金属粉末注射成型技术及应用

责 任编 辑 吕德龙
・３ ・ ４
《 技术新 工艺 》・热加工 技术 新
提 高制 品的各 种 性 能 ， 塑料 中添 加 金属 或 陶瓷 粉 在 末 ， 而得 到强 度较 高 、 从 耐磨 性 好 的制 品或 零 部件 。 近 年来 ， 一 尝试 已发 展成 为最 大 限 度地 提 高 固体 这 粒子 的含 量并 且在 随后 的烧 结过 程 中完全 除去 粘结 剂并 使成 型坯 件致 密化 ， 而得 到强 度较 高 、 磨性 进 耐 好 的金属 零部 件 ， 这便是 金 属粉 末注 射成 型技 术 。 金属 粉 末 注 射成 型技 术 在制 造 具 有 复杂 形 状 、 均匀 组织 结构 和高 性能 、 强度 、 高 高精 度 的近净 型产 品方 面显 示 了独特 的优 势 。凡 可 以制 成粉 末 的任何 金属 或合 金均 可用 此法 制造 零件 ， 此外 ， 技术 可实 该 现全 自动 化连 续作 业 ， 产 效率 高 ， 料利 用率 高 。 生 材
坏 的一个 重要 指标 就是 所 得到 的喂料 的均匀性 和一 致性 。
首先 选取 符合 ＭＩ 技 术要 求 的金属 粉 末 和粘 Ｍ
结 剂， 然
后 在 一
定 温 度
下 采 用
适 当 的
方 法 将 图 １ 工 艺流程图
ＭＩ 常用 的混 炼装 置有 双螺 旋挤 出机 、 Ｍ９
３ ．陈 涛 ， 彬 南 ． 压 气 体 渗 氮 和 氮 碳 共 渗 研 究 ． 属 热 处 陈 加 金
理 ， ９ ８ ３ １９（）
４ 叶铁军 ， 国平． 炉压 大剂量滴 注式 气体渗碳 （ ． 凌 高 ＨＧ） 技
术 ． 属 热 处 理 ，０ ０ ８ ：６ 金 ２ ０ （ ）３
届 化 学 热 处 理 学术 会 议 论 文 集 （ ） １ ８ 三 ，９ ９
应 用 ． 、 、 杂 志 ，９ ７ 铸 锻 热 １ ８
１．戈 茂 庆 ． 柄 钻 头 的低 压 氧 氮 化 处 理 （ Ｏ 直 内部 资 料 ） １ ８ ，９ ３ １．戈茂 庆． 齿 刀 的特 种 表 面 强 化 处 理 （ １ 剃 内部 资 料 ） １８ ，９ ５ １ ．热处 理手 册 ， ３卷 ２ 第 １ ．真空 化 学 热 处 理 简 况 ． 国第 四届 化 学 热 处 理 学 术 会 议 ３ 全
１ ．刘 恩 珠 等 ． ４ 真空 渗 碳 在 喷 油 咀 上 的应 用 ． 国 第 四 届 化 全
学 热 处 理 学 术 会 议 论 文 集 （ ） １８ 一 ，９ ９
５ ．赵 丽 娟 ， 占田 ． 压 渗 碳 ． 属 热 处 理 ，０ ０ 隋 增 金 ２０ ６ ．樊 东 黎 ． 处 理 的 昨 天今 天 与 明 天 ，９ ９ 热 １９ ７ ．李 茂 山等 ． 国 热 处 理 的 现 状 及 发 展 方 向 ． 国热 处 理 行 我 中 业 协 会 第 四次 会 员 大 会 资 料 汇 编 ，０ ２ ２ ０
Ｋｅ ｗｏ ｄ ｐ ｗｄ ｒｍｅａｌ ｒ ｙ， ｔ ｌｐ ｗｄ ｒｉ ｊｃｉ ｎ ｍｏｄ ｎ ， ｔ ｔ ｌａ ｕ ｄ ｄ ｙ ｒｓ ｏ ｅ ｔｌ ｇ ｍｅａ ｏ ｅ ｎｅ ｔｏ ｌ ｉｇ ｉ ｉ ｅｃｅ ｎ ｍｏ ｌｅ ｕ ｎ ｍａ
粉 末 冶 金不 仅 是一 种 材 料 制造 技 术 ， 且 其 本 而 身 包含 着 材 料 的加 工 和处 理 ， 以少 无切 削 的特 点 它 越来 越 受 到 重视 ， 逐 步形 成 了 自身 的材 料 制 备工 并 艺理 论 和材 料性能 理论 的完 整体 系 。现代 粉末 冶 金 技 术不 仅保 持和 大 大发 展 了其原 有 的传 统特 点 （ 如
河 南 川 光 电子 光 学 仪 器 厂 （ ７ ０ ６ 丁 文 伟 ４３０）
【 要】 述 了金 属粉 末 注射 成型 （ 摘 概 简称 ＭＩ ） 术 的基本 特 点及 工 艺流程 ， Ｍ 技 并介 绍 了金 属粉 末
注射 成型技 术 的应 用前 景 。
