金属粉末注射成型技术
金属粉末注射成型技术(Metal Powder Injection Molding Technology，简称MIM)是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成型技术。
技术简介
其基本工艺过程是：首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下用注射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。与传统工艺相比，具有精度高、组织均匀、性能优异，生产成本低等特点，其产品广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。因此，国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。
MIM工艺的特点
MIM工艺与其它加工工艺的对比
MIM使用的原料粉末粒径在2-15μm，而传统粉末冶金的原粉粉末粒径大多在50-100μm。MIM工艺的成品密度高，原因是使用微细粉末。MIM工艺具有传统粉末冶金工艺的优点，而形状上自由度高是传统粉末冶金所不能达到的。传统粉末冶金限于模具的强度和填充密度，形状大多为二维圆柱型。
传统的精密铸造脱燥工艺为一种制作复杂形状产品极有效的技术，近年使用陶心辅助可以完成狭缝、深孔穴的成品，但是碍于陶心的强度，以及铸液的流动性的限制，该工艺仍有某些技术上的困难。一般而言，此工艺制造大、中型零件较为合适，小型而复杂形状的零件则以MIM工艺较为合适。比较项目制造工艺MIM工艺传统粉末冶金工艺粉末粒径(μm)2-1550-100相对密度(%)95-9880-85产品重量(g)小于或等于400克10-数百产品形状三维复杂形状二维简单形状机械性能优劣。
MIM制程和传统粉末冶金法的比较压铸工艺用在铝和锌合金等熔点低、铸液流动性良好的材料。此工艺的产品因材料的限制，其强度、耐磨性、耐蚀性均有限度。MIM工艺可以加工的原材料较多。
精密铸造工艺，虽然在近年来其产品的精度和复杂度均提高，但仍比不上脱蜡工艺和MIM工艺，粉末锻造是一项重要的发展，已适用于连杆的量产制造。但是一般而言，锻造的工程中热处理的成本和模具的寿命还是有问题，仍待进一步解决。
传统机械加工法、近来靠自动化而提升其加工能力，在效果和精度上有极大的进步，但是基本的程序上仍脱不开逐步加工(车削、刨、铣、磨、钻孔、抛光等)来完成零件形状的方式。机械加工方法的加工精度远优于其他加工方法，但是因为材料的有效利用率低，且其形状的完成受限于设备与刀具、有些零件无法用机械加工完成。相反，MIM可以有效利用材料，不受限制，对于小型、高难度形状的精密零件的制造，MIM工艺比较机械加工而言，其成本较低且效率高，具有很强的竞争力。
MIM技术并非与传统加工方法竞争，而是弥补传统加工方法在技术上的不足或无法制作的缺陷。MIM技术可以在传统加工方法制作的零件领域上发挥其特长。MIM工艺在零部件制造方面所具有的技术优势可成型高度复杂结构的结构零件。
注射成型工艺技术利用注射机注射成型产品毛坯，保证物料充分充满模具型腔，也就保证了零件高复杂结构的实现。以往在传统加工技术中先作成个别元件再组合成组件的方式，在使用MIM技术时可以考虑整合成完整的单一零件，大大减少步骤、简化加工程序。MIM和其他金属加工法的比较制品尺寸精度高，不必进行二次加工或只需少量精加工。
注射成型工艺可直接成型薄壁、复杂结构件，制品形状已接近最终产品要求，零件尺寸公差一般保持在±0.1-±0.3左右。特别对于降低难于进行机械加工的硬质合金的加工成本，减少贵重金属所加工损失尤其具有重要意义。制品微观组织均匀、密度高、性能好。
在压制过程中由于模壁与粉末以及粉末与粉末之间的摩擦力，使得压制压力分布非常不均匀，也就导致了压制毛坯在微观组织上的不均匀，这样就会造成压制粉末冶金件在烧结过程中收缩不均匀，因此不得不降低烧结温度以减少这种效应，从而使制品孔隙度大、材料致密性差、密度低，严重影响制品的机械性能。反之注射成型工艺是一种流体成型工艺，粘接剂的存在保障了粉末的均匀排布从而可消除毛坯微观组织上的不均匀，进而使烧结制品密度可达到其材料的理论密度。一般情况下压制产品的密度最高只能达到理论密度的85%。制品高的致密性可使强度增加、韧性加强，延展性、导电导热性得到改善、磁性能提高。效率高，易于实现大批量和规模化生产。
