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金属注射成型 (MIM)中的热处理增强性能：全面概述

2024-07-15

金属注射成型 (MIM)是生产小型复杂金属部件的合适工艺。与其他传统方法(如机械加工)相比，钢部件的 MIM 更简单、成本更低、可以在更短的时间内大批量生产。许多应用需要比烧结部件更高的硬度。进行热处理工艺是为了实现所需的冶金性能。热处理过程会随着温度和时间的变化而改变金属，以提高耐用性并释放金属的潜力以适应各种应用，旨在改变微观结构并有助于改善剪切强度等物理性能并提高耐磨性。

密封淬火炉是一种气氛炉，使用混合气体为渗碳、淬火和其他工艺创造受控环境。该炉还具有油淬火系统，能够以受控方式快速冷却加热的金属部件，称为淬火。该炉设计有密封室，可防止工件氧化和污染。

真空热处理炉利用真空环境对材料进行高温处理，具有防止氧化、减少污染、提高产品质量等优点，采用高压惰性气体对零件进行淬火。

低压渗碳真空炉具有双加热室容量。它用于提高生产率和产量。它确保尺寸精度并减少零件变形，同时防止渗碳过程中的晶间氧化。与单室真空炉相比，它最大限度地减少了能量损失和排放。它提高了生产能力和工艺重复性。

金属注射成型 (MIM) 中的热处理工艺步骤

脱脂

这是从绿色部件中去除粘合剂的工艺。该工艺可以通过催化方式实现，使用催化添加剂、溶剂和水的组合去除粘合剂，也可以通过热方式实现，这需要在熔炉或烤箱中的改良气氛下进行热处理。所需方法取决于所用原料的类型。经过此工艺的部件随后被称为“棕色”部件。

根据所用原料的类型，可能需要对部件进行化学和热脱脂。化学工艺将去除大部分粘合剂，而热工艺将去除残留粘合剂，也称为“主干粘合剂”。该工艺通常称为“剩余脱脂”。

烧结

这是对经过脱脂工艺(棕色部件)的金属注射成型 (MIM) 部件进行热处理的过程。烧结的目的是改变部件的内部微观结构，以提高其整体密度，并最终提高强度。这是通过在惰性气氛下将金属部件放入炉子或烤箱中加热到金属熔点以下约 20% 的温度来实现的，使原子扩散通过微观结构并融合在一起形成更致密的结构。在烧结过程中，金属部件将经历一些收缩，尺寸会缩小 15-22%，具体取决于所用的金属和部件的最终密度。

在脱脂和烧结过程中，必须非常精确地控制炉内的温度曲线、气氛和温度均匀性，以避免变形和形成裂纹和气泡。惰性或还原气氛对于防止部件氧化也很重要。

整个金属注射成型 (MIM) 过程中的微观结构变化

 

1. 坯件微观结构

将原料注入模具并成型为所需形状。粘合剂以蓝色和绿色突出显示。此时，MIM 部件被称为“绿色部件”。

2. 催化脱脂后

在催化/化学脱脂过程中，主要粘合剂(蓝色)被去除，仅留下主粘合剂(绿色)，必须在炉中通过热方式去除。

3. 热(静置)脱脂后

在剩余脱脂过程中，主链粘合剂(绿色)被去除，MIM 部件现在被称为“棕色部件”。为了增加部件的密度和强度，现在必须对其进行烧结。此时，颗粒已经开始扩散并相互粘附。

4. 烧结过程中

在烧结过程中，MIM 部件内的原子通过结构扩散并融合在一起，从而增加部件的整体密度。

5. 烧结后微观结构

在炉中烧结时，MIM 部件的微观结构明显更致密，原子之间的间隙更少。烧结过程会导致一些收缩，一些部件的尺寸缩小高达 22%。这是金属注射成型 (MIM) 工艺的正常部分，应在模具的初始设计中考虑到这一点。

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