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入门必备!小白也能看懂的粉末冶金MIM基础课程

一、粉末冶金简介

MIM为金属粉末注射成型(MetalInjection Molded)的简称,金属粉末注射成型技术是塑料成型工艺学、高分子化学、粉末冶金工艺学和金属材料学等多学科渗透与交叉的产物。

关于MIM有一个很实用的解释:把金属零件设计的像塑胶注射零件一样;利用塑胶注射快速复制的优点,将金属零件注射成形,然后经过热制程作成金属实体零件。

2
粉末冶金工艺流程?






3
塑料在粉末冶金中的用途?

MIM虽然是金属粉末成型,但离不开塑料。注塑成型粒料有金属粉末和塑料组成,塑料主要是起到粘接和润滑的作用。通过塑料的包覆作用,金属粉末对螺杆的磨损大幅减小,注塑熔体流动性增加,从而使得金属注塑成为可能。

4
MIM的发展历程:

• MIM开始于美国

–1930s’ CIM开始出现(没有很明确的时间纪录)

– 1970s Dr. Raymond E. Wiech Jr. 是研究MIM的首位学者

– 1970s Parmatech 第一家商业化营运公司

• 台湾Taiwan

– 1987 伟得益YITEC移转日本(美国YITEC授权)成为第一家MIM运转公司(目前已关厂)

– 1988 黄坤祥教授由美国RPI Profess R.M. German实验室返台建立研究室

• 中国China

– 1995 黄伯云院士启动MIM研究室

– 1996 山东金珠正式商业化运转


目前,MIM工厂遍布中国几大战场,可谓百家争鸣!

二、6大优点使MIM备受关注

1
可成型高度复杂结构的结构零件

传统金属加工一般是金属板通过车、铣、刨、磨、钻、镗等加工成产品;由于技术成本和时间成本问题,这类产品难易做到复杂结构。MIM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。

2
微观组织均匀、密度高、性能好

一般情况下,压制产品的密度最高只能达到理论密度的85%;MIM技术得到的产品密度达到96%以上。

3
效率高,易于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适合于零件的大批量生产。
4
适用材料范围宽,应用领域广
铁基,低合金,高速钢,不锈钢,克阀合金,硬质合金等都适合MIM成型。
5
大幅度节约原料

一般金属加工成型金属利用率比较低,比如:乐视MAX手机金属外壳原料利用率不足10%,大部分铝合金成为碎屑。MIM能够大幅度提高原材料利用率,理论上为100%的利用。

6
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。


南方科技大学粉末冶金实验室

三、MIM的工艺过程


MIM制造工艺,来源于鑫迪科技

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MIM制造工艺流程图,来源于注塑机

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1
混料、造粒


混料、造粒机,来源于南方科技大学

混料是把金属粉末与有机粘接剂均匀掺混在一起,使各种原料成为注射成型用混合料。造粒是将混合料挤出造粒成颗粒。

MIM工艺所用的金属粉末颗粒尺寸一般在0.5~20μm。从理论上讲,颗粒越细,比表面积也越大,越易于成型和烧结。

金属粉末种类比较多,如下表(标红材质为最常用的金属):


温馨提示:点击即可放大)

有机粘结剂的作用是粘结金属粉末颗粒,使混合料在注射机料筒中加热后具有流变性和润滑性,即粘结剂是带动粉末流动的载体。因此,粘结剂的选择是整个粉末注射成型的关键。常见的粘结剂有:PP、PE、EVA、PEG和POM。

(温馨提示:点击即可放大)

塑料作为粘结剂

金属粉末

MIM粒料

2
注塑成型

这类注塑成型和普通金属注塑成型区别不大,但要求螺杆更加耐磨。


MIM注塑机,来源于南方科技大学

3
脱脂(也叫萃取)

在烧结前必须去除毛坯内所含有的有机粘结剂,该过程称为萃取。萃取工艺必须保证粘结剂从毛坯的不同部位沿着颗料之间的微小通道逐渐排出,而不降低毛坯的强度。粘结剂的排除速率一般遵循扩散方程。

4
烧结

烧结能使多孔的脱脂毛坯收缩密化成为具有一定组织和性能的制品。尽管制品的性能与烧结前的许多工艺因素有关,但在许多情况下,烧结工艺对最终制品的金相组织和性能有着很大甚至决定性的影响。


连续烧结炉,来源于鑫迪科技

5
二次处理

对于尺寸要求较为精密的零件,需要进行必要的后处理。这工序与常规金属制品的热处理工序相同。二次处理用的较多的工艺有精密CNC。

四、MIM的应用


笔记本电脑转轴用凹凸轮,材料:Fe-2Ni & 440C

黑莓机标牌,材料:316L

智能手机支架,材料:Fe-2Ni

苹果手机雷霆接头外壳,材料:17-4PH

手机用金属按键,材料:316L

手机用金属卡托,材料:17-4PH;手机用镜头装饰圈,材料:316L

注:以上MIM的应用图片来源于鑫迪科技

本文图片由南方科技大学余鹏教授深圳鑫迪科技有限公司技术长邱耀弘博士提供,需要和他们交流的朋友可以加入MIM交流群,申请加入MIM交流群,请加小编微信: 18319055312 ,验证时请备注您的公司名称及主营产品





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