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金属粉末注射成型技术在硬质合金生产中的应用


 

发布日期:[2024/1/18]
 

金属粉末注射成型 (Metal Powder Injection Moulding,简称MIM ),是在传统的粉末冶金工艺及塑性注射工艺的基础上发展出来的新型粉末冶金生产工艺。其工艺过程是:金属粉末与有机粘结剂通过混合工艺得到在一定温度下具有一定流动性的喂料,在注射机上注入模具型腔成型,制品毛坯经过胶粘、烧结,得到制品;然后根据需要进行抛光、热处理及表面化学处理后得到*终需要的产品。


传统的硬质合金中,成型一般采用压制成型的方法,受模具及成型工艺的限制,只能生产一些形状简单、结构单一的制品,对一些结构、形状复杂或有特殊形状要求的产品只能通过后续加工完成。由于硬质合金具有高硬度、高强度及高耐磨性,给硬质合金的后续加工带来了极大的困难,也大大增加了加工成本。

MIM技术在硬质合金生产中的应用,极大地改变了硬质合金在成型方面的限制,该方法不仅继承了常规粉末冶金生产工序少、无切削或少切削的优点,而且克服了材料密度低、材质不均匀,不易成形结构、形状复杂及薄壁形产品的缺陷,同时能很好的控制产品精度,获得产品一致性好、性能均衡的终形或近终形制品,从而显著降低了生产成本。尤其适合于生产批量大、结构复杂及有特殊要求的制品。

一、硬质合金MIM工艺过程

1、原材料:

(1)粉料:由于MIM工艺的特殊性,合金粉末颗粒尺寸在20μm以下,以利于提高喂料注射时的流动性,使毛坯材质均匀。

(2)有机粘结剂:MIM要求喂料注射时合金粉末颗粒具有流动性和润滑性,同时要求合金制品毛坯具有足够的强度。因此,要求粘结剂具有良好的润滑性、适当的粘性、较低的熔点、较宽的热解温度区间、易于脱脂和不与合金粉末起化学反应。

2、工艺流程:

金属粉末、粘结剂→混料→喂料→注射成型→萃取→脱粘、烧结→后处理→成品。

喂料成分的均匀性是影响喂料性能的主要因素,它不仅影响喂料的流动性,而且也对合金制品的材料均匀性和力学性能有较大的影响。因此,喂料是MIM重要的工艺过程,通过混合设备,使硬质合金粉末与有机粘结剂均匀混合,形成流动性良好的喂料。

注射成型温度、注射压力、模具精度、喂料收缩系数(通过对粘结剂含量及注射工艺参数进行调整)对毛坯的精度影响*为显著。因此,控制这些因素对于获得高精度成品至关重要。

MIM工艺生产的硬质合金毛坯,粘结剂含量一般在4.2%~7.2%之间。在烧结前,需通过一定的脱粘工艺除去毛坯中的有机粘结剂,以防止烧结时产品易出现鼓泡、裂纹等缺陷而造成废品。烧结是硬质合金生产中*重要的工序之一,对硬质合金产品的组织、性能有重要影响。在MIM烧结工序上,应根据不同牌号、粘结剂体系及合金成分而采用不同的烧结工艺。

二、硬质合金MIM产品的性能

应用MIM工艺生产硬质合金产品,其力学性能以达到硬质合金性能的相应冶金部标要求(YS/T400-94),满足了客户使用要求。一些常见牌号硬质合金MIM产品的物理、力学性能见表1。

三、应用举例

1、喷嘴、喷枪:

采用WC-Ni-Co系列硬质合金粉末注射成型的油田用喷嘴和喷枪如图1、图2所示。采用高碳WC粉末,粘结剂体系采用油性多元粘结剂体系。

2、手机零件:

采用钨合金粉末注射成型的手机零件如图3所示,减少了加工工时,降低了成本,效益显著。

3、表零件:

整体式硬质合金表壳、表摆、表扣,如图4所示。采用WC-TiC-Ni-Co及其它添加元素,选用石蜡基多元粘结剂,不仅很好的满足了材料性能方面的要求,而且产品的形状及尺寸精度也得到了保证。

4、结束语

MIM技术在硬质合金生产中的应用,极大地改变了传统硬质合金生产中在成型方面的限制,使批量生产形状、结构复杂及薄壁形硬质合金产品成为可能。由于MIM是一种近净成型生产技术,它不仅大大降低了产品的后续加工量,降低了硬质合金的生产成本,而且为拓展硬质合金的应用领域带来了机遇。MIM技术作为新型制造业中*为活跃前沿技术,将得到人们的重视及广泛的应用。