金屬注射成形（MIM）發(fā)展

金屬注射成形（metal Injection Molding，MIM）是一種適于生產(chǎn)小型、三維復(fù)雜形狀以及具有特殊性能要求制品的近凈成形工藝。

MIM是由傳統(tǒng)粉末冶金工藝與現(xiàn)代塑料注射成型技術(shù)融合發(fā)展而來，其基本工藝過程是：將各種微細(xì)金屬粉末（一般小于20μm）按一定的比例與預(yù)設(shè)粘結(jié)劑（各種熱塑性塑料，蠟及其他材料）均勻混合，制成具有流變特性的喂料，通過注射機(jī)注入模具型腔（或多模型腔）成型出零件毛坯，毛坯件經(jīng)過脫除粘結(jié)劑和高溫?zé)Y(jié)后，即可得到微觀組織均勻、材料高度致密的各種金屬零部件。分解氨是液氨經(jīng)熱分解后獲得的由氫和氮組合的混合氣體，在粉末冶金中即可作為還原劑，也用來作為燒結(jié)氣氛，除了某些含有氮成分的制品因與該氣氛產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)不能采用這種氣氛燒結(jié)以外，大多數(shù)的金屬都可采用這種氣氛來燒結(jié)。

MIM的發(fā)展進(jìn)程

20世紀(jì)70年代，美國(guó)學(xué)者Wiech首先開發(fā)出一種對(duì)金屬粉末進(jìn)行注射成形的粉末冶金工藝。20世紀(jì)80年代，美國(guó)倫賽爾理工學(xué)院開始開展MIM技術(shù)理論基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)的研究工作。美國(guó)Injectamax公司和德國(guó)BASF公司將脫脂時(shí)間從數(shù)十小時(shí)縮短到幾個(gè)小時(shí)，而且保形性得到明顯改善，產(chǎn)品的尺寸精度從±0.5%提高到±0.3%。21世紀(jì)后，MIM工藝進(jìn)一步得到改進(jìn)，新材料、新工藝不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速。形狀復(fù)雜、尺寸較小及產(chǎn)量大，這些都是MIM的強(qiáng)項(xiàng)，使其在手表、手工工具、牙齒矯正支架、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件、電子密封、切削工具及運(yùn)動(dòng)器材中找到大量應(yīng)用。以上是粉末冶金齒輪一些缺點(diǎn)，不過凡事有利就有弊，相信隨著時(shí)代的快速發(fā)展，粉末冶金齒輪的不足點(diǎn)也會(huì)慢慢的得到改善。

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(jiǎn)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)。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(guó)際上普遍認(rèn)為該技術(shù)的發(fā)展將會(huì)導(dǎo)致零部件成形與加工技術(shù)的一場(chǎng)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)”。在金屬粉末冶金制品燒結(jié)中，燒結(jié)氣氛是影響燒結(jié)制品性能的重要因素之一。

　　美國(guó)加州Parmatech公司于1973年發(fā)明，八十年代初歐洲許多國(guó)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。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(guó)、西歐、日本等十多個(gè)國(guó)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(jìng)爭(zhēng)上十分積極，并且表現(xiàn)突出，許多大型株式會(huì)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(guó)。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。說到喂料生產(chǎn)就不得不提混煉，混煉是喂料生產(chǎn)的第1步，它是使金屬粉末表面包覆一層粘結(jié)劑，使得金屬粉末和粘結(jié)劑組成均勻一致混合料的過程。

LIGA工藝制造塑料消失模具的兩種方法

LIGA工藝制造塑料消失模具有兩種方法：

一種工藝是用模具成型PMMA塑料模芯，將PMMA塑料模芯嵌入模架直接進(jìn)行金屬注射成型，PMMA塑料模芯與MIM零件毛坯整體從模架中脫出，MIM零件毛坯留在塑料模芯中直接脫脂、燒結(jié)，這成為一步Fu制工藝。

另一種工藝是利用電鑄工藝在PMMA塑料件表面沉積一層金屬鎳，而后將PMMA塑料與鎳殼剝離，再將鎳殼嵌入模架制程金屬模具成型MIM零件毛坯。這成為兩步fu制工藝。

一步fu制工藝成型的零件精度較高，并且解決了零件的脫模及后續(xù)操作等困難，但成本較高；兩步fu制工藝成型的零件精度有所降低，適合批量生產(chǎn)，但存在零件的脫模及后續(xù)操作困難。

