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金屬粉體的選擇

金屬注射成形產品的成形性和性能等與原料粉體的選擇有著密切的聯系。原料粉體的粒徑大小及分布、顆粒的形狀以及粉體的比表面積等，都影響著注射成形的各個環節和產品的最終性能。如粉體的粒徑大小和形狀會對喂料的流動性能有很大影響，從而會影響注射充模過程。在燒結時，粉體顆粒的粒徑越小，燒結時的驅動力就越大，燒結致密化過程也越快，產品致密化程度也會提高，粉體粒徑的大小同時也會影響燒結體的晶粒尺寸。

目前應用于金屬注射成形的金屬粉體主要包括不銹鋼、鐵基合金、鎢基合金以及硬質合金等。理論上任何能夠制成金屬粉體的材料都可用于金屬注射成形，鎂和鋁除外，因為鎂和鋁的金屬粉體極易被氧化，形成氧化膜阻礙粉體顆粒間的相互融合。

羰基鐵粉是金屬注射成形最常用的材料之一。它的流行是由于其優越的機械性能，易于熱處理，和有競爭力的價格。然而，羰基鐵粉的一個主要缺點是在燒結的最后階段出現異常的晶粒生長，導致燒結組分的密度只能達到理論值的96%，即使在真空爐和1300℃的高溫燒結下也是如此。

為了提高MIM燒結構件的力學性能，經常在羰基鐵粉中加入Ni和Mo作為合金元素。鎳溶解到鐵基體中可以有效地控制羰基鐵的異常晶粒生長，有利于提高零件的密度，而Mo元素則可以增加鋼的強度及淬透性。其中Fe-Ni-Mo-C合金是一種低合金鋼，該材料具有高強度、高硬度、良好的耐磨性和熱穩定性以及較好的抗腐蝕性能等，注射成形制備這類低合金鋼具有精度高、性能優良等優勢。

MIM粉體粒徑在0.5~20μm左右，通常粉體顆粒越小，比表面積就越大，有利于金屬顆粒與粘結劑的充分接觸，對后續的成形和燒結越有利。一般對MIM用金屬粉體的要求主要有：

(1)粉體有較大的松裝密度，MIM適用于制備尺寸小且形狀復雜的零件，因此在粉體流動性得到保證的前提下，要求粉體的松裝密度要越高越好；(2)粉體要細小，細粉在MIM燒結過程中速度較快，缺陷少，產品致密度高；(3)粉體形貌選擇球形或者近球形，球形粉之間的摩擦力小，流動性好，成形容易，產品尺寸精度較高；(4)粒度分布較寬或較窄，粒度分布斜率SW處于2~8之間。

MIM所用的金屬粉體原料的制備方法主要是羰基法和霧化法，其中霧化法又包括水霧化和氣霧化兩種。羰基法所得粉體顆粒非常細，且純度高，尤其適用于MIM，但是羰基法制粉一般只適用于鐵粉和鎳粉等，材料適用性不廣；水霧化法所得粉體顆粒細小，形狀不一，對MIM維形有很好的作用，且其效率高，適于大規模生產，但制粉時在高溫下水易與金屬粉發生反應形成氧化膜，阻礙燒結時金屬粉融合和產品致密化；氣霧化法通常可用于制造形狀規則的球形粉，粉體不易被氧化，但所得超細粉少，所需粘結劑少，保形性差。有的研究者通過水氣聯合霧化的方法來改善粉體的球形度以及降低粉體氧含量和雜質含量。

粘結劑的選擇與脫脂

喂料中的粘結劑應具備兩個功能，其一是為喂料提供一定的流動性。能提供良好流動性的粘結劑，在注射成形過程中可以順利充填模具型腔；其二是能夠為注射坯體和脫脂坯體提供一定的強度，以維持其形狀不變形。

金屬注射成形喂料（圖源：悅安新材）

脫脂即脫除注射生坯存在的大量粘結劑，當粘結劑被脫除之后，會在脫脂坯體中留下大量孔隙，因此，粘結劑中需要有能夠維持脫脂坯形狀的組分，以確保其不變形和塌陷，為后續的燒結過程做準備。

MIM常用的粘結劑體系主要是熱塑性體系，其中以石蠟基與聚甲醛基為主，蠟基粘結劑通常采用溶劑脫脂綜合熱脫脂以完成脫脂過程；聚甲醛基粘結劑主要是利用聚甲醛對酸性氣氛的敏感性，使其在較低的溫度下就能促進聚甲醛催化分解成甲醛氣體從坯體中逸出，從而實現快速脫脂。

燒結缺陷和尺寸控制

金屬注射成形制備工藝中產生的缺陷有很多是在混料過程以及注射成形時產生的，這些缺陷一般存在于坯體內部，所以很難被發現。因此，金屬注射成形技術需要對初始的工藝設計過程合理設計并嚴格要求，以避免缺陷的產生。例如混煉時，應盡量保證喂料中金屬粉體與粘結劑混合的均勻性和一致性；注射成形時，應合理設計和組合注射參數，盡量減少飛邊、裂紋、熔接痕、鼓泡以及黑線等缺陷的產生。

到目前為止，對注射成形的工藝設計基本上還是以經驗為主，隨著計算機技術和智能化的不斷發展，計算機數值模擬技術也開始運用于金屬注射成形的生產過程中，為注射參數的設定提供理論基礎和依據。金屬注射成形產品尺寸精度的控制涉及到注射成形的各個環節，如喂料的流動性和溫度穩定性，注射成形的完整性和一致性以及燒結過程中燒結工藝的制定和孔隙的收縮等。

資料來源：

廖燕霞：注射成形制備鐵基小模數齒輪的微結構與性能研究，中南大學2023

（中國粉體網編輯整理/平安）

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