关键 词 粉末 冶金 金 属 粉末注 射 成型 近 净成 型
粉 末 和粘 结 剂混 合 成 均 匀 的注 射 成 型 喂料 ， 制粒 经 后 在 注射 成 型机 上 注 射成 型 ， 得 的成 型坯 件 经脱 获 脂后 烧 结致 密化成 为最 终 产 品 。
１ ．金属 粉 末 的制 取
轮 混料 机 、 螺旋 挤 出机 、 塞 式挤 出机 、 行 星挤 单 柱 双 出机 、 凸轮混 料机 等 。 双 以上 装置 均适 合于 制备 粘度 在 １ ０ Ｐ Ｓ范 围 的混 合料 。 ～１Ｏ ０ ａ・
８ ．戈 茂 庆 ． 具 钢 诸 问 题 的 论 述 ． 造 与 热处 理 ，９８ 模 锻 １ ５ ９ ．戈 茂 庆 ， 德 仁 ． Ｐ 型 井 式 低 真 空 多 用 炉 的特 点 及 其 陈 ＷＬ
参 考 文 献
１ 京 机 床 研 究 所 ． 床 情 报 ，９ ３ ４ ．北 机 １７（）
２ ．胡 明 娟 ， 健 生 等 ． 压 脉 冲 氮 化 的 基 础 研 究 ． 国 第 四 潘 低 全
金 属 粉 末 注 射 成 型 （ ｔｌＰ ｗｄ ｒＩｊｃｉｎ Ｍｅａ ｏ ｅ ｎｅｔ ｏ
金 属 粉 末 注 射 成 型 及 发 展 概 况
金 属 粉 末 注 射 成 型技 术 的形 成 以 Ｒｉ ｒｔ和 ｖ ｓ ｅ Ｗｉｃ ｅｈ分 别 于 １ ７ ９ ８年 和 １ ８ ９ ０年 发 明 的专 利 为 起 点 ， 今 已历 时 二 十余 年 ， 中 由德 国 Ｂ Ｆ公 司 迄 其 ＡＳ
化 并符 合 注射要 求 的过程 。
由于 喂料 的性 质 决 定 了最 终 注 射 成 产 品 的性 能 ， 以， 所 混炼 这 一 工 艺 步骤 变 得 非 常重 要 ， 将 涉 这 及 到粘 结剂 和粉末 加入 的方式 和顺 序 ， 炼 的温度 ， 混 混 炼装 置 特性 等 多 种 因素 ， 终 评 价 混炼 工 艺 性好 最
时的工 艺条件 。
ＭＩ 对原 粒粉 末 的最佳 要求 见表 １ Ｍ 。
表 １ ＭＩ 对 原 粒 粉 末 的最 佳 要 求 Ｍ
ＭＩ 对 原料 粉 末要 求 很 细 ， ＭＩ 粉末 成 本 Ｍ 故 Ｍ 较高 ， 为传统 Ｐ 粉末 价格 的 １ ０ ， 正是 制 约 Ｍ ～１ 倍 这 约 ＭＩ 技 术 大力推 广 和应 用 的一 个关 键 因素 。 Ｍ 目前 生产 ＭＩ 用原 料 粉末 的方法 主 要 有羟 基 Ｍ 法 和 雾 化法 ， 了 满足 注 射成 型对 极 细球 状 粉 末 的 为 需求 ， 一些公 司 开发 了一些 新 的雾 化技术 ， 高压气 如 体 雾化 、 超音 速层 流气 体雾 化技 术 等 ， 据称 所得 铝合 金 和不 锈钢 粉末 的 中径 ≤ ｌ ／ Ｏ ｍ。 ￣ ２ ．粘结 剂 粘结 剂 在金属 注射 成 型技术 中起 着相 当关 键 的 作用 。 只有加入 一定 量 的粘 结剂后 ， 末才 具有 一定 粉 的流动性 以适 合 于注射 成 型 。 型后 ， 成 粘结 剂 又起 着 保 持制 品形 状 的作 用 ， 结 剂 的含 量 一般 为 ４ ％～ 粘 ０
１ ．戈 茂 庆 ． 具 热 处 理 诸 问 题 的 论 述 ． 海 市 虹 口 区科 协 ５ 工 上 热 处 理 年 会 论 文 ，９ ０ １ ９ １ ．樊 东 黎． 处 理 设 备 的 现 状 与 展 望 ， 械 工 人 （ 加 工 ） ６ 热 机 热 ，
２０ （） ０２９ ２ ０ 年 第 ３期 ０３
少无 切 削 、 少无 偏 析 、 匀 细晶 、 均 低耗 、 能 、 材 、 节 节 金
的 Ｂｏ ｍａｈ ｒ于 ９ ｌｅ ｃ ｅ Ｏ年代 初 开 发 的 ＭＩ 工艺 成 为 Ｍ
ＭＩ 实现 产业化 的一个 重大 突破 。 采用 聚醛树 脂 Ｍ 它 作 为粘结 剂 ， 在酸 性气 氛 中快速 催化 脱脂 ， 并 不仅 大
（ 上页） 接
