也對應(yīng)用于微型工程中的三維微型復(fù)雜元器件的制造提出了更高的要求，希望微型器件在具備滿足使用要求性能的同時，能夠?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。微系統(tǒng)中主要的元器件包括微型模具、用于傳感器和jia速器上的微型機(jī)械結(jié)構(gòu)、生物傳感器、微型流體元件、微型反應(yīng)器等。這些元器件形狀復(fù)雜、體積微小，采用現(xiàn)有的微型加工技術(shù)如微型切削、激光切削、硅刻蝕技術(shù)等，生產(chǎn)效率低，無法開展大規(guī)模生產(chǎn)，而近年來在粉末注射成形基礎(chǔ)上發(fā)展起來的粉末微注射成形工藝為實現(xiàn)微型元器件規(guī)模化生產(chǎn)提供了zui具潛力的制備技術(shù)。金屬注射成型產(chǎn)品燒結(jié)出來后，因為各種原因，表面的光潔度相對比較粗糙，并有輕微的毛刺，并可能有細(xì)小的不銹鋼粉粒黏著在產(chǎn)品表面。

　　粉末微注射成形技術(shù)是指針對尺寸小于1微米的零件在傳統(tǒng)粉末注射成形技術(shù)基礎(chǔ)上所開發(fā)的一種成形技術(shù)，主要應(yīng)用于連續(xù)制造具有微觀結(jié)構(gòu)表面與微型結(jié)構(gòu)的零件，其基本工藝步驟與傳統(tǒng)的粉末注射成形基本相同，所制備零件的表面質(zhì)量與孔隙度可通過選擇原始粉末與適宜的燒結(jié)條件來控制。與傳統(tǒng)粉末注射成形不同的是，粉末微注射成形為了便于制造微小結(jié)構(gòu)，所選擇的粉末平均粒徑一般小于1~2微米;其次，由于粉末比表面積增大，需要粘度較低但有足夠強(qiáng)度的粘結(jié)劑，以利于微注射成形并避免生坯件脫模時損壞。另外，為了防止變形、裂紋及氣泡的產(chǎn)生，微注射成形技術(shù)對脫脂和燒結(jié)的工藝條件更加苛刻。②鐵素體：碳溶于a-Fe中的間隙式固溶體稱為鐵素體，常用F表示。

　　目前，國際上開展該技術(shù)研究的主要國家有德國、日本、新加坡、美國和英國。其中，德國開展并取得了突出的成果。國內(nèi)的北京科技大學(xué)、中南大學(xué)以及大連理工大學(xué)也在該領(lǐng)域進(jìn)行了一系列研究工作。鐵碳合金的基本組織①奧氏體：碳溶于r-Fe中的間隙式固溶體稱為奧氏體，常用A表示。如北京科技大學(xué)研制了具有自主知識產(chǎn)權(quán)、適用于傳統(tǒng)注射成形機(jī)的粉末微注射成形用模具;并以羰ji鐵粉和鐵鎳合金粉為原料，在傳統(tǒng)注射成形機(jī)上成功實現(xiàn)了粉末微注射成形齒頂圓直徑小于1毫米的微型齒輪。