. 复杂、精密金属陶瓷零部件成型技术的革命

粉末注射成形技术(Powder injection molding 简称PIM)是小型复杂零部件成形与加工工艺的一场革命，近年来得到了世界各工业发达国家的高度重视，被国际上誉为"当今最热门的零部件成形技术"。截至1999年底，全世界约有300家的公司和科研院所从事PIM技术的研究。近几年来PIM产业年增长率约为32%。预计到2010年，全球PIM产品总销售额将达24亿美元。我国PIM技术于80年代末90年代初由中南大学粉末冶金研究所率先从事该项技术的研究和开发，并已开始从事该技术的产业化工作。

2．粉末注射成形技术原理

金属、陶瓷粉末注射成形（PIM）是一种新的金属、陶瓷零部件制备技术。它是将聚合物注射成形技术引入粉末冶金领域而生成的一种全新零部件加工技术（图1）。

图1

该技术应用塑料工业中注射成形的原理，将金属、陶瓷粉末和聚合物粘结剂混炼成均匀的具有粘塑性的流体，经注射机注入模具成型再脱除粘结剂后烧结全致密化而制得各种零部件（图2）。

图2  注射成形技术工艺流程图

3．粉末注射成形技术的特点

PIM作为一种制造高质量精密零件的近净成形技术，具有常规粉末冶金和机加工方法无法比拟的优势。PIM能制造许多具有复杂形状特征的零件：如各种外部切槽，外螺纹，锥形外表面，交叉通孔、盲孔，凹台与键销，加强筋板，表面滚花等等，具有以上特征的零件都是无法用常规粉末冶金方法得到的。

由于通过PIM制造的零件几乎不需要再进行机加工，所以减少了材料的消耗，因此在所要求生产的复杂形状零件数量高于一定值时，PIM就会比机加工方法更为经济。

表1 PIM和精密铸造成形能力的比较

另一个典型的与PIM竞争的工艺是精密铸造，表1比较了这两种工艺制造的零件的特点。在许多方面，PIM都具有较大的优势，但这不足以说明全部问题，许多由PIM制造的形状是其他途径无法得到的。PIM技术由于采用大量的粘结剂作为增强流动的手段，所以可以像塑料工业中一样任意成形各种复杂形状的金属零件，这是传统粉末冶金模压工艺不可能达到的。而且由于注射成形是一种近净成形工艺，基本上不需要后续加工，使零件制造成本大大降低，以前需要几十道机加工工序的零件可以一次成形获得。另外，由于注射成形时流动充填模腔的均匀性，使得PIM产品各处密度均匀，避免了PM模压工艺中不可避免的密度不均匀性，且由于采用细粉，产品烧结后可达到很高的密度。因而，PIM产品的力学性能一般都优于模压和精密铸造产品。因此，PIM技术被认为是"当今最热门的零部件成形技术"。

4.PIM工艺的优势

1. 能像生产塑料制品一样，一次成形生产形状复杂的金属、陶瓷等零部件。
2. 产品成本低，光洁度好，精度高（±0.3%～±0.1%），一般无需后续加工。
3. 产品强度、硬度、延伸率等力学性能高，耐磨性好，耐疲劳，组织均匀。
4. 原材料利用率高，生产自动化程度高，工序简单，可连续大批量生产。
5. 无污染，生产过程为清洁工艺生产。

5．PIM技术的适用材料和应用领域

PIM技术的应用始于1973年，当时Weich等人组建了Parmatech公司，但PIM技术还处于萌芽状态，鲜为人知。直到1979年，其产品在国际粉末冶金大会产品设计大赛中获两项大奖才引起粉末冶金工业界的重视。从此后，PIM技术的应用得到了飞速的发展，到1998年底，全球共有300家以上的公司和机构从事PIM技术的研究、开发、生产和咨询业务。预计到本世纪末，PIM技术产品的全球总产值将从1994年的1.5亿美元提高到10亿美元，而到2010年预计为24亿美元（见图3）。

图3  注射成形技术市场分析

PIM技术原则上可用于任何能制成粉末的材料，目前应用的PIM材料体系如表2和表3所示，表4为PIM典型产品。

表2  常用PIM材料体系

表3  较新PIM材料体系应用

表4  常用PIM材料体系

其材料典型力学性能如表5所示，其产品力学性能达到甚至超过锻造件的水平。

表5  几种粉末注射成形材料的基本性能