金属粉末注塑件的低成本生产技术

金属粉末注射成型（MIM）采用的是碎化的金属粉末，粒径为0.5～25μm，注射成型用的最佳粒径为2～8μm。为了得到小且分布均匀的微孔，原料中小且均匀的粉末粒子对MIM的微孔成型非常重要，因为其是可能的成核点。总之，粉末粒子对异相成核很有帮助。专用粘结剂一般是聚烯烃、增塑剂和聚乙烯氧化物的混合物。例如，简单的粘结剂可以由64%的石蜡、20%的聚丙烯、15%的巴西棕榈蜡以及1%的硬脂酸组成（各组分的含量指质量分数）。金属粉末的含量高达90%（质量分数）。金属粉末和粘结剂的混合物可以注射成型形状复杂、尺寸精确的注塑件。此外，注射成型能低成本生产大型金属粉末注塑件。金属注射成型的典型温度为150℃，模具温度为40℃。最后，在低于烧结温度的温度下将粘结剂完全去除，但不能破坏注塑件。在去除粘结剂的过程中要降低变形程度。去粘结剂是一个缓慢的过程，要避免应力使注塑件变形。一般是先除去石蜡，然后去除剩余的粘结剂。纯粘结剂在240～260℃下分解，在458℃左右降解。

尽管金属粉末注射成型不是新技术，但金属粉末微孔注射成型是新的工艺^[61，62]。与微孔塑料成型类似，该工艺是将超临界态气体如CO₂或N₂注入熔融物料中，使其溶解到粘结剂（与具有流动性的塑料类似）中。当气体-熔融物料通过喷嘴时，气泡成核，长大形成泡孔。当熔体与冷模具表面接触凝结以后，泡孔停止长大。注塑件随后被去除粘结剂，与剩余气体产生的泡孔烧结。气体与金属粉末混合的优势是降低黏度，使注射成型更加容易。而且，微孔成型不会在注塑件内产生残留应力，去除粘结剂过程中的变形也明显减轻。

最终得到的金属注塑件具有致密的表层，泡孔直径为5～200μm。发明者Dwivedi认为注射后物料碰到型腔壁并释放气体，表面迅速冷却，形成的泡孔最小，从而得到了致密的表面。烧结过程中，金属粒子之间小且自然产生的泡孔消失，在微孔结构中留下大量气体产生的泡孔。这种工艺大大降低了原材料的消耗。

金属微孔注塑件的多孔内层之上形成了致密的表面，但其对表面质量的要求不可能太高。这种技术有可能用于微孔金属、陶瓷和具有完全致密表面的金属间化合物。

除了注射气体之外，微孔金属的形成与微孔塑料成型类似，采用同样的注射成型机，在机筒和螺杆升级后可加工MIM材料，这是一种专利技术^[63]。另一个要求是要用尺寸小且均匀的粉末粒子，得到小且分布均匀的泡孔。粘结剂的化学性质也很重要：液态时气体溶解度要高，固态时溶解度要低。发明者认为这种工艺可以用于珠宝、运动物品、轻质结构和保温制品等的生产。(https://www.daowen.com)

螺杆设计见第7章。MIM用螺杆压缩比低，螺杆分为五段：加料段、过渡段、计量段、自洁段和混合段^[63]。重金属粉末往往向低剪切力区移动，即螺槽底部。不宜将气体与粉末和粘结材料中的水分在螺杆中混合。充模涉及的问题是金属粉末从表面向注塑件中心移动^[24]，但中心处是充模过程中泡孔长得最快的区域，可以将金属粉末从中心区挤开。

镁注塑件的发展应用为开发镁微孔注射成型开辟了商机。镁合金制得的发动机罩具有耐应力开裂性。镁合金比铝轻36%，形成合金后，其强度-质量比在所有结构金属中是最高的。如果合金中产生微孔，而强度没有明显下降，那么强度-质量比会更高。目前的技术称为触变注射成型技术。加工厂商和设备供应商都必须得到Thixomat的许可才能使用这一技术。该技术与微孔技术结合有助于应对镁金属粉末与粘结材料的低黏度气体混合物薄壁注射成型所带来的挑战。

另一个潜在应用是粉末注射成型。粉末指的不仅是钢材，也包括其他材料，如陶瓷、铜、铁、镍铝化合物、水泥碳化物、铝土、钼和钨等。粉末的形状、尺寸及其分布各异。用于其中的塑料材料通常是聚合物、石蜡和其他助剂的混合物。塑料作粘结剂很常见，低温下可将粒子粘在一起，然后将混合物在高温下注射成型。与金属粉末注射成型一样，所有粉末注射成型都可以制备出微孔结构。