. 復(fù)雜、精密金屬陶瓷零部件成型技術(shù)的革命

粉末注射成形技術(shù)(Powder injection molding 簡(jiǎn)稱PIM)是小型復(fù)雜零部件成形與加工工藝的一場(chǎng)革命，近年來(lái)得到了世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的高度重視，被國(guó)際上譽(yù)為"當(dāng)今最熱門的零部件成形技術(shù)"。截至1999年底，全世界約有300家的公司和科研院所從事PIM技術(shù)的研究。近幾年來(lái)PIM產(chǎn)業(yè)年增長(zhǎng)率約為32%。預(yù)計(jì)到2010年，全球PIM產(chǎn)品總銷售額將達(dá)24億美元。我國(guó)PIM技術(shù)于80年代末90年代初由中南大學(xué)粉末冶金研究所率先從事該項(xiàng)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)，并已開(kāi)始從事該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化工作。

2．粉末注射成形技術(shù)原理

金屬、陶瓷粉末注射成形（PIM）是一種新的金屬、陶瓷零部件制備技術(shù)。它是將聚合物注射成形技術(shù)引入粉末冶金領(lǐng)域而生成的一種全新零部件加工技術(shù)（圖1）。

圖1

該技術(shù)應(yīng)用塑料工業(yè)中注射成形的原理，將金屬、陶瓷粉末和聚合物粘結(jié)劑混煉成均勻的具有粘塑性的流體，經(jīng)注射機(jī)注入模具成型再脫除粘結(jié)劑后燒結(jié)全致密化而制得各種零部件（圖2）。

圖2  注射成形技術(shù)工藝流程圖

3．粉末注射成形技術(shù)的特點(diǎn)

PIM作為一種制造高質(zhì)量精密零件的近凈成形技術(shù)，具有常規(guī)粉末冶金和機(jī)加工方法無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。PIM能制造許多具有復(fù)雜形狀特征的零件：如各種外部切槽，外螺紋，錐形外表面，交叉通孔、盲孔，凹臺(tái)與鍵銷，加強(qiáng)筋板，表面滾花等等，具有以上特征的零件都是無(wú)法用常規(guī)粉末冶金方法得到的。

由于通過(guò)PIM制造的零件幾乎不需要再進(jìn)行機(jī)加工，所以減少了材料的消耗，因此在所要求生產(chǎn)的復(fù)雜形狀零件數(shù)量高于一定值時(shí)，PIM就會(huì)比機(jī)加工方法更為經(jīng)濟(jì)。

表1 PIM和精密鑄造成形能力的比較

另一個(gè)典型的與PIM競(jìng)爭(zhēng)的工藝是精密鑄造，表1比較了這兩種工藝制造的零件的特點(diǎn)。在許多方面，PIM都具有較大的優(yōu)勢(shì)，但這不足以說(shuō)明全部問(wèn)題，許多由PIM制造的形狀是其他途徑無(wú)法得到的。PIM技術(shù)由于采用大量的粘結(jié)劑作為增強(qiáng)流動(dòng)的手段，所以可以像塑料工業(yè)中一樣任意成形各種復(fù)雜形狀的金屬零件，這是傳統(tǒng)粉末冶金模壓工藝不可能達(dá)到的。而且由于注射成形是一種近凈成形工藝，基本上不需要后續(xù)加工，使零件制造成本大大降低，以前需要幾十道機(jī)加工工序的零件可以一次成形獲得。另外，由于注射成形時(shí)流動(dòng)充填模腔的均勻性，使得PIM產(chǎn)品各處密度均勻，避免了PM模壓工藝中不可避免的密度不均勻性，且由于采用細(xì)粉，產(chǎn)品燒結(jié)后可達(dá)到很高的密度。因而，PIM產(chǎn)品的力學(xué)性能一般都優(yōu)于模壓和精密鑄造產(chǎn)品。因此，PIM技術(shù)被認(rèn)為是"當(dāng)今最熱門的零部件成形技術(shù)"。

4.PIM工藝的優(yōu)勢(shì)

1. 能像生產(chǎn)塑料制品一樣，一次成形生產(chǎn)形狀復(fù)雜的金屬、陶瓷等零部件。
2. 產(chǎn)品成本低，光潔度好，精度高（±0.3%～±0.1%），一般無(wú)需后續(xù)加工。
3. 產(chǎn)品強(qiáng)度、硬度、延伸率等力學(xué)性能高，耐磨性好，耐疲勞，組織均勻。
4. 原材料利用率高，生產(chǎn)自動(dòng)化程度高，工序簡(jiǎn)單，可連續(xù)大批量生產(chǎn)。
5. 無(wú)污染，生產(chǎn)過(guò)程為清潔工藝生產(chǎn)。

5．PIM技術(shù)的適用材料和應(yīng)用領(lǐng)域

PIM技術(shù)的應(yīng)用始于1973年，當(dāng)時(shí)Weich等人組建了Parmatech公司，但PIM技術(shù)還處于萌芽狀態(tài)，鮮為人知。直到1979年，其產(chǎn)品在國(guó)際粉末冶金大會(huì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)大賽中獲兩項(xiàng)大獎(jiǎng)才引起粉末冶金工業(yè)界的重視。從此后，PIM技術(shù)的應(yīng)用得到了飛速的發(fā)展，到1998年底，全球共有300家以上的公司和機(jī)構(gòu)從事PIM技術(shù)的研究、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)和咨詢業(yè)務(wù)。預(yù)計(jì)到本世紀(jì)末，PIM技術(shù)產(chǎn)品的全球總產(chǎn)值將從1994年的1.5億美元提高到10億美元，而到2010年預(yù)計(jì)為24億美元（見(jiàn)圖3）。

圖3  注射成形技術(shù)市場(chǎng)分析

PIM技術(shù)原則上可用于任何能制成粉末的材料，目前應(yīng)用的PIM材料體系如表2和表3所示，表4為PIM典型產(chǎn)品。

表2  常用PIM材料體系

表3  較新PIM材料體系應(yīng)用

表4  常用PIM材料體系

其材料典型力學(xué)性能如表5所示，其產(chǎn)品力學(xué)性能達(dá)到甚至超過(guò)鍛造件的水平。

表5  幾種粉末注射成形材料的基本性能