金屬粉末注射成型的燒結過程有什么特點
信息來源：本站 | 發布日期：
2025-05-08
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關鍵詞：金屬粉末注射成型的燒結過程有什么特點
一、致密化過程顯著
原理闡述：燒結是
金屬粉末注射成型（
MIM）中的關鍵步驟，其核心目的是使經過脫脂后的坯件中的金屬粉末顆粒相互結合，減少孔隙，提高零件的密度和強度。在燒結過程中，金屬粉末顆粒在高溫下發生原子擴散、塑性流動和蠕變等現象，顆粒之間的接觸面積逐漸增大，孔隙不斷縮小和消失，從而實現致密化。
類比說明：可以把金屬粉末顆粒想象成一堆散落的沙子，燒結過程就如同將這些沙子加水并施加壓力，使沙子顆粒之間相互粘結、緊密排列，最終形成一個堅實的整體。
數據支撐：一般來說，經過燒結后，MIM 零件的密度可以達到理論密度的 95% - 99%，甚至更高。
二、溫度控制嚴格
溫度范圍特定：不同金屬材料的燒結溫度各不相同，且燒結溫度范圍相對較窄。燒結溫度過低，金屬粉末顆粒之間的原子擴散和結合能力不足，無法實現充分的致密化，導致零件的強度和硬度較低；燒結溫度過高，則可能引起金屬晶粒的過度長大，降低零件的性能，甚至導致零件變形或熔化。
溫度均勻性要求高：在燒結過程中，還需要保證零件各部位的溫度均勻性。如果溫度分布不均勻，會導致零件不同部位的收縮不一致，從而產生內應力和變形。因此，燒結爐需要具備良好的溫度控制系統，能夠精確控制爐內的溫度分布，確保零件在均勻的溫度環境下進行燒結。
三、氣氛條件關鍵
保護氣氛作用：為了防止金屬粉末在高溫下氧化，燒結過程通常需要在特定的氣氛條件下進行，如真空、氫氣、氮氣或分解氨等保護氣氛。這些保護氣氛可以隔絕空氣，避免金屬與氧氣發生反應，保證零件的純度和性能。
不同氣氛適用情況
真空燒結：適用于活性較高的金屬材料，如鈦、鋯等。在真空環境下，金屬表面的氧化膜可以被還原或去除，有利于金屬粉末顆粒之間的直接結合，提高燒結質量。但真空燒結設備成本較高，操作相對復雜。
氫氣燒結：氫氣具有良好的還原性，可以有效去除金屬表面的氧化物，促進金屬粉末的燒結。常用于燒結銅基、鎳基等合金。然而，氫氣是易燃易爆氣體，在使用過程中需要嚴格的安全措施。
氮氣燒結：氮氣是一種惰性氣體，化學性質穩定，成本較低。適用于一些對氣氛要求不高的金屬材料，如不銹鋼等。但氮氣在某些情況下可能會與金屬發生微弱的反應，影響零件的性能。
四、尺寸變化明顯
收縮現象：在燒結過程中，由于金屬粉末顆粒之間的結合和孔隙的減少，零件會發生明顯的收縮。收縮率的大小取決于金屬材料的種類、粉末的粒度、燒結溫度和時間等因素。
收縮控制重要性：尺寸收縮的不可控性會導致零件的尺寸精度下降，無法滿足設計要求。因此，在 MIM 工藝中，需要準確預測和控制零件的燒結收縮率。通常通過實驗和模擬的方法，建立材料特性、工藝參數與收縮率之間的關系模型，在模具設計和制造過程中預先考慮收縮因素，對模具尺寸進行適當的放大，以保證燒結后零件的尺寸精度。
各向異性收縮：此外，燒結過程中還可能出現各向異性收縮，即零件在不同方向上的收縮率不同。這主要是由于粉末顆粒的排列方向、模具的約束作用以及燒結過程中的溫度梯度等因素引起的。各向異性收縮會導致零件產生變形，影響其形狀精度和裝配性能。
五、后處理需求多樣
表面處理：燒結后的 MIM 零件表面可能存在一些缺陷，如氧化皮、毛刺等，需要進行表面處理，如拋光、噴砂、電鍍等，以提高零件的表面質量和外觀。
熱處理：為了進一步提高零件的力學性能，如硬度、強度、韌性等，燒結后的零件可能還需要進行熱處理，如淬火、回火、時效處理等。不同的熱處理工藝可以改變金屬的微觀組織結構，從而調整零件的性能。
機加工：雖然 MIM 工藝是一種近凈成形技術，但為了滿足一些高精度的尺寸要求或特定的形狀要求，燒結后的零件可能還需要進行少量的機加工，如精車、銑削、鉆孔等。