MIM技术使用的金属模具，其寿命和工程塑料注射成型具模具相当。由于使用金属模具，MIM适合于零件的大量生产。由于利用注射机成型产品毛坯，极大地提高了生产效率，降低了生产成本，而且注射成型产品的一致性、重复性好，从而为大批量和规模化工业生产提供了保证。适用材料范围宽，应用领域广阔(铁基，低合金，高速钢，不锈钢，克阀合金，硬质合金)。
可用于注射成型的材料非常广泛，原则上任何可高温浇结的粉末材料均可由MIM工艺造成零件，包括了传统制造工艺中的难加工材料和高熔点材料。此外，MIM也可以根据用户的要求进行材料配方研究，制造任意组合的合金材料，将复合材料成型为零件。注射成型制品的应用领域已遍及国民经济各领域，具有广阔的市场前景。
性能与成本
MIM工艺采用微米级细粉末，既能加速烧结收缩，有助于提高材料的力学性能，延长材料的疲劳寿命，又能改善耐、抗应力腐蚀及磁性能。表1中列出一些MIM材料的基本性能。材料密度g/cm3硬度拉伸强度MPa弯曲强度MPa延伸率%矫顽力(A/cm)铁基合金98Fe2Ni7.4187HRB552----5.5----92Fe8Ni7.5088HRB560----8----95.5Fe2NiCu0.5Mo7.4099HRB682----3.3----不锈钢3047.4242HRB520----20----3167.6042HRB520----20----硬质合金YG614.60--------1460----173YG814.50--------1680----124YT1510.45--------1140----117钨合金90%W17.90320HV30920----6----93%W18.30310HV30900----10----97%W18.50350HV30880----6----。
注：*该数据为相对密度MIM工艺成本分析对于过硬，过脆难以切削的材料或几何形状复杂、铸造时原料有偏析或污染的零件，采用MIM工艺可大幅度节约成本。以加工打字机印刷元件导杆为例，通常需14道能上能下上工序；而采用MIM工艺只需6道工序，可节约一半左右的成本。当材料成本/制造成本的比率增加时，潜在的成本更能降低。因此零件越小越复杂，经济效益将越好。通过以上分析，可以看出MIM成型的潜力是很大的。
金属粉末注射成型技术
金属粉末注射成型技术(Metal Powder Injection Molding Technology，简称MIM)是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成型技术。
技术简介
其基本工艺过程是：首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练，经制粒后在加热塑化状态下用注射成形机注入模腔内固化成形，然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除，最后经烧结致密化得到最终产品。与传统工艺相比，具有精度高、组织均匀、性能优异，生产成本低等特点，其产品广泛应用于电子信息工程、生物医疗器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵器及航空航天等工业领域。因此，国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命，被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。
MIM工艺的特点
MIM工艺与其它加工工艺的对比
MIM使用的原料粉末粒径在2-15μm，而传统粉末冶金的原粉粉末粒径大多在50-100μm。MIM工艺的成品密度高，原因是使用微细粉末。MIM工艺具有传统粉末冶金工艺的优点，而形状上自由度高是传统粉末冶金所不能达到的。传统粉末冶金限于模具的强度和填充密度，形状大多为二维圆柱型。
传统的精密铸造脱燥工艺为一种制作复杂形状产品极有效的技术，近年使用陶心辅助可以完成狭缝、深孔穴的成品，但是碍于陶心的强度，以及铸液的流动性的限制，该工艺仍有某些技术上的困难。一般而言，此工艺制造大、中型零件较为合适，小型而复杂形状的零件则以MIM工艺较为合适。比较项目制造工艺MIM工艺传统粉末冶金工艺粉末粒径(μm)2-1550-100相对密度(%)95-9880-85产品重量(g)小于或等于400克10-数百产品形状三维复杂形状二维简单形状机械性能优劣。
MIM制程和传统粉末冶金法的比较压铸工艺用在铝和锌合金等熔点低、铸液流动性良好的材料。此工艺的产品因材料的限制，其强度、耐磨性、耐蚀性均有限度。MIM工艺可以加工的原材料较多。
