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2017-2018年MIM行业的新技术趋势

MIM(Metal Injection Molding，金属***成型)虽然是一个小行业，相关从业人员不超过几百万；有趣的是，MIM却影响了大行业，卡托曾经于2012~2016采用MIM来制作的”爆品”零件，那是影响了数十亿用户啊！21世纪后，MIM工艺进一步得到改进，新材料、新工艺不断涌现，产业化发展迅速。那么2017-2018年，MIM又会有哪些值得期待的亮点？

1.气态草酸催化脱脂-下一代催化脱脂我国独创的新技术

在2010年开始，由德国BASF引进的HNO3催化脱脂是国内MIM近几年的主流脱脂工艺，但其操作危 险性和环境危 害性是行业内都知道的无奈事实，从早期设备安全侦测不足引发气爆、几位从业人员失当操作被HNO3不同程度灼 伤，以及近年***严加管制HNO3的使用以防止环境的破 坏。在此背景下，下一代催化脱脂新技术-气态草酸脱催化脂技术，开始出现在本次粉末冶金展，并且是由我国业者独创的新技术。理论上，颗粒越细，比表面积也越大，易于成型和烧结传统的粉末冶金则采用大于40μm的较粗的粉末，传统压铸成形强度低、精密铸造无法大量量产、车削件成本较高等技术缺点。

1）世界独步技术；

2）固体草酸环保且安全，免除液体催化剂的各种风险；同时减轻了企业使用脱脂后必须承担的社会责任；

3）草酸排放的碳氢氧化合物比HNO3的氮氧更环保；

4） 外部加热汽化系统，改变了过去液体滴酸的干扰，提升了脱脂效率。

金属***成形用不锈钢粉的生产工艺

金属***成形技术由陶瓷零件的粉末***成形技术发展而来，是一种新型的粉末冶金近净成形技术。金属***成形技术技术的主要生产步骤如下：金属粉末与粘结剂混合——制粒——***成形——脱脂——烧结——后续处理——***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，如瑞士的手表业用来生产手表零件。      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。金属***成形技术要求粉末粒度为微米级以下，形状近球形。此外对粉末的松装密度、摇实密度、粉末长径比、自然坡度角、粒度分布也有一定的要求。目前生产金属***成形技术用粉末的主要方法有：水雾化法、气体雾化法、羰基法。常用的不锈钢金属的粉末牌号有：304L，316L， 317L，410L，430L，434L，440A，440C，17-4PH等。很好的耐蚀性能：达克罗膜层的厚度仅为4-8μm，但其防锈效果却是传统电镀锌、热镀锌或涂料涂覆法的7-10倍以上。

     对于水雾化法其制作流程为：

     选用不锈钢原料——中频感应炉内熔化——成份调整——脱氧除渣——雾化制粉——质量检测——筛分——包装入库主要用到的设备有：中频感应熔炉、高压水泵、全封闭式制粉装置、循环水水池、筛分和包装设备、检测仪器等。

    对于气雾化法其制作流程为：

    选用不锈钢原料——中频感应炉内熔化——成份调整——脱氧除渣——雾化制粉——质量检测——筛分——包装入库主要用到的设备有：中频感应熔炉、氮气源和雾化装置、循环水水池、筛分和包装设备、检测仪器等。

每种方法各有其优缺点：水雾化法是主要的制粉工艺，其效率高、大规模生产比较经济，可使粉末细微化，但形状不规则，这有利于保形，但所用粘结剂较多，影响精度。此外，水与金属高温反应形成的氧化膜妨碍烧结。气体雾化法是生产金属***成形技术用粉的主要方法，它生产的粉末为球形，氧化程度低，所需粘结剂少，成形性好，但极细粉收率低，价格高，保形性差，且粘结剂中的C，N，H，O对烧结体有影响。羰基法生产的粉末纯度高、开头稳定、粒度极细，它***适合于 MIM，但仅限于Fe,Ni等粉体，不能满足品种的要求。为了满足金属***成形技术用粉的要求，许多制粉公司对上述方法进行了改进，还发展了微雾化、层流雾化等制粉方法。现在通常是水雾化粉和气雾化粉混合使用，前者提高振实密度后者维持保形性。在此背景下，下一代催化脱脂新技术-气态草酸脱催化脂技术，开始出现在本次粉末冶金展，并且是由我国业者独创的新技术。目前采用水雾化粉也可生产相对密度大于99%的烧结体，因此较大型零件只使用水雾化粉，较小型零件使用气雾化粉

AIM工艺简介及AIM生产设备的发展现状

MIM和CIM是粉末***成形工艺的两大分支。其中MIM是发展***早也***成熟的一个分支，被称为21世界***热门的零部件成形技术，它也的确没有辜负这样一个荣誉，其产业不断发展和壮大，并拥有了专门的金属***成形生产设备。现在粉末***成型工艺一出现第三大分支：AIM，即铝合金***成型。近年来，随着金属***成形工艺的不断成熟和普及，人们也越来越关注铝合金这种具有优异功能的特殊复合金属，因铝合金种类繁多，性质差异较大，表面极易被氧化的特点，其在***成形方面与普通金属或合金要求是不同的，于是才会出现专门的AIM——铝合金***成形。该工艺技术不仅具有常规粉末冶金工艺工序少、无切削或少切削、经济效益高等优点，而且克服了传统粉末冶金工艺制品密度低、材质不均匀、机械性能低、不易成型薄壁、复杂结构的缺点，特别适合于大批量生产小型、复杂以及具有特殊要求的金属零件。

