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          MIM技術(shù)的發(fā)展史及未來(lái)發(fā)展趨勢

          MIM技術(shù)的發(fā)展史及未來(lái)發(fā)展趨勢

          • 分類(lèi):行業(yè)資訊
          • 作者:
          • 來(lái)源:
          • 發(fā)布時(shí)間:2019-03-11 16:03
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          【概要描述】MIM技術(shù)的發(fā)展史及未來(lái)發(fā)展趨勢  金屬注射成形最早可溯源于20世紀20年代開(kāi)始的陶瓷火花塞的粉末注射成形制備,隨后的幾十年間粉末注射成形主要集中于陶瓷注射成形。直到1979年,由Wiech等人組建的Parmatech公司的金屬注射成形產(chǎn)品獲得兩項大獎,以及當時(shí)Wiech和Rivers先后獲得專(zhuān)利,粉末注射成形才開(kāi)始轉向以金屬注射成形為主導。在Parmatech公司轉讓了他們的幾項專(zhuān)利后,MIM公

          MIM技術(shù)的發(fā)展史及未來(lái)發(fā)展趨勢

          【概要描述】MIM技術(shù)的發(fā)展史及未來(lái)發(fā)展趨勢  金屬注射成形最早可溯源于20世紀20年代開(kāi)始的陶瓷火花塞的粉末注射成形制備,隨后的幾十年間粉末注射成形主要集中于陶瓷注射成形。直到1979年,由Wiech等人組建的Parmatech公司的金屬注射成形產(chǎn)品獲得兩項大獎,以及當時(shí)Wiech和Rivers先后獲得專(zhuān)利,粉末注射成形才開(kāi)始轉向以金屬注射成形為主導。在Parmatech公司轉讓了他們的幾項專(zhuān)利后,MIM公

          • 分類(lèi):行業(yè)資訊
          • 作者:
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          • 發(fā)布時(shí)間:2019-03-11 16:03
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            MIM技術(shù)的發(fā)展史及未來(lái)發(fā)展趨勢

            金屬注射成形最早可溯源于20世紀20年代開(kāi)始的陶瓷火花塞的粉末注射成形制備,在隨后的幾十年間粉末注射成形主要集中于陶瓷注射成形。直到1979年,由Wiech等人組建的Parmatech公司的金屬注射成形產(chǎn)品獲得兩項大獎,以及當時(shí)Wiech和Rivers先后獲得專(zhuān)利,粉末注射成形才開(kāi)始轉向以金屬注射成形為主導。在Parmatech公司轉讓了他們的幾項專(zhuān)利后,MIM公司紛紛建立起來(lái)。1980年Wiech組建了Witec公司,1982年Brunswick公司進(jìn)入MIM行業(yè),并收購了Witec公司,其后又逐步注冊了Omark工業(yè)、Remington軍品、Rocky牙科等子公司。1986年,日本Nippon Seison公司引進(jìn)了Wiech工藝。1990年以色列Metalor2000公司從Parmatech公司引進(jìn)了Wiech工藝技術(shù),建立了MIM生產(chǎn)線(xiàn)。經(jīng)過(guò)近二十年的發(fā)展,2003年全球MIM產(chǎn)品市場(chǎng)總值達到約10億美元。以地域劃分,美國占了55%,接下來(lái)為歐洲和日本。目前全世界共有超過(guò)500家公司從事金屬注射成形產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷(xiāo)售工作,另外還有約40家MIM粉末供應商,20家MIM喂料供應商。據統計,全球MIM產(chǎn)業(yè)的成形能力已超過(guò)700臺注射成形機、500臺爐子、300臺混煉機。Marko Maetzig詳細分析了歐洲的情況,歐洲共有120家公司和30家研究機構從事MIM方面的工作,擁有250臺注射成形機,年消耗1100噸喂料。歐洲的MIM公司38%來(lái)自于傳統的陶瓷行業(yè),有250臺注射成形機,年消耗1100噸喂料。歐洲的MIM公司38%來(lái)自于傳統的陶瓷行業(yè)27%來(lái)自于塑料行業(yè),8%來(lái)自于傳統粉末冶金和金屬切削加工行業(yè),5%來(lái)自于鑄造行業(yè),另有14%為新成立的公司。日本現在共有20~30家MIM公司,日本近幾年MIM市場(chǎng)呈現穩定上升趨勢。雖然2001年較2000年有所下降,但總體而言,其銷(xiāo)售總額呈穩定增長(cháng)趨勢。其銷(xiāo)售總額呈穩定增長(cháng)趨勢。

