金属粉末的注射成型课件
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注射成形用W粉可用氧化还原制取，将研磨的WO3 粉末在干燥H2中还原制得，粉末粒径为2-3µm。
H还原得到的W粉
14
• 雾化法是利用高速射流将液态金属粉碎成粉。
熔融材料注入喷嘴中，形成液滴喷射出来，击碎熔融金 属流的流体可是空气、氮气、氦气、氩气，也可采用水 或油。
这种方法可将合金化材料制成小颗粒粉末，并且可获得 理想的颗粒形状和高的填充密度。
注射用雾化不锈钢粉末
15
• 雾化法颗粒形状为球形，粒度分布较宽，具有较 高的振实密度。
• 通过控制工艺条件，可以得到不带附属物和消除 内部孔隙的球形粉。
(a)
(b )
雾化球形铁粉：(a)×700 (b)×1300
16
• 铁粉、镍粉和钴粉还可采用气相沉积法制取。
在加热加压下，粉末与CO生成金属羰基物气体，羰 基物冷却成液态，经分级蒸馏、净化、重复加热使液 相挥发，分解沉积形成金属粉末。
传统粉末压制成型制品
粉末注射成型制品
7
• PIM用一定比例的高分子粘结剂与金属粉末、陶瓷 粉末等制成具有良好流动性的均匀粒料，能像塑料 注射一样成形复杂形状的零部件，再经脱脂烧结得 到最终产品，如外螺纹、锥形外表面、交叉孔与盲 孔，凹台与键销、加强筋板、表面滚花等，这类零 件都无法用常规粉末冶金方法得到。
工于一体的新型制备技术，如金属粉末注射
成型技术。
慢走丝机床
精密铸造技术
3
• 粉末注射成形（Powder injection molding,PIM）是
wenku.baidu.com
传统粉末冶金工艺与现代塑料注射成形工艺相结合
而形成的一门新型近终成形技术。 • 金属粉末注射成型是将金属粉末在模具中快速注射 成型，并通过脱脂烧结，快速制造出高密度、高精 度、三维形状结构复杂零件的新技术。
• 目前可作为单体的低分子化合物主要是含双键的不 饱和碳氢化合物。
19
• 高分子化合物的大分子以某种方式(通过范德华力的 作用)聚集在一起时，成为各种各样的树脂。 线型无定形聚合物： 大分子不规则排列在 一起，彼此交叉缠绕呈 无序排列； 存在某些近程有序区 域，在微小范围内大分 子呈规则排列，但这种 有序范围小、数量少， 对树脂性能影响不大。
金属粉末注射成型复杂件
8
• （3）PIM可根据零件性能要求进行大范围的成分 设计，可制取复合材料零件，充分发挥不同材料的
优异性能，适应性广，生产成本低。
材料的复合设计
9
• （4）PIM适合大批量自动化生产。
PIM可采用一模多腔模具，成形效率高，模具使用寿 命长，更换调整模具快，产品转向周期短。 与精密铸造相比，粉末注射成形在提高零件精度，避
线型无定形聚合物的聚集态
20
• 线型无定形聚合物处于不同温度时的力学状态可用 形变温度曲线表示。
线型无定形聚合物的形变-温度曲线
21
• Tx-Tg温度范围：高分子聚合物的玻璃态。
温度较低，大分子具有的能量较少，大分子链之间的 运动不能进行，分子内的链段运动也很难进行，聚合 物表现出像玻璃一样的刚硬。 聚合物具有较好的力学性能，施加外力产生微小变形 ，去除外力能恢复原状（普弹形变）。
免成分偏析等问题的同时，大大提高生产率。
生产复杂形状零件的数量高于一定值时，PIM会比机 加工方法更为经济。
10
金属粉末注射成型的优势
产品规模化生产带来效益
11
• （5）PIM制造的零件几乎不需要再进行机加工，材 料消耗少，利用率可达98%以上。
自动化注塑生产车间一角
12
注塑成型材料
• 理想的注射成形用金属粉末：
金属粉末注射成型制品
单向压制Ni粉压坯密度分布
6
• （2）粉末注射成型能制造传统工艺不能制造的具 有复杂形状的零部件。
传统粉末成形是外力把粉末压成生坯后烧结，粉末通过 颗粒重排、塑性流动而致密化。由于粉末流动性较差， 一些具有外部切槽、横孔、盲孔、外螺纹、凹台、表面 滚花等形状的零部件，难以一次成形。
传统粉末冶金
塑料注塑成型
4
• 粉末注射成形是粉末冶金学、金属材料学、塑料成
型学和高分子材料学等多学科交叉复合的技术。
金属粉末注射成型
5
粉末注射成形特点 • （1）注射成形中，熔融粒料均匀地填充模腔成形，
模腔内各点压力基本一致，消除传统粉末冶金压制
