目前,MIM钛及钛合金的研究取得一定的进展,但大规模产业化应用仍存在一定难度,主要有以下几点:低氧球形钛及钛合金粉末价格昂贵;国内球形钛及钛合金粉末生产厂家近几年虽发展迅速,但距离全球先进技术仍有一定差距;粘结剂的选择和脱脂去除工艺;粘结剂的选择决定了粉末填充量的大小,对烧结后产品致密度、收缩率、表面粗糙度有直接影响,而高效的脱脂去除工艺有助于降低杂质元素,如C、O的影响,提高产品性能;烧结工艺优化及设备要求;由于钛合金高活性的特点,烧结时对温度和氧含量的控制至关重要,对烧结炉提出更高的要求。MIM技术制造的金属零件具有优异的力学性能和耐腐蚀性,能够满足严苛的工作环境要求。金属MIM工艺流程
MIM和CIM(Ceramic Injection Molding 陶瓷粉末注射成形技术)同属于粉末注射成形(PIM)。MIM和金属增材制造(MAM)、等静压(IP)属于粉末冶金(Powder Metallurgy,PM)的不同工艺类型。MIM几乎可使用绝大部分金属材料,考虑到经济性,主要的应用材料涵盖铁基、镍基、低合金、铜基、高速钢,不锈钢,硬质合金、钛基金属。麦肯锡 2018 年 5 月发布的《先进制造与装配调查报告》显示,MIM 技术在全球先进制造技术中排名第二。2018 年市场规模至 28.7 亿美元,预计 2026 年将达到 52.6亿美元,对应 2019-2026 年复合年均增长率(CAGR)为 7.87%。中国 MIM 市场占全球市场的 40%左右,预计2026 年 MIM 市场规模将达到 141.4亿元。金属MIM工艺流程MIM是一种绿色环保的金属加工工艺,可以减少能源消耗和环境污染。
MIM技术并非与传统加工方法竞争,而是弥补传统加工方法在技术上的不足或无法制作的缺陷。MIM技术可以在传统加工方法制作的零件领域上发挥其特长。产业链上游的行业主要提供产品原材料,包括金属粉末、粘结剂等,分别属于金属和化工产业,产业比较成熟,市场供应充足,能够充分满足 MIM 产品的发展需求。MIM 下游的行业在我国的应用主要分布在消费电子行业,逐步应用于汽车制造和医疗器械等行业。2020 年我国 MIM 用粉总销量约 12,000吨,国内品牌的市场占有率约 79%;国际品牌产品则仍以德国 BASF 公司的喂料(注射料)为主,约占 84%。
金属粉末注射成形结合了粉末冶金与塑料注射成形两大技术的优点,突破了传统金属粉末模压成型工艺在产品形状上的限制,同时利用塑料注射成型技术能大批量、高效率生产具有复杂形状的零件:如各种外部切槽、外螺纹、锥形外表面、交叉通孔、盲孔、凹台、键销、加强筋板,表面滚花等。MIM工艺流程:产品技术交流→产品设计→模具设计→模具制造,金属、陶瓷粉末、粘接剂→混炼→注射成形→脱除粘接剂→烧结→整形→检验→成品,(配料→混炼→造粒→注射成形→化学萃取→高温脱粘→烧结→后处理→成品)。MIM技术的发展使得金属零件的制造更加灵活多样,可以满足不同行业和客户的个性化需求。
它是先将所选粉末与粘结剂进行混合,然后将混合料进行制粒再注射成型所需要的形状。聚合物将其黏性流动的特征赋予混合料,而有助于成形、模腔填充和粉末装填的均匀性。成形以后排除粘结剂,再对脱脂坯进行烧结。烧结,烧结是在通有可控气氛的烧结炉中进行的。经过脱脂的坯件被放进高温、负压控制的设备中,在气体的保护下被缓慢加热,以去除残留的粘结剂,粘结剂被完全清理后,坯件被高温加热,颗粒之间的空隙会由于颗粒的融合而消失,较终定向收缩到其设计尺寸并转变为一个致密的固体,形成烧结件(银坯),形状和结构不变。对于大多数的材料,典型的烧结密度理论上大于97%。高烧结密度使得产品性能与锻造材料相似。MIM技术可大规模生产复杂形状的零件,节省成本、提高生产效率。金属MIM工艺流程
MIM工艺利用金属粉末在高温下和添加剂一起注射成形,然后烧结得到所需形状的零件。金属MIM工艺流程
MIM技术特点:1、零部件几何形状的自由度高,能像生产塑料制品一样,一次成型生产形状复杂的金属零部件。2、MIM产品密度均匀、光洁度好,表面粗糙度可达到Ra 0.80~1.6μm,重量范围在0.1~200g。尺寸精度高(±0.1%~±0.3%),一般无需后续加工。3、适用材料范围宽,应用领域广,原材料利用率高,生产自动化程度高,工序简单,可实现连续大批量生产。4、产品质量稳定、性能可靠,制品的相对密度可达95%~99%,可进行渗碳、淬火、回火等热处理。产品强度、硬度、延伸率等力学性能高,耐磨性好,耐疲劳,组织均匀。选择何种金属成型工艺,零件的复杂性和生产产量是两个主要决定因素。MIM工艺在零件生产量大和复杂程度高时独占优势。对于零件设计者,应着重设计三维形状复杂的生产量大的零件,以充分发挥MIM工艺的特点,取得降低生产成本和提高产品性能的效果。金属MIM工艺流程