            MIM經(jīng)歷了一條快速發(fā)展的道路。雖然MIM正引起人們越來(lái)越大的關(guān)注,但目前其工業(yè)規模與傳統加工技術(shù)相比還顯弱小,還有很大的發(fā)展潛力。新生的MIM工業(yè)還需要我們采取制定工業(yè)標準、加快工業(yè)化、提高從業(yè)者素質(zhì)、研發(fā)設備以及爭取顧客等一系列的努力來(lái)將其發(fā)展壯大。然而,MIM技術(shù)的發(fā)展依然是驚人的并顯現出強大的生命力。圖1。6為近15年及今后10年的MIM銷(xiāo)售統計及預測圖。從圖中可以看到20世紀90年代MIM年銷(xiāo)售額的平均增長(cháng)速度達到了22%,預計今后十年整個(gè)市場(chǎng)仍會(huì )以20%~30%的速度遞增。隨著(zhù)工藝不斷完善,金屬注射成形技術(shù)的優(yōu)越性正逐漸顯示出來(lái),將會(huì )被越來(lái)越多的行業(yè)和客戶(hù)所接受,它所帶來(lái)的市場(chǎng)份額也正急劇增大。由于市場(chǎng)潛力巨大,許多風(fēng)險投資也開(kāi)始涉足MIM行業(yè)??梢灶A見(jiàn),MIM將發(fā)展成為21世紀最有前途的零部件制造技術(shù)之一。

            1-3金屬注射成形技術(shù)的發(fā)展方向

            金屬注射成形技術(shù)由于采用細小粉末和大量的粘結劑,其工藝過(guò)程和機制與傳統粉末冶金壓制/燒結工藝相比發(fā)生了巨大的變化,存在粉末/粘結劑塑化體的流變學(xué)行為、喂料穩定流動(dòng)填充模腔的過(guò)程預測和控制、粘結劑從成形坯中脫除的物理化學(xué)機制及動(dòng)力學(xué)、粘結劑脫除后松散粉末聚集體燒結至全致密化等等諸多新的基礎理論及實(shí)踐問(wèn)題。這些基礎理論及實(shí)踐問(wèn)題牽涉到粉末科學(xué)、燒結理論、聚合物科學(xué)、流變學(xué)、表面物理化學(xué)、計算機數值模擬等多門(mén)學(xué)科。

            金屬注射成形技術(shù)經(jīng)過(guò)20余年的發(fā)展,全世界約有500多家公司和研究機構從事金屬注射成形技術(shù)方面的工作,產(chǎn)品已應用到各行各業(yè),包括航空航天、兵器、槍械、移動(dòng)通訊產(chǎn)品、汽車(chē)零部件、辦公機器產(chǎn)品、體閑產(chǎn)品、精密機械部件、醫療產(chǎn)品、鑰匙、電動(dòng)工具部件、光纖通訊產(chǎn)品、軸承部件、鐘表零部件等。材料體系也非常廣泛,包括不銹鋼、低合金鋼、鎢合金、鈦合金、硬質(zhì)合金、陶瓷等。但是直到2003年底,全球的MIM產(chǎn)品市場(chǎng)總值僅為10億美元,大大低于各種預測數字,還遠遠沒(méi)達到可與機加工、精密鑄造、壓制/燒結等工藝相匹敵的一項加工技術(shù)。其主要原因在于金屬注射成形技術(shù)通過(guò)大量粘結劑的加入和脫除,雖然能解決復雜形狀的問(wèn)題,但大量粘結劑的加入和脫除使得現有MIM技術(shù)局限對不起應用在制備小尺寸、低精度、力學(xué)性能不高的產(chǎn)品和材料體系。目前國際范圍內現有金屬注射成形技術(shù)只能制備厚度在10mm(且多為5mm)以下,對微觀(guān)組織結構和力學(xué)性能要求不高,尺寸精度為±0.3%~0.5%的產(chǎn)品,如高速鋼、硬質(zhì)合金、鈦合金和陶瓷刀具、刃具等。這主要有以下幾方面的原因。由于MIM過(guò)程中加入大量的粘結劑,粘結劑脫除后燒結類(lèi)似于傳統粉末冶金的松裝燒結,需采用細粉作為原料,才能滿(mǎn)足致密化要求,導致成本大幅度升高,對于較大尺寸產(chǎn)品若還是只能采用細粉就沒(méi)有了競爭力。同時(shí)由于產(chǎn)品尺寸上升,脫脂所需時(shí)間呈指數關(guān)系增加,且缺陷產(chǎn)生幾率大幅度增加。另外,產(chǎn)品尺寸上升,注射成形過(guò)程時(shí)間增加,對粘結劑流變性能的要求更高,以使其能將粉末迅速帶至模腔的不同部位。以上這些都是制約MIM技術(shù)向較大尺寸發(fā)展的因素。所以MIM技術(shù)一直局限于較小尺寸產(chǎn)品。對于尺寸精度,由于MIM工藝過(guò)程中存在粘結劑的加入和脫除,粘結劑脫除后燒結產(chǎn)品經(jīng)歷一個(gè)非常大的收縮率(線(xiàn)收縮率10%~20%),此時(shí)各種因素都將影響尺寸精度,所以必須建立起工藝過(guò)程參數對尺寸精度影響的數學(xué)模型,建立實(shí)時(shí)監控體系。

            另外,由于MIM工藝過(guò)程中粉末/粘結劑塑化體經(jīng)歷多次物理和化學(xué)狀態(tài)變化,在不同階段易引入不同缺陷,所以MIM技術(shù)目前在對缺陷敏感、力學(xué)性能要求高的材料體系及產(chǎn)品中應用得較少。

