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金屬粉體的選擇
金屬注射成形產(chǎn)品的成形性和性能等與原料粉體的選擇有著密切的聯(lián)系。原料粉體的粒徑大小及分布、顆粒的形狀以及粉體的比表面積等，都影響著注射成形的各個(gè)環(huán)節(jié)和產(chǎn)品的最終性能。如粉體的粒徑大小和形狀會(huì)對(duì)喂料的流動(dòng)性能有很大影響，從而會(huì)影響注射充模過程。在燒結(jié)時(shí)，粉體顆粒的粒徑越小，燒結(jié)時(shí)的驅(qū)動(dòng)力就越大，燒結(jié)致密化過程也越快，產(chǎn)品致密化程度也會(huì)提高，粉體粒徑的大小同時(shí)也會(huì)影響燒結(jié)體的晶粒尺寸。
目前應(yīng)用于金屬注射成形的金屬粉體主要包括不銹鋼、鐵基合金、鎢基合金以及硬質(zhì)合金等。理論上任何能夠制成金屬粉體的材料都可用于金屬注射成形，鎂和鋁除外，因?yàn)殒V和鋁的金屬粉體極易被氧化，形成氧化膜阻礙粉體顆粒間的相互融合。
羰基鐵粉是金屬注射成形最常用的材料之一。它的流行是由于其優(yōu)越的機(jī)械性能，易于熱處理，和有競爭力的價(jià)格。然而，羰基鐵粉的一個(gè)主要缺點(diǎn)是在燒結(jié)的最后階段出現(xiàn)異常的晶粒生長，導(dǎo)致燒結(jié)組分的密度只能達(dá)到理論值的96%，即使在真空爐和1300℃的高溫?zé)Y(jié)下也是如此。
為了提高M(jìn)IM燒結(jié)構(gòu)件的力學(xué)性能，經(jīng)常在羰基鐵粉中加入Ni和Mo作為合金元素。鎳溶解到鐵基體中可以有效地控制羰基鐵的異常晶粒生長，有利于提高零件的密度，而Mo元素則可以增加鋼的強(qiáng)度及淬透性。其中Fe-Ni-Mo-C合金是一種低合金鋼，該材料具有高強(qiáng)度、高硬度、良好的耐磨性和熱穩(wěn)定性以及較好的抗腐蝕性能等，注射成形制備這類低合金鋼具有精度高、性能優(yōu)良等優(yōu)勢。
MIM粉體粒徑在0.5~20μm左右，通常粉體顆粒越小，比表面積就越大，有利于金屬顆粒與粘結(jié)劑的充分接觸，對(duì)后續(xù)的成形和燒結(jié)越有利。一般對(duì)MIM用金屬粉體的要求主要有：
(1)粉體有較大的松裝密度，MIM適用于制備尺寸小且形狀復(fù)雜的零件，因此在粉體流動(dòng)性得到保證的前提下，要求粉體的松裝密度要越高越好；(2)粉體要細(xì)小，細(xì)粉在MIM燒結(jié)過程中速度較快，缺陷少，產(chǎn)品致密度高；(3)粉體形貌選擇球形或者近球形，球形粉之間的摩擦力小，流動(dòng)性好，成形容易，產(chǎn)品尺寸精度較高；(4)粒度分布較寬或較窄，粒度分布斜率SW處于2~8之間。
MIM所用的金屬粉體原料的制備方法主要是羰基法和霧化法，其中霧化法又包括水霧化和氣霧化兩種。羰基法所得粉體顆粒非常細(xì)，且純度高，尤其適用于MIM，但是羰基法制粉一般只適用于鐵粉和鎳粉等，材料適用性不廣；水霧化法所得粉體顆粒細(xì)小，形狀不一，對(duì)MIM維形有很好的作用，且其效率高，適于大規(guī)模生產(chǎn)，但制粉時(shí)在高溫下水易與金屬粉發(fā)生反應(yīng)形成氧化膜，阻礙燒結(jié)時(shí)金屬粉融合和產(chǎn)品致密化；氣霧化法通常可用于制造形狀規(guī)則的球形粉，粉體不易被氧化，但所得超細(xì)粉少，所需粘結(jié)劑少，保形性差。有的研究者通過水氣聯(lián)合霧化的方法來改善粉體的球形度以及降低粉體氧含量和雜質(zhì)含量。
粘結(jié)劑的選擇與脫脂
喂料中的粘結(jié)劑應(yīng)具備兩個(gè)功能，其一是為喂料提供一定的流動(dòng)性。能提供良好流動(dòng)性的粘結(jié)劑，在注射成形過程中可以順利充填模具型腔；其二是能夠?yàn)樽⑸渑黧w和脫脂坯體提供一定的強(qiáng)度，以維持其形狀不變形。
金屬注射成形喂料（圖源：悅安新材）
脫脂即脫除注射生坯存在的大量粘結(jié)劑，當(dāng)粘結(jié)劑被脫除之后，會(huì)在脫脂坯體中留下大量孔隙，因此，粘結(jié)劑中需要有能夠維持脫脂坯形狀的組分，以確保其不變形和塌陷，為后續(xù)的燒結(jié)過程做準(zhǔn)備。
MIM常用的粘結(jié)劑體系主要是熱塑性體系，其中以石蠟基與聚甲醛基為主，蠟基粘結(jié)劑通常采用溶劑脫脂綜合熱脫脂以完成脫脂過程；聚甲醛基粘結(jié)劑主要是利用聚甲醛對(duì)酸性氣氛的敏感性，使其在較低的溫度下就能促進(jìn)聚甲醛催化分解成甲醛氣體從坯體中逸出，從而實(shí)現(xiàn)快速脫脂。
燒結(jié)缺陷和尺寸控制
金屬注射成形制備工藝中產(chǎn)生的缺陷有很多是在混料過程以及注射成形時(shí)產(chǎn)生的，這些缺陷一般存在于坯體內(nèi)部，所以很難被發(fā)現(xiàn)。因此，金屬注射成形技術(shù)需要對(duì)初始的工藝設(shè)計(jì)過程合理設(shè)計(jì)并嚴(yán)格要求，以避免缺陷的產(chǎn)生。例如混煉時(shí)，應(yīng)盡量保證喂料中金屬粉體與粘結(jié)劑混合的均勻性和一致性；注射成形時(shí)，應(yīng)合理設(shè)計(jì)和組合注射參數(shù)，盡量減少飛邊、裂紋、熔接痕、鼓泡以及黑線等缺陷的產(chǎn)生。
到目前為止，對(duì)注射成形的工藝設(shè)計(jì)基本上還是以經(jīng)驗(yàn)為主，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和智能化的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)也開始運(yùn)用于金屬注射成形的生產(chǎn)過程中，為注射參數(shù)的設(shè)定提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。金屬注射成形產(chǎn)品尺寸精度的控制涉及到注射成形的各個(gè)環(huán)節(jié)，如喂料的流動(dòng)性和溫度穩(wěn)定性，注射成形的完整性和一致性以及燒結(jié)過程中燒結(jié)工藝的制定和孔隙的收縮等。
資料來源：
廖燕霞：注射成形制備鐵基小模數(shù)齒輪的微結(jié)構(gòu)與性能研究，中南大學(xué)2023
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
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