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粉未治金技术

发表时间:2016-10-19 14:14:41    文件大小:未知    浏览次数:

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粉未治金技术
金属注射成形技术(MIM)由陶瓷零件的粉末注射成形技术发展而来,是一种新型的粉末冶金近净成形技术。MIM技术的主要生产步骤如下:

金属粉末与粘结剂混合——制粒——注射成形——脱脂——烧结——后续处理——最终产品

该技术适用于大批量生产性能高、形状复杂的小尺寸的粉末冶金零部件。近几十年来,MIM技术发展势头迅猛,能应用的材料体系包括:Fe-Ni合金、不锈钢、工具钢、高比重合金、硬质合金、钛合金、镍基超合金、金属间化合物、氧化铝、氧化锆等。目前注射成形技术在国外已经有不少大规模的产业化应用,如瑞士的手表业。而国内近年来也已经涌现出不少具有一定实力MIM产品的生产企业,如中南工大的湖南英捷,北京安泰,山东乳山金珠以及上海富驰等。
金属和陶瓷粉末材料注射成型(粉末注射成型-PIM)作为一种有竞争力的技术,已经在精密零件领域确立了其地位。PIM的成功来自于塑料注射成型技术和粉末技术的组合,前者具有获得形状的高自由度;后者提供很宽的选择材料的可能性。这导致了形成一个年增长率高于20%的强有力的增长中的市场。粉末注射成型是一种接近纯塑造的加工方法,它组合了粉末技术和塑料注射成型技术的各种优势。聚合物注射成型的主要优点是高速和自动化地生产大批量、几何形状复杂而又无需进行重要的后修饰零件的可能性。PIM加工过程现在可以加工几乎所有可得到的、以适当的粉末形式存在的材料,包括金属、陶瓷、硬质合金、金属间化合物和复合材料。在粉末注射成型中,金属或陶瓷粉通过与足量的聚合物和蜡(粘接剂)混合和均化形成注射成型混合物,这种原料有聚合物的流动性质,能作为粒料用通常的注射成型方法进行加工。注射成型零件(绿色坯块)用如同塑料注射成型那样的方法成型,并采用或多或少有点复杂的注射成型模具。为了得到成品,粘接剂通常在一个两级加工过程中,借助热效应和/或一种化学过程,被从绿色坯块中除去(称谓脱粘接剂)。所形成的"褐色坯块"与注射成型零件有大致相同的形状和尺寸。但由于已经除去粘接剂,所以是一个多孔结构的零件。此零件然后在大约85%的熔点温度,在一个适当地调节好的环境中烧结。孔通过液相的扩散、成型,和颗料增大等而封闭。在烧结过程中零件形状完全保持,结果是用塑料成型加工法可得到的复杂的形状也能在金属和陶瓷零件上再现。精细的原料粉和光洁的模具表面可保证PIM加工方法具有突出的表面质量。按照用途的不同,烧结好的零件可在随后的产品后处理工序中,用搭接、研磨、机械、化学抛光、涂布等方法达到最终的、准备好供使用的状况。注射成型是确定几何形状和尺寸的关键工序。就像热塑性塑料情况那样,来自注料道和流道的混合料冷料可以再行造粒和回收使用,或者可采用热流道喷嘴,直接注射入零件。
零件尺寸从2 mm到5 cm PIM加工方法的典型应用是生产相对较小、密实而又形状复杂的零件,对它们的需求数量,每年在几千到几百万之间。它的高成型自由度使早先用几个工序生产或用几个零件装备起来形成的零件可用一个单独的PIM零件代替。有内部螺纹的、有难于加工的侧陷槽的、要求高表面质量的零件也能可靠地和自动化地进行生产。对于PIM零件,存在有一系列设计判据。PIM零件的典型的和经济上有吸引力的尺寸范围大约从2 mm到5 cm。紧固元件,如眼孔、螺纹或拉钩被集成到零件上也是很典型的,零件也包括,如齿轮、滑动螺栓、滑动表面、传动夹头或结构轴等结构元件。PIM特别适于制造有多功能特点的零件,成型自由度高,这大大扩展了传统生产工艺的适用范围,并且不需要复杂的机械修整和连接加工。
