金屬粉末注射成型技術在硬質合金生產中的應用

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

傳統的硬質合金中,成型一般采用壓制成型的方法，受模具及成型工藝的限制，只能生產一些形狀簡單、結構單一的制品，對一些結構、形狀復雜或有特殊形狀要求的產品只能通過后續加工完成。由于硬質合金具有高硬度、高強度及高耐磨性，給硬質合金的后續加工帶來了極大的困難，也大大增加了加工成本。

MIM技術在硬質合金生產中的應用，極大地改變了硬質合金在成型方面的限制，該方法不僅繼承了常規粉末冶金生產工序少、無切削或少切削的優點，而且克服了材料密度低、材質不均勻，不易成形結構、形狀復雜及薄壁形產品的缺陷，同時能很好的控制產品精度，獲得產品一致性好、性能均衡的終形或近終形制品，從而顯著降低了生產成本。尤其適合于生產批量大、結構復雜及有特殊要求的制品。

一、硬質合金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的流動性,使毛坯材質均勻。

(2)有機粘結劑：MIM要求喂料注射時合金粉末顆粒具有流動性和潤滑性,同時要求合金制品毛坯具有足夠的強度。因此,要求粘結劑具有良好的潤滑性、適當的粘性、較低的熔點、較寬的熱解溫度區間、易于脫脂和不與合金粉末起化學反應。

2、工藝流程：

金屬粉末、粘結劑→混料→喂料→注射成型→萃取→脫粘、燒結→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性,而且也對合金制品的材料均勻性和力學性能有較大的影響。因此,喂料是MIM重要的工藝過程,通過混合設備,使硬質合金粉末與有機粘結劑均勻混合,形成流動性良好的喂料。

注射成型溫度、注射壓力、模具精度、喂料收縮系數(通過對粘結劑含量及注射工藝參數進行調整)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重要。

MIM工藝生產的硬質合金毛坯,粘結劑含量一般在4.2%～7.2%之間。在燒結前,需通過一定的脫粘工藝除去毛坯中的有機粘結劑,以防止燒結時產品易出現鼓泡、裂紋等缺陷而造成廢品。燒結是硬質合金生產中*重要的工序之一,對硬質合金產品的組織、性能有重要影響。在MIM燒結工序上,應根據不同牌號、粘結劑體系及合金成分而采用不同的燒結工藝。

二、硬質合金MIM產品的性能

應用MIM工藝生產硬質合金產品，其力學性能以達到硬質合金性能的相應冶金部標要求(YS/T400-94)，滿足了客戶使用要求。一些常見牌號硬質合金MIM產品的物理、力學性能見表1。

三、應用舉例

1、噴嘴、噴槍：

采用WC-Ni-Co系列硬質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,粘結劑體系采用油性多元粘結劑體系。

2、手機零件：

采用鎢合金粉末注射成型的手機零件如圖3所示,減少了加工工時,降低了成本,效益顯著。

3、表零件：

整體式硬質合金表殼、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劑,不僅很好的滿足了材料性能方面的要求,而且產品的形狀及尺寸精度也得到了保證。

4、結束語

MIM技術在硬質合金生產中的應用，極大地改變了傳統硬質合金生產中在成型方面的限制，使批量生產形狀、結構復雜及薄壁形硬質合金產品成為可能。由于MIM是一種近凈成型生產技術,它不僅大大降低了產品的后續加工量，降低了硬質合金的生產成本，而且為拓展硬質合金的應用領域帶來了機遇。MIM技術作為新型制造業中*為活躍前沿技術，將得到人們的重視及廣泛的應用。