粉末冶金MIM法及PM法介绍

汽车
低合金钢 不锈钢 硬质合金 陶瓷 重合金
Fe-2Ni、 Fe-8Ni 316L 、17-4PH、 420、 440C WC-Co Al 2O3 、 ZrO2 、 SiO2 W-Ni-Fe、 W-Ni-Cu、 W-Cu
汽车、机械等行业的各种结构件 医疗器械、钟表零件 各种刀具、钟表、手表 IT电子、日常生活用品、钟表 军工业、通讯、日用品
2.3 PM制造流程 …………………22 2.4 PM优点 ………………………24
2.5 PM应用领域 ………………… 25
4.1 MIM与MIM与其他制程比较…26 4.2 MIM、PM与P&M的比较 …… 28
1.6 应用领域 ……………………… 16
第三章 2.1 P&M介绍 ……………………… 17
MIM&PM介绍
1
目录
第一章 1.1 MIM介绍………………………… 3 1.2 MIM材料 …………………………4 第三章 2.1 PM绍 …………………………19
2.2
PM材料 ………………………20
1.3 MIM制造流程 ……………………5
1.4 后续加工及检验流程……………14 1.5 MIM优点及材料 ………………15 第四章
添加剂
硬脂酸 硬脂酸、油酸、邻苯二甲酸 硬脂酸 石油 未知 未知
*PE：聚乙烯、PP：聚丙烯、PA：聚醛树脂、PS:聚苯乙烯、PEG：聚乙二醇、PMMA：聚甲基丙烯甲酯、PEA：聚乙烯胺 PEVA：聚乙烯乙烯乙酸共聚物
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1.3.3： 混料
+
结合剂(Original Binder) 混炼比例依材料特色、铁粉不同比例也 会有差异一般结合剂占5%~8% 金属粉末( Metal Powder) 混炼比例依材料特色、铁粉不同比例也 会有差异一般铁粉占92%~95%
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第三章
3.1： PM 概念
PM 介绍
粉末冶金是一种以金属粉末为原料，经压制和烧结制成 各种制品的加工方法。 粉末冶金技术包含三个主要步骤，首先，主要组成材料 被造粒成细小颗粒的粉末; 然后，将粉末填入成型模具内， 施以一定的压力，先形成具有所需零件形状和尺寸的生坯体 (green body), 最后，对此坯体进行高温烧结。
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第二章
2.1 P&M介绍
P&M介绍
P&M技术是结合MIM的前制程，调整结合剂的配方，加上不同与MIM后制程的机械注射挤压制程所改良出 来的一种全新的生产制作流程
2.2
P&M制造流程说明：
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2.3P&M的优点
一.简化工序
1.1运用调配结合剂的比例来改善后段制程，简化工序。
1.2减少混炼及脱脂的工序。
金属射出成型机
射出流程说明
9
1.3.6
脱脂
将生胚内部外加之结合剂成分予以去除，次过程称为：脱脂（Debinding） 而经过脱脂后产品则称为:棕胚(Brown compact)
脱脂
3、通过溶剂萃取等脱脂方法去除大部分的粘接剂，余下 部分用于支撑产品形状已使得零件可以进入烧结炉。
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1.3.6
烧结
MIM典型结合剂 序号
F1 F2 F3 F4 F5 F6
体系
石蜡系 石蜡/聚合物系 聚合物/石蜡系 聚合物 水溶性聚合物系 催化脱脂聚合物系
主要结合剂
石蜡 石蜡 PP、PE、PS（HIGH MW） HIGH MW PS 10-20%PMMA PA
次要结合剂
蜂蜡 PE、PP、PA、PS、PEVA、PEA 石蜡 低分子量树脂 PEG 10-20%非催化聚合物
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1.3.7:
一般烧结炉种类可分：
1.真空烧结炉（见右图） 2.连续烧结炉（见右图）
以真空烧结举例： 一.真空烧结的优点有：
真空烧结炉
最稳定烧结方式
连续烧结炉
1.极佳的制程稳定性，产品的制造品质控制容易 2.烧结品品质极佳，表面不含有氧化层。材质不会有偏析的现象 3.高速升温和恒温之控制甚佳，亦可达到高压气淬，制程有极佳的效率。 4.工作环境比一般连续炉为佳，炉体不会放热，保温性良好，没有大量的排气，操作安静(除了机械帮 浦会发出噪音外)。 5.以操作成本和操作效率比较，真空炉的维修较经济。 6.真空炉的操作全属自动化，操作简单。
通常按用途分为7类：