Ｍｏｄｎ ｌｉｇ简称 为 ＭＩ ） 一 种从 塑料 注射 成型 行业 Ｍ 是 中 引伸 出来 的新 型 粉末 冶金 近净成 型技 术 。众 所 周
知， 塑料注 射成 型技 术能 以低 廉 的生产成 本 ， 高效地
生产各 种 复杂形 状 的制 品 ， 制 品的强度 不高 ， 而 但 从 使 应用 范 围受 到了极 大 的制 约 。 了改善 这一 缺 陷 ， 为
４ ．注射 成 型
ＭＩ 对 原 料 粉 末 的 要 求 较 高 ， 括 粉 末 的形 Ｍ 包
貌、 粒度 、 度组成 、 粒 比表面 、 松装 密 度等 。
注射成 型是 整个 工艺 过 程 的关 键 工序 。因为在 注射 成 型 过 程 中 ， 形 成 裂纹 、 Ｌ 、 易 孑 隙 焊缝 、 层 、 分 粉 末 与粘 结剂 分离 等 多种缺 陷 。而这 些 缺陷往 往要 在 脱 脂 和烧结 完成 、 射应 力被 释放 后才 能发 现 。 陷 注 缺 形 成 的原 因除 由于 原 料 粉末 不 合 格 、 结剂 选 择 不 粘 当 、 料混 炼不合 格 等 因素外 ， 喂 主要 取决 于注 射成 型
金 属 粉 末 注射 成型 技 术 及 应 用
Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙａ ｄＡｐ ｌ ａｉｎ ｏ ｅａ ｗｄ ｒＩ ｊｃｉｎ Ｍ ｏｄｎ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｐｉ ｔ ｆＭ ｔｌ ｃ ｏ Ｐｏ ｅ ｎｅ ｔ ｌｉｇ ｏ
南 阳理 工 学 院 机 电 系 （７ ０ ４ 熊运 昌 杨 萍 ４３０）
破性进 展 。
由于利 用 了 聚醛 树脂 极 性 连 接金 属 粉 末 ， 适 合 于 故 多种 粉末 的注 射 。这种工 艺 不仅 大大 降低 了生产 成 本， 提高 了生产 率 ， 并且 可生 产尺 寸较 大 的零 件 和制 品 ， 大 了 ＭＩ 的应 用 范 围 ， 而使 ＭＩ 真 正 成 扩 Ｍ 从 Ｍ 为一 种具 有竞争 力 的 Ｐ 近 净成 型技 术 。 Ｍ
另外还 需 添加少 量表 面 活性剂 。
３ ．混 炼
金 属 粉 末 注 射 成 型 的 工 艺流 程
金 属粉末 注射 成 型 的工 艺 流程 如 图 １ 所示 。
混 炼 就 是在 一 定 装 置 和一 定 温 度下 ， 原 料 粉 将 末 及 粘结 剂 进行 混 合 并 充分 有 效 地搅 拌 ， 其 均 匀 使
６ｖｌ 。 ０ ｏ
对粘 结剂 的一 般要 求 为 ： 粉末 接触 角小 、 与 粘结 力强 ； 粘 结剂 在注 射温 度下 的粘 度应 小于 ０ １ 纯 ． Ｐ Ｓ 且 不 能 与 粉末 发 生 两 相分 离 ； 却 后 粘结 剂 ａ・ ， 冷 应 具 有一 定 的强度 和脆性 。为保 证注 射和脱 脂 的顺 利进 行 ， 同时担 负 着 传递 流 动 （ 体 ） 保 持形 状 双 载 和 重 作 用 的粘 结剂 一 般 采 用 多组 元 体 系 ， 由 流动 性 即 好 的低 熔 点组 元 （ 蜡 ， 物 油 等 ） 石 植 和具 有 较好 保 形 性 和较 高熔 点 的 聚合 物 组元 （ 聚醛 树 脂 等 ） 如 组成 ，
大 缩短 了脱 脂 时 间 ， 且这 种 催化 脱 脂 能在 低 于粘 而 结 剂 的软 化温 度下 进行 ， 避免 了液相 的生成 ， 有利 于 控 制生坯 的变 形 ， 证 了烧结 后 的尺寸 精度 。同时 ， 保
属一 金 属 及 金 属高 分 子 复 合 等 ） 而 且 已发 展 成 为 非 ， 制 取各 种 高性 能 结 构材 料 、 种 功 能材 料 和 极 限条 特 件下 工作 材料 、 各种 形 状复 杂 的异型 件 的有效 途径 。 近年 来 ， 粉末冶 金技 术最 引人注 目的进 展 ， 莫过 于 粉 末 注射 成 型 （ Ｉ ） Ｐ Ｍ 迅速 实 现 产业 化 ， 取 得 突 并