■ 型创科技

序言

金 属 粉 末 注 射 成 型（ 简 称 MIM 工 艺， 或 称 Metal powder Injection Molding）是将传统粉末冶金技术和塑胶注塑成型技术相结合所产生的一种新的零部件加工成型技术，也是目前世界较热门的成型技术之一。该技术的特点是适用材料范围及应用领域宽广，适合薄壁、结构复杂的零部件的批量化生产，且生产的产品尺寸精度高、性能优越。

MIM 工艺是集成塑料成型工艺学、高分子流变学、粉末冶金工艺等多学科交叉渗透所得的产物，其产品在电子信息、通讯设备、生物医疗器械、智能钟表及航空航天等领域被广泛应用。该工艺技术不仅具备传统粉末冶金工艺工序少，效益高的优点，也成功克服传统工艺不易成型薄壁、复杂结构的缺点。

发展

随着产业发展，利用金属粉末注射成型的产品与系统均趋向于微型化，产品的结构变得越来越小。近年来在微型工程中的三维微型复杂元器件发展迅速，如传感器和加速器上的微型结构、微型流体原件等。然而传统加工技术如：微型切削、激光切削、硅刻蚀技术以及 LIGA 都无法满足技术和量产的要求，且在加工材料上也受到很大的局限。因此需要更加精密的成型工艺并且选用纳米级的专用注塑料。针对重量小于 0.1g 的微型件的成型，由于产品尺寸小，喂料填充模腔的工艺更为复杂，为了保证产品的性能及尺寸精度，因此开发出更高要求的成型工艺，可称为微型金属注射成型工艺（简称 μ-MIM 工艺，即 Micro MIM）。

由于尺寸精度等要求的提高，微型金属注射成型工艺的模具设计显得尤为重要。模具流道系统及冷却系统的设计需考虑喂料在模腔充填时可能发生的剪切生热或在后续产品冷却脱模时的温度不均等问题发生。同时为了使产品具备不同金属材料的性能，又在 μ-MIM工艺的基础上开发出 2C-μ-MIM 工艺（Component，组分），也就是将具备不同性能的两种金属粉末按一定比例相结合，最终达到改善优化产品各项性能的目的。这种工艺是利用在一个模腔内同时注射并结合两种材料，使微型零件集成多重功能，制成具有紧密连接的材料界面的最终形零件。

图 2：2C-MIM 成型表层多孔、内芯致密钛种植体 [1]

工艺流程

结合 2C-MIM 的 μ-MIM 工艺流程步骤与传统金属粉末注射成型相近，具体如下：

1. 金属原料粉末制备：将两种金属粉末按一定比例进行配料，利用高能球磨机进行球磨混合，得到合金粉末；传统 MIM 工艺使用金属粉末颗粒尺寸一般在 0.5 ～ 20μm，而 μ-MIM 选用的粉末颗粒尺寸一般在 5μm 以下。为了进一步提高性能，在此基础上进一步开发出亚微米或纳米级的专用注射料。

2. 粘结剂的制备：将石蜡及对应塑胶高分子原料按一定比例混合，得到粘结剂。

3. 喂料的制备：将合金粉末与粘结剂混合均匀，得到喂料，喂料中合金粉末占比一般在 50% ～ 65% 之间。

4. 注塑成型：在注塑机上进行喂料的成型，设定对应的成型工艺，脱模后得到注射坯。

5. 脱脂烧结：将注射坯在对应试剂环境下进行脱脂并烘干。注射坯在经脱脂和预烧结后，在烧结炉中进行烧结及保温。

6. 热处理：烧结后的产品，在一定的温度环境下进行热处理，得到最终所需的零件。

工艺特性

对于 μ-MIM 生产工艺，常常需要调整粘结剂的混合物，以改良其流动性保证充填微型型腔的同时可以安全取出高强度的注射坯。

当零件的聚合物含量高并且使用细小颗粒粉末时，应考虑采用较长的脱粘时间。为避免零件产生裂纹，溶剂脱粘的温度与热脱粘的加热速率均应比常规 MIM 工艺时更低。

为避免在两种材料共同烧结时，在分界面处产生应力或裂纹，需注意材料烧结与收缩量的相似度。通常可利用改变注射料的化学组成、粉末粒度、粉末装载量及调整烧结温度进行优化。

总结

目前 μ-MIM 工艺仍在开发培育中，受原料及工艺等约束还未大量应用普及。且因不同材料的性质差异，导致在成型后零件出现开裂、分层及变形等不良问题。如何制备具优异物理性能的先进材料以及降低成型工艺的限制性是该工艺在未来大量应用的首要前提。

μ-MIM 大大提高了金属与合金用于微型应用的可利用性，产品具有高温稳定性、强度与韧性等优异性能。而且目前研究方向不仅局限于金属与合金粉末的结合，还发展到金属和陶瓷粉末之间的结合。由于μ-MIM 工艺的独特能力，可不用任何组装作业（如焊接、铆合、紧固装配等），就能够使一个零件具有不同的材料性能，因此，未来 μ-MIM 工艺一定会进一步扩大 MIM 产业的应用市场。■

资料来源

[1].图 1、图 2 引自

https://www.sohu.com/a/161643066_675698