金属注射成形较大尺寸件工艺研究

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1、摘要金属注射成形技术作为粉末冶金领域一门新型近净形成形技术，以其在低成本大批量制备几何形状复杂、组织结构均匀、性能优异的机械零部件方面的独特优势，被誉为“当今最热门的零部件成形技术”。然而国际上目前技术只能制备厚度在10ram以下(且多为5ram)，力学性能不高和精度低的MIM产品，无法满足现在市场上急需应用金属注射成形技术加工形状复杂的较大尺寸件(最小厚度在20～30mm以上)的要求。本文探讨了一种金属注射成形较大尺寸件的技术路线，包括粗粉末金属注射成形工艺性能、较大尺寸件的热脱脂机理、不同粒度粉末烧结件致密化过程对性能和组织的影响及粗粉末强化烧结技术、粗水雾化MIM316L不锈钢耐腐蚀

2、性能等五部分。通过金相显微技术、扫描电镜分析、热重分析及差热分析等现代分析手段开展了大量的实验工作及理论分析。研究了以粒径较大的国产水雾化一100目(中位径为65。71um)、一200目(26．69um)和一400目(19．25um)316L不锈钢粉末为原料制备MIM较大尺寸件技术路线的可行性。实验表明，金属注射成形较大尺寸件用水雾化粗粉末以55％的装载量与蜡基粘结剂制得的喂料，通过正交设计．5可基米德螺旋流动性实验，可以得到较优的注射工艺参数，大大提高粗水雾化不锈钢喂料的流动性。注射成形后的生坯经脱脂后在1360℃温度下烧结lh，其综合力学性能值接近或达到美国MPIF标准值。其中．400

3、目粉末烧结件相对密度为97％，力学性能为：抗拉强度549MPa，屈服强度210MPa，延伸率60．5％，硬度59．1HRB，完全可以胜任MIM316L材料作结构件的力学性能的使用要求。采用粒径较粗的一200目和．400目粉末喂料进行了较大尺寸件成形，并在脱脂临界厚度理论的指导下，制定和优化了热脱脂工艺路线。实验表明，在同样的工艺条件下，．200目粉末的脱脂零件厚度可以达到20mm(直径为32mm，下同)，而一400目粉末则为15mm，这说明了粗粉末能有效的解决金属注射成形较大尺寸件的脱脂问题，并从实践上证明了临界脱脂厚度理论的正确性。对平均粒径分别为65．71um、26．69um、19．2

4、5um的国产水雾化粉，9．9511m的进口气雾化粉，9．57u131、7．84um、5．94um的进口球化水雾化细粉等七种不锈钢粉末进行了金属注射成形，在1350℃、1360℃和1375℃三个烧结温度下烧结1h，并得到了各种粉末的最佳烧结工艺条件。结果表明：烧结温度显著影响粉末烧结致密化过程及其力学性能，粉末特性从本质上决定了粉末烧结致密化驱动力的大小。粉末粒度越小，粉末越不规则，则粉末烧结活性越高。结合对粗水雾化MIM316L不锈钢耐腐蚀性能的研究，可知国产水雾化26．69um和19．25um粉末在1360℃温度下烧结1h，综合力学性能较好，同时其耐腐蚀性能最佳，大大好于MIM工业生产用

5、Osprey气雾化粉末。因此．200目和．400目粉末具有最佳的力学性能与耐腐蚀性能等综合使用性能，通过对其工艺优化，可以代替气雾化粉末在工业生产中广泛应用。研究了金属注射成形较大尺寸件用粗粉末的强化烧结技术，在．100目的粗粉末中加入25wt％的细粉末PF．20R，以55％的粉末装载量注射成形后，经脱脂后在1360℃温度下烧结1h。结果表明：．100目粗粉末在只提高22％单位成本的基础上，其抗拉强度比原来提高了55％，屈服强度提高了58．6％，延伸率提高了70．3％；与进口球形细粉末PF一20R相比，原料成本降低了50％，且其力学性能达到或超过了进口粉末的水平，其中延伸率高出了50％。实

6、验结果与双粒度烧结理论模型吻合的很好。这样找到了一条提高较大尺寸金属注射成形件用粗粉末烧结性能的有效可行途径。关键词：金属粉末注射成形(~ⅡM)，较大尺寸件，MIM316L不锈钢，正交设计，工艺参数，耐腐蚀性能，力学性能IIkBSTRAOTMetalInjectionMolding(MIM)isanwell—knownhotmanufacturingtechnology，asanadvancednearnetshapeprocesswithwellrecognizedcapabilityforeflicientlyproducingcomplexmultidimensionalpartsw

7、ithhighperformanceatlowcostinpowdermetallurgy．Applicationofthistechnologytolargerpartswiththicksectionbeyond20to30mmdemandedbyindustrialmarkethasnOWbeenlimitedduetOthebarrierindebindingandthehighcostofthefinepowd