在许多生活领域中的应用 PIM零件现在用于很多日常生活领域,如汽车和空间工业、化学工业、办公室设备和计算机工业,但也用于医药技术、运动设备和军事装备。例如厨房搅拌器的驱动托架,用不锈钢制成,重量为135g,这是一个相对较重的PIM零件。汽车点火开关盖以Fe2Ni为材料,由Radevormwald 的GKN Sinter Metals公司大批量生产。这种零件重8.8g,烧结后牢固地镀上铬。Dornstetten 的Klaeger公司批量生产的陶瓷杯,可省去固定把手的复杂工作程序。其他在消费品和宝石行业的著名的应用例子是不锈钢、钛和贵金属手表零件,例如由瑞士Grenchen的ETA公司生产的这类零件。注射成型机制造商Arburg公司采用了气体辅助技术,使中空的、重量轻的零件进入PIM加工过程。
世界范围的销售额为7亿美元 简单概括一下PIM技术的历史发展情况,与PIM有关的第一个商业活动发生在1960年。但只是在过去的15年里,接受程度和市场潜力才取得稳定的增长。这一技术成熟到这种程度,它成为在零件制造领域可获得的一种有效的交钥匙技术已有几年。它形成的标准制品费用和价格的下降正在打开新的应用领域,并对更广泛地应用PIM作出有重大意义的贡献。近年,世界PIM制品市场发展很快。大约10年前,用PIM技术生产的产品销售额还不足1亿美元,而现在的销售额估计约为7亿美元。陶瓷零件的生产构成这一总数的不到40%。产品的一半以上为机构内消耗而生产。市场的约50%在美国,而欧洲和亚洲各占PIM世界市场的25%。从公司销售额的期望值预测,年增长率是大于20%。这些数字显示,从90年代中期起,PIM变成一种有利可图的业务。这正在激励新公司进入PIM技术领域。这些公司越来越多地不是来自粉末冶金领域,而更可能是有精密压铸或塑料注射成型技术背景的领域。例子包括,如西班牙桑坦德的Ecrimesa公司和荷兰Boxtel的ITB Precisetechnik公司,后者特别因生产钛金属零件而著名。在德国,如Schussenried 的CM Spritzguss公司和Beierfeld 的Hock Sachen 公司也给出这一市场增长的证据。伴随着这一倾向,更多的PIM生产商不自己混合它们的注射成型混合料,而使用制备好的原料。BASF公司的原料系统因它的催化脱粘接剂技术,份额正在不断地增长,尤其在欧洲市场。与此并行,设备技术正经历发展的过程。为了用同一材料大规模地制造零件,一种连续加工技术(迪伦Cremer公司的MIM-Master)已经用于脱粘接剂和烧结过程。仅有相对少的粉末制造商向市场提供PIM原始材料。不断增加的价格压力和市场,对准备好的供加工用原料的需求,引导某些粉末制造商对它们作为原料制造商进入市场的前景进行评估。一个新近的例子是将粉末和原料业务集成到生产PIM零件的一个公司中。例如,美国宾夕法尼亚州里的Carpenter公司,一个零件制造商,买下了瑞典的粉末制造商,瑞典Torshalla 的Anval公司。
光明的市场前景 用户必定会进一步加深对PIM技术的总体了解。为了继续促进PIM零件市场的增长,必须教会用户的设计人员掌握正确的设计方法。正在为此草拟标准和确定公差与性能的原则,也可以获得对设计人员的培训课程。就加工技而论,有一种改进熔炉的发展趋势。采用很均匀的温度控制,将加热脱接剂工序和烧结工序组合到一个熔炉内是可行的。BASF公司的原料的催化脱接剂过程现正被集成到这一构想中。新型材料,如MoCu或WCu,借助PIM方法加工后,可被开发用于,例如,在微电子技术中用的热管理材料(图6)。生物不排斥材料的重要性越来越突出,如用于医药技术中的零件,以及无镍的不锈钢,像BASF公司提供的,产品名称为Panacea的制品。小型化的发展趋势正在越来越多地引导到对极小的陶瓷和金属零件的需求。这方面的最佳例证是注射重量仅为0.067g的微型零件,它们作为绝缘支撑被安装到模型铁路上。它们是Losburg的Arburg公司用PIM技术以有颜色的氧化锆为原料制成的,其精度达到1~2μm。Battenfeld也以一台注射成型(Microsystem 50) 为这种趋势作准备。另一方面,PIM技术也已经扩展了它的领域,包括注射量大于1 kg 的零件。只是因为经济原因,现在才偏向于相对说来难于机械加工或铸造的材料,这是因为材料费用占相当高的比例的缘故。为了经济地生产和对顾客的要求作出快速反应,以快速的原型制造技术帮助制造模具,从而达到较迅速地生产出PIM原型,这一点已经变得越来越重要。进一步改进模具填充的模拟程序,将使PIM技术更经济,减少注射成型的周期时间、采用更先进的供料系统和改进机器控制也将对这一努力作出贡献。