金屬粉末注射成型技術(shù)在硬質(zhì)合金生產(chǎn)中的應(yīng)用

金屬粉末注射成型 (Metal Powder Injection Moulding,簡稱MIM )，是在傳統(tǒng)的粉末冶金工藝及塑性注射工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展出來的新型粉末冶金生產(chǎn)工藝。其工藝過程是：金屬粉末與有機(jī)粘結(jié)劑通過混合工藝得到在一定溫度下具有一定流動(dòng)性的喂料，在注射機(jī)上注入模具型腔成型，制品毛坯經(jīng)過膠粘、燒結(jié)，得到制品；然后根據(jù)需要進(jìn)行拋光、熱處理及表面化學(xué)處理后得到*終需要的產(chǎn)品。

傳統(tǒng)的硬質(zhì)合金中,成型一般采用壓制成型的方法，受模具及成型工藝的限制，只能生產(chǎn)一些形狀簡單、結(jié)構(gòu)單一的制品，對一些結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜或有特殊形狀要求的產(chǎn)品只能通過后續(xù)加工完成。由于硬質(zhì)合金具有高硬度、高強(qiáng)度及高耐磨性，給硬質(zhì)合金的后續(xù)加工帶來了極大的困難，也大大增加了加工成本。

MIM技術(shù)在硬質(zhì)合金生產(chǎn)中的應(yīng)用，極大地改變了硬質(zhì)合金在成型方面的限制，該方法不僅繼承了常規(guī)粉末冶金生產(chǎn)工序少、無切削或少切削的優(yōu)點(diǎn)，而且克服了材料密度低、材質(zhì)不均勻，不易成形結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜及薄壁形產(chǎn)品的缺陷，同時(shí)能很好的控制產(chǎn)品精度，獲得產(chǎn)品一致性好、性能均衡的終形或近終形制品，從而顯著降低了生產(chǎn)成本。尤其適合于生產(chǎn)批量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜及有特殊要求的制品。

一、硬質(zhì)合金MIM工藝過程

1、原材料：

(1)粉料：由于MIM工藝的特殊性,合金粉末顆粒尺寸在20μm以下,以利于提高喂料注射時(shí)的流動(dòng)性,使毛坯材質(zhì)均勻。

(2)有機(jī)粘結(jié)劑：MIM要求喂料注射時(shí)合金粉末顆粒具有流動(dòng)性和潤滑性,同時(shí)要求合金制品毛坯具有足夠的強(qiáng)度。因此,要求粘結(jié)劑具有良好的潤滑性、適當(dāng)?shù)恼承?、較低的熔點(diǎn)、較寬的熱解溫度區(qū)間、易于脫脂和不與合金粉末起化學(xué)反應(yīng)。

2、工藝流程：

金屬粉末、粘結(jié)劑→混料→喂料→注射成型→萃取→脫粘、燒結(jié)→后處理→成品。

喂料成分的均勻性是影響喂料性能的主要因素,它不僅影響喂料的流動(dòng)性,而且也對合金制品的材料均勻性和力學(xué)性能有較大的影響。因此,喂料是MIM重要的工藝過程,通過混合設(shè)備,使硬質(zhì)合金粉末與有機(jī)粘結(jié)劑均勻混合,形成流動(dòng)性良好的喂料。

注射成型溫度、注射壓力、模具精度、喂料收縮系數(shù)(通過對粘結(jié)劑含量及注射工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整)對毛坯的精度影響*為顯著。因此,控制這些因素對于獲得高精度成品至關(guān)重要。

MIM工藝生產(chǎn)的硬質(zhì)合金毛坯,粘結(jié)劑含量一般在4.2%～7.2%之間。在燒結(jié)前,需通過一定的脫粘工藝除去毛坯中的有機(jī)粘結(jié)劑,以防止燒結(jié)時(shí)產(chǎn)品易出現(xiàn)鼓泡、裂紋等缺陷而造成廢品。燒結(jié)是硬質(zhì)合金生產(chǎn)中*重要的工序之一,對硬質(zhì)合金產(chǎn)品的組織、性能有重要影響。在MIM燒結(jié)工序上,應(yīng)根據(jù)不同牌號、粘結(jié)劑體系及合金成分而采用不同的燒結(jié)工藝。

二、硬質(zhì)合金MIM產(chǎn)品的性能

應(yīng)用MIM工藝生產(chǎn)硬質(zhì)合金產(chǎn)品，其力學(xué)性能以達(dá)到硬質(zhì)合金性能的相應(yīng)冶金部標(biāo)要求(YS/T400-94)，滿足了客戶使用要求。一些常見牌號硬質(zhì)合金MIM產(chǎn)品的物理、力學(xué)性能見表1。

三、應(yīng)用舉例

1、噴嘴、噴槍：

采用WC-Ni-Co系列硬質(zhì)合金粉末注射成型的油田用噴嘴和噴槍如圖1、圖2所示。采用高碳WC粉末,粘結(jié)劑體系采用油性多元粘結(jié)劑體系。

2、手機(jī)零件：

采用鎢合金粉末注射成型的手機(jī)零件如圖3所示,減少了加工工時(shí),降低了成本,效益顯著。

3、表零件：

整體式硬質(zhì)合金表殼、表擺、表扣,如圖4所示。采用WC-TiC-Ni-Co及其它添加元素,選用石蠟基多元粘結(jié)劑,不僅很好的滿足了材料性能方面的要求,而且產(chǎn)品的形狀及尺寸精度也得到了保證。

4、結(jié)束語

MIM技術(shù)在硬質(zhì)合金生產(chǎn)中的應(yīng)用，極大地改變了傳統(tǒng)硬質(zhì)合金生產(chǎn)中在成型方面的限制，使批量生產(chǎn)形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜及薄壁形硬質(zhì)合金產(chǎn)品成為可能。由于MIM是一種近凈成型生產(chǎn)技術(shù),它不僅大大降低了產(chǎn)品的后續(xù)加工量，降低了硬質(zhì)合金的生產(chǎn)成本，而且為拓展硬質(zhì)合金的應(yīng)用領(lǐng)域帶來了機(jī)遇。MIM技術(shù)作為新型制造業(yè)中*為活躍前沿技術(shù)，將得到人們的重視及廣泛的應(yīng)用。