成形中不可避免的沿压制方向密度梯度问题，一定 程度上克服传统粉末冶金存在的密度、组织、性能 不均匀现象。
羰基粉末粒径较小，纯度可达99.95%。颗粒形状为近 球形或链状。
羰基镍粉形貌
羰基铁粉形貌
17
• 对脆性材料来说，粉碎研磨是制粉的常用方法。
旋转装有一定量硬球和粗粉的容器，粉未经研磨球不 断撞击、研磨制得粒度较小的颗粒； 粉末粒度越小，所需研磨时间越长； 机械粉碎后粉末呈不规则形状，粉末之间尖锐接触导 致粉末堆积性和流动性下降，导致粉末注射困难， 球磨制粉还有污染问题。
金属粉末的注射成型
Poweder Injection Moulding
1
主要内容
金属粉末注射成型的特点
金属粉末注射成型的材料
金属粉末注射成型的过程
金属粉末注射成型的原理 金属粉末注射成型的应用
2
• 随着技术进步和创新速度的加快，材料加工
技术朝高性能、低成本、短流程、近终成型
的方向发展，涌现出不少集设计、制备、加
球磨后具有尖角的不规则形状SiC粉末形貌
18
塑料
• 塑料是以有机高分子化合物为基础，加入若干其他 材料(添加剂)制成的固体材料。
• 高分子化合物是由相对分子量较小的低分子化合物 经聚合反应后得到的相对分子量较大的化合物。 • 不是所有低分子化合物都能成为单体，如食盐、水 、甲烷等都不能成为单体，这些化合物的分子处于 饱和状态，不能进行聚合反应。
金属粉末
粉末颗粒尺寸在0.5-20µ m之间，D50在4-6µ m之间；
粉末颗粒的粒度分布范围处于非常窄或非常宽的范 围内，其分布斜率的理想值为2或8； 粉末颗粒无团聚现象； 粉末颗粒近似为球形、等轴；
粉末颗粒致密，内部无孔洞；
粉末颗粒环境污染小，表面干净。
13
• 氧化还原是一种重要的化学反应法，实际生产中很 多粉末是通过氧化还原法来制备的，使用较细、净 化的氧化物粉末，在还原性气体如CO、H2等参与 下进行热化学反应。
H还原得到的W粉
14
• 雾化法是利用高速射流将液态金属粉碎成粉。
熔融材料注入喷嘴中，形成液滴喷射出来，击碎熔融金 属流的流体可是空气、氮气、氦气、氩气，也可采用水 或油。
这种方法可将合金化材料制成小颗粒粉末，并且可获得 理想的颗粒形状和高的填充密度。
注射用雾化不锈钢粉末
15
• 雾化法颗粒形状为球形，粒度分布较宽，具有较 高的振实密度。
• 通过控制工艺条件，可以得到不带附属物和消除 内部孔隙的球形粉。
(a)
(b )
雾化球形铁粉：(a)×700 (b)×1300
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• 铁粉、镍粉和钴粉还可采用气相沉积法制取。
在加热加压下，粉末与CO生成金属羰基物气体，羰 基物冷却成液态，经分级蒸馏、净化、重复加热使液 相挥发，分解沉积形成金属粉末。
传统粉末压制成型制品
粉末注射成型制品
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• PIM用一定比例的高分子粘结剂与金属粉末、陶瓷 粉末等制成具有良好流动性的均匀粒料，能像塑料 注射一样成形复杂形状的零部件，再经脱脂烧结得 到最终产品，如外螺纹、锥形外表面、交叉孔与盲 孔，凹台与键销、加强筋板、表面滚花等，这类零 件都无法用常规粉末冶金方法得到。
工于一体的新型制备技术，如金属粉末注射
成型技术。
慢走丝机床
精密铸造技术
3
• 粉末注射成形（Powder injection molding,PIM）是
wenku.baidu.com
传统粉末冶金工艺与现代塑料注射成形工艺相结合
而形成的一门新型近终成形技术。 • 金属粉末注射成型是将金属粉末在模具中快速注射 成型，并通过脱脂烧结，快速制造出高密度、高精 度、三维形状结构复杂零件的新技术。
• 目前可作为单体的低分子化合物主要是含双键的不 饱和碳氢化合物。
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• 高分子化合物的大分子以某种方式(通过范德华力的 作用)聚集在一起时，成为各种各样的树脂。 线型无定形聚合物： 大分子不规则排列在 一起，彼此交叉缠绕呈 无序排列； 存在某些近程有序区 域，在微小范围内大分 子呈规则排列，但这种 有序范围小、数量少， 对树脂性能影响不大。