①粉末冶金减摩材料：又称烧结减摩材料。通过在材料孔隙中浸润滑油或在材料成分中加减摩剂或固体 润滑剂制得。材料表面间的摩擦系数小，在有限润滑油条件下，使用寿命长、可靠性高；在干摩擦 条件下，依靠自身或表层含有的润滑剂，即具有自润滑效果。广泛用于制造轴承、支承衬套或作端 面密封等。 ②粉末冶金多孔材料：又称多孔烧结材料。由球状或不规则形状的金属或合金粉末经成型、烧结制成。 材料内部孔道纵横交错、互相贯通，一般有30%～60%的体积孔隙度，孔径1～100微米。透过性能和 导热、导电性能好，耐高温、低温，抗热震，抗介质腐蚀。用于制造过滤器、多孔电极、灭火装置 、防冻装置等。 ③粉末冶金结构材料:又称烧结结构材料。能承受拉伸、压缩、扭曲等载荷，并能在摩擦磨损条件下工 作。由于材料内部有残余孔隙存在，其延展性和冲击值比化学成分相同的铸锻件低，从而使其应用 范围受限。
雾化制粉
气喷粉 x2500倍
水喷粉 x2500倍
6
1.3.2
结合剂
结合剂又称粘结剂 功能：
1.具有提高粉粒的流动性外，并兼具有润滑和润湿（Wetting）作用,可防止微细粉末的结块 （agglomeration）,及在射出成形阶可能引起模壁的摩擦损耗和粉粒结合剂的相分离（Phase separation), 2.可以避免产生异质（Anisotropic）胚体，及不同大小、方向的收缩变形问题. 3.结合剂亦可作为胚体经脱脂后主干，籍有少许残留结合剂的键结作用，提升胚体强度和保型性，并 形成多孔性介质通道，以利下一阶段热分解（Thermal degradation）的快速进行。
后加工
5、根据产品要求不同，可以选择机加工、热处理、电镀、抛光、 PVD、拉丝、镭雕等处理方式得到符合要求的产品
再加工（部分）
品质检验
制成品
出货
C影像式量測 针对小工件或抽样数多 时,利用CNC量測系统 达到检验时效及准确性.
2.自动量产全检设备 针对客戶端,部分重点尺 寸需要确保时,我司会采 取100%全检.
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1.6
MIM技术的应用领域
1．计算机及其辅助设施：如打印机零件、磁芯、撞针轴销、驱动零件 2．工具：如钻头、刀头、喷嘴、枪钻、螺旋铣刀、冲头、套筒、扳手、电工工具，手工具等 3．家用器具：如表壳、表链、电动牙刷、剪刀、风扇、高尔夫球头、珠宝链环、圆珠笔卡箍、刃具刀头 等零部件 4．医疗机械用零件：如牙矫形架、剪刀、镊子 5．军用零件：导弹尾翼、枪支零件、弹头、药型罩、引信用零 6．电器用零件：微型马达、电子零件、传感器件 7．机械用零件：如松棉机、纺织机、卷边机、办公机械等 8．汽车船舶用零件：如离合器内环、拔叉套、分配器套、汽门导管、同步毂、安全气囊
1.3.4： 混炼
将已选取金属粉末和结合剂，依适当成分比例充分混合后，经由混炼、造粒，制出适合射出成形 机使用素料（Feedstock）
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1.3.5
射出成型
将以具塑质特性的素料，射入金属模具内部加以成形，固化后脱模，即形成生胚（Green compact) 成形方式：喷射沉积、注射成形、挤压成形、粉末锻造、粉末轧制、温压成形、冷热等静压及特种 固结技术、爆炸成形
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④粉末冶金摩擦材料:又称烧结摩擦材料。由基体金属（铜、铁或其他合金）、润滑组元（铅、石墨、 二硫化钼等）、摩擦组元（二氧化硅、石棉等）3部分组成。其摩擦系数高，能很快吸收动能，制 动、传动速度快、磨损小；强度高，耐高温，导热性好；抗咬合性好，耐腐蚀，受油脂、潮湿影响 小。主要用于制造离合器和制动器。 ⑤粉末冶金工模具材料:包括 硬质合金 、粉末冶金高速钢等。后者组织均匀，晶粒细小，没有偏析，比 熔铸高速钢韧性和耐磨性好，热处理变形小，使用寿命长。可用于制造切削刀具、模具和零件的坯 件。 ⑥粉末冶金电磁材料:包括电工材料和磁性材料。电工材料中，用作电能头材料的有金、银、铂等贵金 属的粉末冶金材料和以银、铜为基体添加钨、镍、铁、碳化钨、石墨等制成的粉末冶金材料；用作 电极的有钨铜、钨镍铜等粉末冶金材料；用作电刷的有金属-石墨粉末冶金材料；用作电热合金和热 电偶的有钼、钽、钨等粉末冶金材料。磁性材料分为软磁材料和硬磁材料。软磁材料有磁性粉末、 磁粉芯、软磁铁氧体、矩磁铁氧体、压磁铁氧体、微波铁氧体、正铁氧体和粉末硅钢等；硬磁材料 有硬磁铁氧体、稀土钴硬磁、 磁记录材料 、微粉硬磁、磁性塑料等。用于制造各种转换、传递、 储存能量和信息的磁性器件。 ⑦粉末冶金高温材料:包括粉末冶金高温合金、难熔金属和合金、 金属陶瓷 、弥散强化和纤维强化材料 等。用于制造高温下使用的涡轮盘、喷嘴、叶片及其他耐高温零部件。