            但在市場(chǎng)上所需求的各種零部件產(chǎn)品尺寸范圍一般都大于10mm,最小厚度多在10~30mm之間。若MIM產(chǎn)品能達到30mm尺寸范圍,則MIM應用領(lǐng)域將得到極大的拓寬,尤其是在槍械、汽車(chē)、精密機械等領(lǐng)域,像沖鋒槍、機槍、火炮、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機、機械臂零件等。金屬注射成形技術(shù)的±0.3%~0.5%尺寸精度,雖然優(yōu)于精密鑄造產(chǎn)品,但落后于粉末冶金壓制/燒結的機加工。如果能將尺寸提高到±0.1%~0.05%,達到傳統粉末冶金壓制/燒結工藝的尺寸精度,并接近機加工產(chǎn)品的水平,同樣將大大拓展MIM技術(shù)的應用領(lǐng)域和生命力。另一方面,目前MIM雖然已應用于各種材料體系,但就市場(chǎng)銷(xiāo)售額來(lái)看,絕大部分產(chǎn)品集中在對力學(xué)性能要求不高的低合金鋼、不銹鋼產(chǎn)品。以日本的統計數據為例,2002年67%的MIM產(chǎn)品為低合金鋼和不銹鋼產(chǎn)品,只有不到15%為T(mén)i合金、高速鋼、硬質(zhì)合金等對力學(xué)性能要求高的缺陷敏感型工具類(lèi)材料。這些工具類(lèi)材料本身非常難于加工,是MIM非常適用的對象,但由于該類(lèi)材料對缺陷較為敏感,傳統MIM工藝在各工藝步驟中易于引入各種缺陷,使得到目前為止MIM技術(shù)在這些材料中應用很少。若能開(kāi)發(fā)出無(wú)缺陷、高性能MIM技術(shù),則將極大地擴展MIM材料種類(lèi),拓展MIM材料市場(chǎng)。

            目前國際上也開(kāi)始注意到現有MIM技術(shù)的局限性,有少數幾個(gè)單位開(kāi)始分別在某一方面進(jìn)行研究。如法國Impace公司開(kāi)發(fā)了一種稱(chēng)之為Quickset的無(wú)粘結劑MIM新工藝,只需傳統MIM粘結劑含量的5%,突破了傳統MIM制品的質(zhì)量和尺寸限制。用該工藝使用74μm粒度粉末可制備厚達20mm,重量達800g的制品。美國Thermat公司開(kāi)發(fā)了PMIM新工藝,使用不同粒度粉末搭配,使得產(chǎn)品尺寸精度達到±0.1%。美國賓州大學(xué)正在研究硬質(zhì)合金、高速鋼和陶瓷刀具的MIM工藝。另外,在注射成形與其他新興的先進(jìn)技術(shù)的結合方面,美國和歐洲也正在開(kāi)展各種工作,如注射成形技術(shù)與微波燒結技術(shù)的結合,多種材料體系混合注射、注射成形技術(shù)與微電子生產(chǎn)技術(shù)的結合以及高度自動(dòng)化控制的化工生產(chǎn)設備的引入等。

            近些年金屬注射成形技術(shù)主要是朝著(zhù)兩個(gè)方向發(fā)展:適用材料體系的擴展,滿(mǎn)足獨特的粘結劑及脫脂技術(shù)而開(kāi)發(fā)的高可靠性生產(chǎn)設備。表現為以下幾個(gè)特點(diǎn):

            1、 材料體系的多方向拓展

            注射成形技術(shù)是比較理想的、能夠經(jīng)濟地成形、接近最終需要形狀,燒結后僅需少量或不需要后續加工的近凈成形技術(shù),這在精密陶瓷的工業(yè)化生產(chǎn)應用中變得愈來(lái)愈重要。在精密陶瓷的生產(chǎn)方面主要應用到碳化物、金屬陶瓷、無(wú)機非金屬陶瓷、氧化物陶瓷、金屬間化合物等方面。

            以氧化鋯陶瓷光纖插針(ferrules)為例,采用注射成形技術(shù)制備生坯可以大大縮短后續加工時(shí)間。由于在模腔中成形的毛坯已帶有具一定精度的通孔,后續的研磨工藝減少到擠壓成形的三分之一到四分之一,從而使得生產(chǎn)效率提高,生產(chǎn)成本大幅度降低。生產(chǎn)成本大幅度降低。

            耐磨工具材料實(shí)際在開(kāi)發(fā)的有Co基合金、W基合金、硬質(zhì)合金、Al2O3-30TiC 復合切削工具陶瓷、莫萊石(MULLITE)、SiC、Si3N4等。注射成形還應用于其他材料,如SiC/Al復合材料、工具鋼、鈦合金、無(wú)磁硬質(zhì)合金、W/Cu合金、稀土永磁材料、KOVAR合金等。

            磁性材料如軟磁鐵氧體,粘結永磁(如NdFeB,SmCo等)是運用注射成形技術(shù)的又一個(gè)廣闊領(lǐng)域。

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