金屬粉末充模模擬機(jī)理和顆粒模擬的使用

對(duì)于多相填充流，人們發(fā)現(xiàn)可以因?yàn)榧羟辛ψ饔?，或是顆粒間的相互作用而形成些獨(dú)特的結(jié)構(gòu)。特性使得這一現(xiàn)象尤為突出。這就帶來了一些問題，比如：流體是否均勻，流體是否是多相的且每個(gè)組分是否都起著獨(dú)立的作用來影響整個(gè)流體的流動(dòng)性。通過觀察流道橫截面上的流體可以發(fā)現(xiàn)許多有趣的現(xiàn)象。和中顯示的是橫截面的放大圖，顯示出了相的分離以及年輪一樣的結(jié)構(gòu)。上面圖片中的白色條紋是相分離的一種表征，那里是一些粘結(jié)劑中的低熔點(diǎn)組分。在這樣的地方很容易產(chǎn)生裂紋。這種結(jié)構(gòu)明顯表明流體是多相的，甚至可能是類固體的。所以實(shí)際上的MIM喂料熔體是非均質(zhì)的流體，其運(yùn)動(dòng)方式和均質(zhì)流體存在著差異。馬氏體轉(zhuǎn)變速度極快，轉(zhuǎn)變時(shí)體積產(chǎn)生膨脹，在鋼絲內(nèi)部形成很大的內(nèi)應(yīng)力，所以淬火后的鋼絲需要及時(shí)回火，防止應(yīng)力開裂。

　　在粉末-粘結(jié)劑兩相體系中，粉末顆粒和粘結(jié)劑之間存在著強(qiáng)烈的相互作用，因此顆粒附近粘結(jié)劑的運(yùn)動(dòng)將受到一定的限制。在這個(gè)模型里，將具有不規(guī)則形狀的粉末簡(jiǎn)化為規(guī)則球形的顆粒，每個(gè)顆粒周圍包覆著一層粘結(jié)劑，這層粘結(jié)劑隨顆粒一起運(yùn)動(dòng)，即將其看成一個(gè)復(fù)合單元。粘結(jié)劑的厚度假定是常數(shù)，以此確保系統(tǒng)質(zhì)量的恒定。盡管這些復(fù)合單元的周圍還有自由粘結(jié)劑的存在，且其粘性制約了粉末顆粒的運(yùn)動(dòng)，還是可將復(fù)合單元看成是不受外圍粘結(jié)劑介質(zhì)的影響。金屬熱處理有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝，俗稱“四把火”。

　　修正顆粒模型顆粒模型較為充分地考慮了MIM喂料的獨(dú)特性，可以描述粉末的運(yùn)動(dòng)情況，因此這個(gè)模型在簡(jiǎn)單計(jì)算每個(gè)粉末顆粒的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況方面較為精準(zhǔn)，但對(duì)于實(shí)際的三維問題，顆粒模型的微觀分析需要大量的單元，且容易造成計(jì)算的發(fā)散。很難將其應(yīng)用到諸如粉末等微細(xì)粉末的分析。所以必須對(duì)已有的顆粒模型進(jìn)行一定的修正。展示了通過這種顆粒模型模擬出來的MIM喂料充模的情況。從中可以較清楚地看出密度分布的不均勻性。電控系統(tǒng)有手動(dòng)、自動(dòng)電控系統(tǒng)，由用戶任意選擇和要求，操作方便、可靠。

　　結(jié)論由于MIM喂料在模腔中的流動(dòng)可以看成是固-液兩相流動(dòng)，所以采用傳統(tǒng)的連續(xù)介質(zhì)模型來進(jìn)行流動(dòng)模擬存在較大的偏差。很多研究表明，MIM喂料在充模過程中將發(fā)生粉末和粘結(jié)劑分離的現(xiàn)象。通過這種方法可以直接考察粉末特性（粒度、粒徑分布、密度和形狀等）對(duì)流動(dòng)過程的影響。從而可以監(jiān)視流動(dòng)過程中粉末的運(yùn)動(dòng)、聚集以及密度變化分布情況和兩相分離等特殊現(xiàn)象。為了簡(jiǎn)化三維問題中的計(jì)算，還在基于修正顆粒流體動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)上對(duì)該模型進(jìn)行了修正。與機(jī)加工工藝相比，粉末冶金齒輪的經(jīng)濟(jì)批量一般取決于零件的大小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、產(chǎn)品要求精度以及其它性能要求。