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1.5.1
MIM工艺的技术特点
MIM是将金属粉末（例如不锈钢粉末）与塑胶混合后射出成形，因此可以得到与塑胶相同的 成形结果。之后再以加热法或溶剂法，将混合的塑胶去除，进行烧结。这种技术不同於压缩的粉 末冶金法，表层部与中心部的密度没有落差，可以生產均匀而高密度的產品。
1.5.2
MIM工艺的技术优点
钛合金
磁性材料 工具钢
Ti、Ti-6Al-4V
Fe、 NdFeB、 SmCo5、Fe-Si CrMo4、M2
医疗、军工结构件
各种磁性能部件 各种工具 工具
4
1.3
MIM制造流程说明
5
1.3.1：金属粉末
一：铁粉造粒常见一般可分两类: 1.气喷粉 ………顆粒较圆（见左下图） 2.水喷粉 ………成不规则状（见下图） 二:粉末制备： 1.雾化制粉（见左右图） 、2.还原法、3.机械合金化 4.气相沉积、5.溶胶凝胶、6.自蔓燃反应合成、7.电解
2.2 P&M制造流程 ………………… 18
2
第一章
1.1 MIM 概念：
MIM 介绍
金属注射成形 ( Metal injection Molding ,MIM ) 是一种将金属粉末与其粘结剂的增塑混合料注射 于模型中的成形方法。（与热塑性物质(如塑料或石蜡等)混合的金属粉末，在注塑机上塑压成形的工艺）
合金刀
齿轮
钻头
3
1.2 MIM常用材料
MIM技术适用材料：
MIM工艺适用的材料非常广，包括低合金钢、不锈钢、工具钢、镍基合金、钨 合金、硬质合金、钛合金、磁性材料、Kovar合金、精细陶瓷等。见表1 常用 的PIM材料及其应用领域。
表1 常用的MIM材料及其应用领域
材料体系 合金牌号、成分 应用领域
二.真空烧结的缺点：
真空炉不论是批次式或连续式，其最大的缺点是设备的成本比较高。
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真空烧结流程说明
萃取
烧结
烧结排放
针对不同工件， 制订该工件最 稳定烧结排放 方式
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1.4:
后续加工及检验流程
后加工细分为
加工：整形、攻牙等 热处理：渗碳、淬火、回火等 振动研磨、喷沙、抛光等 表面处理：喷漆、电镀、电泳（ED）等
将棕胚施以高温烧结处理，即可获取高致密度的金属零件产品。 烧结分为：微波烧结、反应烧结、液相烧结、超固相线液相烧结、电火花烧结、原位成形
烧结
4、脱脂后产品进入烧结炉，先去除残留的粘接剂，随后被 加热到很高的温度，使金属颗粒收缩形成致密的金属部件。 大多数MIM材料，烧结后的相对密度在95%-98% 这使的产品性能与锻造材料相似
二.可缩短生产时间
除了1.1项的工序简化，加上变更毛胚制作过程，以及烧结的时间缩短了近达7-8小时。 三.是一种不影响产品品质下的低生产成本生产技术。
产品应用如下：汽、机车零件，电动代步车、运动器材、食品机器、计算机周边零件、手机零件、电动
、气动、手动工具零件、事务机器、针车、纺织、电机、农机零件、油帮浦、齿轮、含油轴承、不锈 钢零件、各种锁具及小五金等
MIM技术作为一种制造高质量精密零件的近净成形技术，具有常规粉末冶金、机加工和精密铸造方法无法 比拟的优势，在制备具有三维复杂几何形状、均匀组织结构和高性能的近净成形产品方面具有独特的优势， 具体如下： 1.能象生产塑料制品一样，一次成形生产形状复杂的小型金属陶瓷等零部件（重量：0.1-500g、产品品质量越 大材料成本比例越大、且制程时间越长） 2.制件各部分组织均匀、尺寸精度高、相对密度高（ 产品强度、硬度、延伸率等力学性能高，耐磨性好，耐 疲劳，组织均匀、密度95% - 99.5%混合密度、近铸造或锻造件） 3.产品成本低，表面光洁度好，烧结精度好一般0.003~0.005 inch/inch、精密<0.05% ，一般无需后续加工。表 面粗度好<Ra 5。制造良好表面抛 4.产品质量稳定，生产效率高，原材料利用率高，生产自动化程度高，工序简单，易于实现大批量、规模化生 产。 5.可适用精密复杂的几何物体及各种合金、混合及特性材料的广泛应用 6.厚度>0.5mm 7.性质：可用材质范围广可做高強度、高韧性、高硬度、耐高溫、电性、磁性、高散热性、低热膨胀性材.2
PM材料及用途介绍：
1.粉末冶金材料是指用几种金属粉末或金属与非金属粉末作原料，通过配料、压制成形、烧结等工艺过程而 制成的材料。这种工艺过程称为粉末冶金法，是一种不同于熔炼和铸造的方法。其生产过程与陶瓷制品 相类似，所以又称金属陶瓷法。 2.粉末冶金法常用于制作硬质合金、减摩材料、结构材料、摩擦材料、难熔金属材料、过滤材料、金属陶瓷 、无偏析高速工具钢、磁性材料、耐热材料等。