精密铸造工艺，虽然在近年来其产品的精度和复杂度均提高，但仍比不上脱蜡工艺和MIM工艺，粉末锻造是一项重要的发展，已适用于连杆的量产制造。但是一般而言，锻造的工程中热处理的成本和模具的寿命还是有问题，仍待进一步解决。
传统机械加工法、近来靠自动化而提升其加工能力，在效果和精度上有极大的进步，但是基本的程序上仍脱不开逐步加工(车削、刨、铣、磨、钻孔、抛光等)来完成零件形状的方式。机械加工方法的加工精度远优于其他加工方法，但是因为材料的有效利用率低，且其形状的完成受限于设备与刀具、有些零件无法用机械加工完成。相反，MIM可以有效利用材料，不受限制，对于小型、高难度形状的精密零件的制造，MIM工艺比较机械加工而言，其成本较低且效率高，具有很强的竞争力。
MIM技术并非与传统加工方法竞争，而是弥补传统加工方法在技术上的不足或无法制作的缺陷。MIM技术可以在传统加工方法制作的零件领域上发挥其特长。MIM工艺在零部件制造方面所具有的技术优势可成型高度复杂结构的结构零件。
注射成型工艺技术利用注射机注射成型产品毛坯，保证物料充分充满模具型腔，也就保证了零件高复杂结构的实现。以往在传统加工技术中先作成个别元件再组合成组件的方式，在使用MIM技术时可以考虑整合成完整的单一零件，大大减少步骤、简化加工程序。MIM和其他金属加工法的比较制品尺寸精度高，不必进行二次加工或只需少量精加工。
注射成型工艺可直接成型薄壁、复杂结构件，制品形状已接近最终产品要求，零件尺寸公差一般保持在±0.1-±0.3左右。特别对于降低难于进行机械加工的硬质合金的加工成本，减少贵重金属所加工损失尤其具有重要意义。制品微观组织均匀、密度高、性能好。
在压制过程中由于模壁与粉末以及粉末与粉末之间的摩擦力，使得压制压力分布非常不均匀，也就导致了压制毛坯在微观组织上的不均匀，这样就会造成压制粉末冶金件在烧结过程中收缩不均匀，因此不得不降低烧结温度以减少这种效应，从而使制品孔隙度大、材料致密性差、密度低，严重影响制品的机械性能。反之注射成型工艺是一种流体成型工艺，粘接剂的存在保障了粉末的均匀排布从而可消除毛坯微观组织上的不均匀，进而使烧结制品密度可达到其材料的理论密度。一般情况下压制产品的密度最高只能达到理论密度的85%。制品高的致密性可使强度增加、韧性加强，延展性、导电导热性得到改善、磁性能提高。效率高，易于实现大批量和规模化生产。
MIM技术使用的金属模具，其寿命和工程塑料注射成型具模具相当。由于使用金属模具，MIM适合于零件的大量生产。由于利用注射机成型产品毛坯，极大地提高了生产效率，降低了生产成本，而且注射成型产品的一致性、重复性好，从而为大批量和规模化工业生产提供了保证。适用材料范围宽，应用领域广阔(铁基，低合金，高速钢，不锈钢，克阀合金，硬质合金)。
可用于注射成型的材料非常广泛，原则上任何可高温浇结的粉末材料均可由MIM工艺造成零件，包括了传统制造工艺中的难加工材料和高熔点材料。此外，MIM也可以根据用户的要求进行材料配方研究，制造任意组合的合金材料，将复合材料成型为零件。注射成型制品的应用领域已遍及国民经济各领域，具有广阔的市场前景。
性能与成本
MIM工艺采用微米级细粉末，既能加速烧结收缩，有助于提高材料的力学性能，延长材料的疲劳寿命，又能改善耐、抗应力腐蚀及磁性能。表1中列出一些MIM材料的基本性能。材料密度g/cm3硬度拉伸强度MPa弯曲强度MPa延伸率%矫顽力(A/cm)铁基合金98Fe2Ni7.4187HRB552----5.5----92Fe8Ni7.5088HRB560----8----95.5Fe2NiCu0.5Mo7.4099HRB682----3.3----不锈钢3047.4242HRB520----20----3167.6042HRB520----20----硬质合金YG614.60--------1460----173YG814.50--------1680----124YT1510.45--------1140----117钨合金90%W17.90320HV30920----6----93%W18.30310HV30900----10----97%W18.50350HV30880----6----。
注：*该数据为相对密度MIM工艺成本分析对于过硬，过脆难以切削的材料或几何形状复杂、铸造时原料有偏析或污染的零件，采用MIM工艺可大幅度节约成本。以加工打字机印刷元件导杆为例，通常需14道能上能下上工序；而采用MIM工艺只需6道工序，可节约一半左右的成本。当材料成本/制造成本的比率增加时，潜在的成本更能降低。因此零件越小越复杂，经济效益将越好。通过以上分析，可以看出MIM成型的潜力是很大的。
