高比重钨合金的金属注射成形技术.docx

高比重钨合金的金属注射成形技术 *李益民钟孝贤唐嵘 赵慕岳(中南工业大学粉末冶金工程研究中心 长沙 410083)摘 要 概述了金属 高比重钨合金的金属注射成形技术 * 李益民 钟孝贤 唐 嵘 赵慕岳 (中南工业大学粉末冶金工程研究中心 长沙 410083) 摘 要 概述了金属注射成形技术的基本工艺过程及其特点 , 从几种金属注射成形典型工艺分 析入手介绍了金属注射成形技术的发展状况 , 最后介绍了该技术在高比重钨合金中的 应用 。 关键词 金属注射成形 高比重钨合金 粉末冶金 生产成本高 。而金属注射成形技术则可解决 这一问题 。且由于传统方法生产的钨粉粒度 小 , 采用 MIM 工艺不需要增加粉末成本 , 较之低合金钢 、不锈钢等材料的注射成形又 具有独特的原材料成本优势 。本文全面介绍 了 MIM 技术的工艺过程 、发展情况和在高 比重钨合金中的具体应用 。 0 前 言 金 属 注 射 成 形 ( Metal InjectionMoldi ng , 简 称 MIM) 是一种从塑料注射成形行业中引伸 出来的新型粉末冶金近净形成形技术1 。众 所周知 , 塑料注射成形技术能以低廉的价格 生产多种复杂形状的制品 , 但强度不高 。为 了改善其性能 , 可以在塑料中添加金属或陶 瓷粉以得到较高强度 、耐磨性好的制品 。近 年来 , 这一想法已发展演变为最大限度地提 高固体粒子的含量并且在随后的烧结过程中 完全除去粘结剂并使得成形坯致密化 , 得到 金属零部件 。这种新的粉末冶金成形方法称 为金属注射成形 。 金 属 注 射 成 形 技 术 在 制 备 具 有 复 杂 形 状 、均匀组织结构和高性能的高精度近净形 产品方面具有独特的优势 。凡可以制成粉末 的任何金属或合金均可用此方法制造零件 。 此外 , 该技术可以完全实现 自 动 化 连 续 作 业 , 生产效率高 , 并且材料利用率几乎可达 100 % 。高 比 重 钨 合 金 零 件 广 泛 应 用 于 军 工 、医疗和科学实验器材等方面 , 随着技术 的进步 , 各应用部门对高比重钨合金零件形 状的要求越来越复杂 , 加工难度越来越大 , 1 金属注射成形的基本工艺过 程 金属粉末注射成形的基本工艺步骤如图 1 所示 。首先是选择符合 MIM 要求的金属粉 →制粒 →注射成形 →脱脂 →烧结 →产品 图 1 金属粉末注射成形的基本工艺步骤 末和粘结剂 , 然后在一定温度下采用适当的 方法将粉末和粘结剂混合成均匀的注射成形 喂料 , 经制粒后在注射成形机上注射成形 , 获得的成形坯经过脱脂处理和烧结致密化成 为最终成品 。 1. 1 原料粉末 MIM 对原料粉末要求较高 , 要求粉末的 选择有利于混炼 、注射成形 、脱脂和烧结 , 而这些要求往往是相互矛盾的 。对 MIM 原 * 国家“八六三”高技术计划基金和国家教委跨世纪人才计划基金资助项目 →混炼 粉 末 粘结剂 中国钨业154第 14 卷表 1最佳原料粉末性质粒度/μm粉末长径比 堆集休 中国钨业 154 第 14 卷 表 1 最佳原料粉末性质 粒度/μm 粉末长径比 堆集休止角/ (°) 粒度组成 松装密度/ % 摇实密度/ % 粉末形状 2～8 较宽或较窄 40～45 50 近球形 1 . 2～1 . 5 50～60 料粉末的要求包括 :粉末形貌 、粒度和粒度组 成 、比表面等 。表1列出最适合于 MIM 用的原 料粉末的性质 。 由于 MIM 原料粉末要求很细 ,所以 MIM 原料粉末价格一般较高 ,约为传统 PM 粉末 价格的 1～ 10倍 ,这是目前限制 MIM 技术广 泛应用的一个关键因素 。目前生产 MIM 用原 料粉末的方法主要有羰基法 、超高压水雾化 法 、高压气体雾化法等2 。 1. 2 粘结剂 粘结剂在金属注射成形技术中所起作用 相当关键 。只有在加入一定量的粘结剂后 ,粉 末体才能具有合适流动性能 适 合 于 注 射 成 形 。成形后粘结剂又起着保持制品形状的作 用 ,直至烧结前被脱脂除掉为止 。粘结剂的含 量一般体积分数为40 %～60 % 。 对 粘 结 剂 的 要 求 一 般 包 括 下 面 几 个 方 面 : 粘结剂与粉末接触角小 ,粘附力强 ,纯粘 结剂在注射温度下的粘度应小于0. 1Pa ·s , 并且不与粉末发生两相分离现象 ,冷却后粘 结剂应有一定的强度和脆性 ,为了保证注射 和脱脂的顺利进行 ,同时肩负着传递流动和 保持形状作用的粘结剂一般 采 用 多 组 元 体 系 ,即由流动性好低熔点组元 ( 石蜡 、植物油 等) 和具有较好保形性和较高熔点的聚合物 组元组成 ,再添加少量表面活性剂 。