任何一个工艺要想发展，形成一种产业，必须要通过生产设备的改进和升级来为企业提高生产效率，AIM也不例外，***初它是没有专用的设备的，传统粉末冶金和注塑行业通用生产设备以及金属***成形专用设备的都曾被用于该工艺中。但是它有其独特的原料特点，那些非专用生产设备都无法很好满足其正常生产需要，即使勉强可以使用制品的质量也大打折扣。十、PVD真空镀物***相沉积（PVD）：是一种工业制造上的工艺，是主要利用物理过程来沉积薄膜的技术。

AIM生产设备(主要是混炼造粒设备和***设备)的研究是近几年才开始的，因为铝合金***成形技术是非常***的一门技术，国内对其研究也是刚刚开始，目前南京科技大学对此领域研究较早较多并已经取得一定研究成果，在领域的水平可以达到世界前三。由于铝合金粉末的摩擦系数比普通金属粉末和陶瓷粉末都要小，因此就混炼设备和***设备来讲，原则上是可以与其共用的。使金属表面形成一层氧化膜，以防止金属表面被腐蚀，此处理过程称为“发蓝”。

随着AIM企业对生产效率和设备自动化，加工连续化程度以及设备性能等要求的提高，***的铝合金***成形混炼机、造粒机及***机的研究开始被众多机械设备制造商提上日程。

目前国内已有少数几家机械设备制造商通过与高等院校合作的方式，在AIM专用生产设备的研发生产方面取得了初步的成效，并在一些企业开始试用，其功能和特性还有待在以后的生产实践中不断摸索和改进，相信随着科技不断进步，这些生产设备也会朝着智能化、环保化、自动化发展。分解氨是液氨经热分解后获得的由氢和氮组合的混合气体，在粉末冶金中即可作为还原剂，也用来作为烧结气氛，除了某些含有氮成分的制品因与该气氛产生化学反应不能采用这种气氛烧结以外，大多数的金属都可采用这种气氛来烧结。

金属粉末充模模拟机理和颗粒模拟的使用

对于多相填充流，人们发现可以因为剪切力作用，或是颗粒间的相互作用而形成些独特的结构。特性使得这一现象尤为突出。这就带来了一些问题，比如：流体是否均匀，流体是否是多相的且每个组分是否都起着***的作用来影响整个流体的流动性。通过观察流道横截面上的流体可以发现许多有趣的现象。和中显示的是横截面的放大图，显示出了相的分离以及年轮一样的结构。上面图片中的白色条纹是相分离的一种表征，那里是一些粘结剂中的低熔点组分。在这样的地方很容易产生裂纹。这种结构明显表明流体是多相的，甚至可能是类固体的。所以实际上的MIM喂料熔体是非均质的流体，其运动方式和均质流体存在着差异。二、第二把火——正火：1、正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的***更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为***终热处理。

　　在粉末-粘结剂两相体系中，粉末颗粒和粘结剂之间存在着强烈的相互作用，因此颗粒附近粘结剂的运动将受到一定的限制。在这个模型里，将具有不规则形状的粉末简化为规则球形的颗粒，每个颗粒周围包覆着一层粘结剂，这层粘结剂随颗粒一起运动，即将其看成一个复合单元。粘结剂的厚度假定是常数，以此确保系统质量的恒定。尽管这些复合单元的周围还有自由粘结剂的存在，且其粘性制约了粉末颗粒的运动，还是可将复合单元看成是不受外围粘结剂介质的影响。有趣的是，MIM却影响了大行业，卡托曾经于2012~2016采用MIM来制作的”爆品”零件，那是影响了数十亿用户啊。

　　修正颗粒模型颗粒模型较为充分地考虑了MIM喂料的独特性，可以描述粉末的运动情况，因此这个模型在简单计算每个粉末颗粒的实际运动情况方面较为精准，但对于实际的三维问题，颗粒模型的微观分析需要大量的单元，且容易造成计算的发散。很难将其应用到诸如粉末等微细粉末的分析。所以必须对已有的颗粒模型进行一定的修正。展示了通过这种颗粒模型模拟出来的MIM喂料充模的情况。从中可以较清楚地看出密度分布的不均匀性。达克罗涂层的导电性能不是太好，因此不宜用于导电连接的零件，如电器的接地螺栓等。

　　结论由于MIM喂料在模腔中的流动可以看成是固-液两相流动，所以采用传统的连续介质模型来进行流动模拟存在较大的偏差。很多研究表明，MIM喂料在充模过程中将发生粉末和粘结剂分离的现象。通过这种方法可以直接考察粉末特性（粒度、粒径分布、密度和形状等）对流动过程的影响。从而可以监视流动过程中粉末的运动、聚集以及密度变化分布情况和两相分离等特殊现象。为了简化三维问题中的计算，还在基于修正颗粒流体动力学的基础上对该模型进行了修正。对于不同的金属粉末，其混炼时选择的粘结剂种类也不同，配比自然也不同。