金属粉末注射成型复杂件
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• （3）PIM可根据零件性能要求进行大范围的成分 设计，可制取复合材料零件，充分发挥不同材料的
优异性能，适应性广，生产成本低。
材料的复合设计
9
• （4）PIM适合大批量自动化生产。
PIM可采用一模多腔模具，成形效率高，模具使用寿 命长，更换调整模具快，产品转向周期短。 与精密铸造相比，粉末注射成形在提高零件精度，避
线型无定形聚合物的聚集态
20
• 线型无定形聚合物处于不同温度时的力学状态可用 形变温度曲线表示。
线型无定形聚合物的形变-温度曲线
21
• Tx-Tg温度范围：高分子聚合物的玻璃态。
温度较低，大分子具有的能量较少，大分子链之间的 运动不能进行，分子内的链段运动也很难进行，聚合 物表现出像玻璃一样的刚硬。 聚合物具有较好的力学性能，施加外力产生微小变形 ，去除外力能恢复原状（普弹形变）。
免成分偏析等问题的同时，大大提高生产率。
生产复杂形状零件的数量高于一定值时，PIM会比机 加工方法更为经济。
10
金属粉末注射成型的优势
产品规模化生产带来效益
11
• （5）PIM制造的零件几乎不需要再进行机加工，材 料消耗少，利用率可达98%以上。
自动化注塑生产车间一角
12
注塑成型材料
• 理想的注射成形用金属粉末：
金属粉末注射成型制品
单向压制Ni粉压坯密度分布
6
• （2）粉末注射成型能制造传统工艺不能制造的具 有复杂形状的零部件。
传统粉末成形是外力把粉末压成生坯后烧结，粉末通过 颗粒重排、塑性流动而致密化。由于粉末流动性较差， 一些具有外部切槽、横孔、盲孔、外螺纹、凹台、表面 滚花等形状的零部件，难以一次成形。
传统粉末冶金
塑料注塑成型
4
• 粉末注射成形是粉末冶金学、金属材料学、塑料成
型学和高分子材料学等多学科交叉复合的技术。
金属粉末注射成型
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粉末注射成形特点 • （1）注射成形中，熔融粒料均匀地填充模腔成形，
模腔内各点压力基本一致，消除传统粉末冶金压制
成形中不可避免的沿压制方向密度梯度问题，一定 程度上克服传统粉末冶金存在的密度、组织、性能 不均匀现象。
羰基粉末粒径较小，纯度可达99.95%。颗粒形状为近 球形或链状。
羰基镍粉形貌
羰基铁粉形貌
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• 对脆性材料来说，粉碎研磨是制粉的常用方法。
旋转装有一定量硬球和粗粉的容器，粉未经研磨球不 断撞击、研磨制得粒度较小的颗粒； 粉末粒度越小，所需研磨时间越长； 机械粉碎后粉末呈不规则形状，粉末之间尖锐接触导 致粉末堆积性和流动性下降，导致粉末注射困难， 球磨制粉还有污染问题。
金属粉末的注射成型
Poweder Injection Moulding
1
主要内容
金属粉末注射成型的特点
金属粉末注射成型的材料
金属粉末注射成型的过程
金属粉末注射成型的原理 金属粉末注射成型的应用
2
• 随着技术进步和创新速度的加快，材料加工
技术朝高性能、低成本、短流程、近终成型
的方向发展，涌现出不少集设计、制备、加
球磨后具有尖角的不规则形状SiC粉末形貌
18
塑料
• 塑料是以有机高分子化合物为基础，加入若干其他 材料(添加剂)制成的固体材料。
• 高分子化合物是由相对分子量较小的低分子化合物 经聚合反应后得到的相对分子量较大的化合物。 • 不是所有低分子化合物都能成为单体，如食盐、水 、甲烷等都不能成为单体，这些化合物的分子处于 饱和状态，不能进行聚合反应。
金属粉末
粉末颗粒尺寸在0.5-20µ m之间，D50在4-6µ m之间；
粉末颗粒的粒度分布范围处于非常窄或非常宽的范 围内，其分布斜率的理想值为2或8； 粉末颗粒无团聚现象； 粉末颗粒近似为球形、等轴；
粉末颗粒致密，内部无孔洞；
粉末颗粒环境污染小，表面干净。
13
• 氧化还原是一种重要的化学反应法，实际生产中很 多粉末是通过氧化还原法来制备的，使用较细、净 化的氧化物粉末，在还原性气体如CO、H2等参与 下进行热化学反应。