近年來汽車工業(yè)相當(dāng)繁榮，僅是2020年全國汽車產(chǎn)量就高達(dá)2522.5萬輛。由于每輛汽車都包含超過100個粉末冶金零部件，因此汽車市場的快速增長很好地帶動了粉末冶金產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

粉末冶金是一種使用金屬粉為原料的金屬成形工藝，通過壓制和燒結(jié)可將金屬粉末壓縮成接近最終零部件的形狀，被公認(rèn)為是可針對不同行業(yè)的大量應(yīng)用生產(chǎn)高質(zhì)量的燒結(jié)結(jié)構(gòu)部件的優(yōu)良生產(chǎn)工藝，發(fā)展至今已有100多年的歷史。

在這100多年的發(fā)展歷史中，粉末冶金也經(jīng)歷了許多改變，其中最引人注目的，莫過于粉末注射成型（MIM）迅速實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化并取得突破性進(jìn)展，尤其是電子儀器產(chǎn)業(yè)，在亞洲更是占MIM零件銷售額的50%——電子器件的微型化需要生產(chǎn)成本較低、性能更好、體積更小的零件，這正是MIM的優(yōu)勢所在。

目前MIM法與傳統(tǒng)的粉末冶金法（簡稱PM法）是粉末冶金中關(guān)注度且使用度較高的兩種生產(chǎn)工藝。二者除了原理不同外，在原料的選擇上也有所出入，具體都有哪些差異？下面便來一起看看。

二者工藝原理差異

PM，即單軸向剛性模具壓制成形法，是當(dāng)前粉末冶金工業(yè)普遍采用的方法，屬于粉末冶金工業(yè)中的金屬粉末成形方法。主要包含三個主要步驟，首先主要組成材料被造粒成細(xì)小顆粒的粉末；然后將粉末填入成型模具內(nèi)，施以一定的壓力，先形成具有所需零件形狀和尺寸的生坯體，最后對此坯體進(jìn)行高溫?zé)Y(jié)。

而MIM是一種從塑料注射成形行業(yè)中引伸出來的，利用模具注射成型并通過燒結(jié)快速制造高密度，高精度、三維復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)零件的新型粉末冶金近凈成形技術(shù)。其制造流程主要包括三步：首先選取符合技術(shù)要求的金屬粉末和粘結(jié)劑，然后在一定溫度下采用適當(dāng)?shù)姆椒▽⒎勰┖驼辰Y(jié)劑混合成均勻的注射成型喂料，經(jīng)制粒后在注射成型機上注射成型，最后成型坯件經(jīng)脫脂后燒結(jié)致密化成為最終產(chǎn)品。

MIM結(jié)合了注塑成型設(shè)計的靈活性和精密金屬的高強度和整體性，因此可用來實現(xiàn)極度復(fù)雜幾何部件的低成本解決方案。不僅零件精度高，相對密度大，表面光潔度好，而且生產(chǎn)自動化程度高，適合連續(xù)大批量生產(chǎn)。

粉體原料性能差異

無論是什么工藝，原料粉末的好壞對生產(chǎn)的成功具有重要作用，MIM更是如此。因為粉末的粒度、形貌及純度等不僅影響到MIM產(chǎn)品的性能，而且還影響其工藝性能。

與傳統(tǒng)的粉末冶金工藝相比，MIM工藝為了保證粉末粘結(jié)劑體系在注射中順利充模，加入了約30~55%（體積分?jǐn)?shù)）的有機粘結(jié)劑，所以為了得到高密度的最終產(chǎn)品，就必須使用具有高燒結(jié)驅(qū)動力的微細(xì)粉末。另外，選用細(xì)粉還有另外一個好處，就是燒結(jié)產(chǎn)品的表面光潔度好。

一般來說，MIM使用的原料粉末粒度直徑為2-15μm，而傳統(tǒng)粉末冶金的原料粉末粒度為50-100μm。但粉末粒度細(xì)，不僅成本增高（約為傳統(tǒng)PM粉末價格的1~10倍），而且易團(tuán)聚，增加了混煉均勻的難度，而且脫脂的速率相對較慢，從而降低了MIM工藝的生產(chǎn)效率。

除粒度之外，MIM用粉末的形貌也相當(dāng)重要。當(dāng)形狀為球形時，粉末間的摩擦力較低，與有機粘結(jié)劑混合后喂料的粘度也低，易于注射成形，這一點對形狀復(fù)雜或壁薄產(chǎn)品尤其重要。但從注射坯體是否容易變形的角度來看，由球形粉所得到的坯體往往強度低，后繼脫脂時容易變形甚至坍塌，而形狀不規(guī)則的粉末因粉末間的機械嚙合力作用，其坯體強度高，脫脂時不易變形。

MIM對原粒粉末的最佳要求

另外，粉末的純度，也即粉末的氧、碳及其它雜質(zhì)含量也對MIM產(chǎn)品的性能有影響，特別是對鈦、鈦合金、鋁、NdFeB等這些對成分敏感材料而言。粉末表面的氧化程度不僅對燒結(jié)性能有影響，而且對其力學(xué)或其它物理性能也有較大的影響。為了確保MIM零件的燒結(jié)性能和材料特性，所用粉末純度越高越好，氧含量越低越好。

雖然金屬粉末的生產(chǎn)工藝多種多樣，但鑒于MIM 工藝對粉末的特殊要求，所以對其制備方法也有所限制。目前生產(chǎn)MIM用原料粉末的方法主要有羥基法和霧化法，為了滿足注射成型對極細(xì)球狀粉末的需求，一些公司還開發(fā)了一些新的霧化技術(shù)，如高壓氣體霧化、超音速層流氣體霧化技術(shù)等，所得鋁合金和不銹鋼粉末的中徑≤10μm。

總結(jié)

總而言之，MIM工藝具有傳統(tǒng)粉末冶金工藝的優(yōu)點，但是形狀自由度是傳統(tǒng)粉末冶金所不能達(dá)到的。可以說，金屬粉末注射成型技術(shù)的出現(xiàn)，給各行各業(yè)的設(shè)計和制造人員提供了嶄新的設(shè)計思路和制造技術(shù)。

目前該工藝適用的材料非常廣，包括低合金鋼、不銹鋼、工具鋼、鎳基合金、鎢合金、硬質(zhì)合金、鈦合金、磁性材料、Kovar合金、精細(xì)陶瓷等，常見應(yīng)用領(lǐng)域可看下表：

通過采用MIM技術(shù)，原來由于可加工性和加工經(jīng)濟(jì)性差而不得不放棄的一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)計方案也可以大膽使用。尤其是目前市場上需要更輕、更薄及更具美感的手機，MIM工藝正正迎合了這種需求，目前手機中已有幾種裝備零件是采用MIM工藝制造的，例如：采用鎢制造的振子平衡重量，采用高強度鋼去制造鉸鏈等。

顯然，MIM的潛力是不可忽視的，如果您想對此有更深入的了解，歡迎關(guān)注粉體圈即將在9月17日于廣州保利世貿(mào)展覽館6號館舉辦的“2021年全國粉末冶金創(chuàng)新發(fā)展論壇暨納米金屬粉體制備與應(yīng)用研討會”，屆時會有更多精彩等著您噢。

資料來源：

金屬注射成型技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化探討，夏玉海，譚志強，葉健，王曉文，郭忠臣。

金屬粉末注射成型技術(shù)及應(yīng)用，熊運昌，楊萍，丁文偉。

MIM 用金屬粉末的現(xiàn)狀及發(fā)展，段柏華，曲選輝，林冰濤，秦明禮。

粉體圈 NANA