金屬粉末注射成型的燒結(jié)過程有什么特點(diǎn)
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2025-05-08
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關(guān)鍵詞：金屬粉末注射成型的燒結(jié)過程有什么特點(diǎn)
一、致密化過程顯著
原理闡述：燒結(jié)是
金屬粉末注射成型（
MIM）中的關(guān)鍵步驟，其核心目的是使經(jīng)過脫脂后的坯件中的金屬粉末顆粒相互結(jié)合，減少孔隙，提高零件的密度和強(qiáng)度。在燒結(jié)過程中，金屬粉末顆粒在高溫下發(fā)生原子擴(kuò)散、塑性流動和蠕變等現(xiàn)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(shí)現(xiàn)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(jié)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(jié)、緊密排列，最終形成一個(gè)堅(jiān)實(shí)的整體。
數(shù)據(jù)支撐：一般來說，經(jīng)過燒結(jié)后，MIM 零件的密度可以達(dá)到理論密度的 95% - 99%，甚至更高。
二、溫度控制嚴(yán)格
溫度范圍特定：不同金屬材料的燒結(jié)溫度各不相同，且燒結(jié)溫度范圍相對較窄。燒結(jié)溫度過低，金屬粉末顆粒之間的原子擴(kuò)散和結(jié)合能力不足，無法實(shí)現(xiàn)充分的致密化，導(dǎo)致零件的強(qiáng)度和硬度較低；燒結(jié)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(dǎo)致零件變形或熔化。
溫度均勻性要求高：在燒結(jié)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(dǎo)致零件不同部位的收縮不一致，從而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和變形。因此，燒結(jié)爐需要具備良好的溫度控制系統(tǒng)，能夠精確控制爐內(nèi)的溫度分布，確保零件在均勻的溫度環(huán)境下進(jìn)行燒結(jié)。
三、氣氛條件關(guān)鍵
保護(hù)氣氛作用：為了防止金屬粉末在高溫下氧化，燒結(jié)過程通常需要在特定的氣氛條件下進(jìn)行，如真空、氫氣、氮?dú)饣蚍纸獍钡缺Ｗo(hù)氣氛。這些保護(hù)氣氛可以隔絕空氣，避免金屬與氧氣發(fā)生反應(yīng)，保證零件的純度和性能。
不同氣氛適用情況
真空燒結(jié)：適用于活性較高的金屬材料，如鈦、鋯等。在真空環(huán)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(jié)合，提高燒結(jié)質(zhì)量。但真空燒結(jié)設(shè)備成本較高，操作相對復(fù)雜。
氫氣燒結(jié)：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(jìn)金屬粉末的燒結(jié)。常用于燒結(jié)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(yán)格的安全措施。
氮?dú)鉄Y(jié)：氮?dú)馐且环N惰性氣體，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)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?dú)庠谀承┣闆r下可能會與金屬發(fā)生微弱的反應(yīng)，影響零件的性能。
四、尺寸變化明顯
收縮現(xiàn)象：在燒結(jié)過程中，由于金屬粉末顆粒之間的結(jié)合和孔隙的減少，零件會發(fā)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(jié)溫度和時(shí)間等因素。
收縮控制重要性：尺寸收縮的不可控性會導(dǎo)致零件的尺寸精度下降，無法滿足設(shè)計(jì)要求。因此，在 MIM 工藝中，需要準(zhǔn)確預(yù)測和控制零件的燒結(jié)收縮率。通常通過實(shí)驗(yàn)和模擬的方法，建立材料特性、工藝參數(shù)與收縮率之間的關(guān)系模型，在模具設(shè)計(jì)和制造過程中預(yù)先考慮收縮因素，對模具尺寸進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯?，以保證燒結(jié)后零件的尺寸精度。
各向異性收縮：此外，燒結(jié)過程中還可能出現(xiàn)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(jié)過程中的溫度梯度等因素引起的。各向異性收縮會導(dǎo)致零件產(chǎn)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(jié)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(jìn)行表面處理，如拋光、噴砂、電鍍等，以提高零件的表面質(zhì)量和外觀。
熱處理：為了進(jìn)一步提高零件的力學(xué)性能，如硬度、強(qiáng)度、韌性等，燒結(jié)后的零件可能還需要進(jìn)行熱處理，如淬火、回火、時(shí)效處理等。不同的熱處理工藝可以改變金屬的微觀組織結(jié)構(gòu)，從而調(diào)整零件的性能。
機(jī)加工：雖然 MIM 工藝是一種近凈成形技術(shù)，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(jié)后的零件可能還需要進(jìn)行少量的機(jī)加工，如精車、銑削、鉆孔等。
