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收藏 ! | PIM粉末注射成型与其他工艺有什么区别？

发表时间：2025-03-18 12:01
粉末注射成型 (PIM) 包含金属注射成型 (MIM) 和陶瓷注射成型 (CIM)，这是一种从粉末大批量生产造型零部件的高级成型工艺。此工艺使用注射成型技术生产体积小、批量大、复杂程度高的零件，确保实现零件的紧密公差。**应用通常为重量小于 100 克。

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在 PIM 中，纯金属或陶瓷粉末混合聚合物粘合材料，构成可由塑料加工设备处理的原料。原料在螺杆式喂料筒内加热，并在高压下以液体形式注入模具型腔，在此处冷却后顶出。然后去除聚合物粘合材料，并烧结零件以形成最终产品。去除聚合物后，脱脂阶段可以对烧结零部件的机械特性产生极大影响。

工艺流程

PIM工艺通常包括以下几个主要步骤：

（一）原料制备

原料制备是 PIM 工艺的起点，其质量直接影响最终产品的性能。在这个阶段，将细碎的金属或陶瓷颗粒与热塑性粘合剂按照精确的比例混合，生产出一种称为原料的材料。这种混合物不仅具有所选粉末的特性，还能够满足最终部件的预期用途。例如，在制造不锈钢零部件时，需要精心选择合适的不锈钢粉末和粘合剂，以确保原料的流动性和成型性能。

（二）原料注塑成型

将制备好的原料泵入螺旋进料筒并加热，当压力得到控制时，加热的混合物被倒入模腔中。原料根据模具成型，形成部件的几何形状。当成型材料达到室温时，产生的形状称为“生坯”。这一过程类似于塑料注射成型，但对设备和工艺参数的控制要求更为严格。例如，在注塑成型过程中，需要精确控制注射速度、温度和压力，以确保生坯的尺寸精度和内部质量。

（三）脱脂

脱脂工艺是 PIM 工艺中至关重要的一环，用于去除成型过程中使用的粘合剂。此步骤可以通过热处理或溶剂萃取完成。在热脱脂过程中，将生坯加热至一定温度，使粘合剂分解或转化为蒸汽和气体，并形成多孔结构。而在溶剂脱脂中，则利用特定的溶剂溶解粘合剂。脱脂后的产物称为“棕色部分”，它是最终固化组件的初步产品。例如，在制造高精度的医疗器械零部件时，脱脂过程需要严格控制温度和时间，以避免对生坯造成损伤。

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（四）烧结

将脱脂后的坯体加热至高温，使粉末颗粒之间形成固态结合，最终得到致密的零件。烧结过程中，温度和时间的控制至关重要，以确保制品的密度和力学性能。例如，在烧结钛合金零部件时，需要在高真空或保护气氛下进行烧结，以防止氧化和污染，同时精确控制烧结温度和保温时间，以获得高强度和高韧性的产品。

PIM工艺中的元素影响
在PIM过程中，氧、氮、氢这些元素的含量直接影响材料的机械性能和耐腐蚀性，例如，氧含量过高可能会导致材料在高温下氧化，影响其机械性能和耐腐蚀性；氮含量过高可能会导致材料在冷却过程中产生应力集中，影响其机械强度；氢含量过高则可能导致材料在成型过程中产生气孔或裂纹，影响其整体质量。因此，通过检测这些元素的含量，可以确保粉末的化学成分符合要求，从而保证最终产品的质量和性能。而高频红外碳硫分析仪在PIM工艺中用于检测原材料中的碳和硫含量。比如，在金属注射成形（MIM）中，碳含量的波动对不锈钢的烧结密度、抗腐蚀性能和显微组织有很大的影响。因此准确测量这些元素的含量对于确保最终产品的质量至关重要。

目前使用氧氮氢分析仪和碳硫分析仪测定PIM工艺过程中的氧氮氢元素和碳硫元素的含量是行业内的主流方法。

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PIM工艺的主要优势：

1. 可成型高度复杂的零件

PIM工艺能够成型高度复杂的几何形状零件，这是传统金属成型工艺（如钣金冲压、粉末成型、锻造和机加工等）难以实现的。PIM可以实现塑料注塑成型所能达成的复杂零件结构，从而有机会将多个零件合并为一个零件，简化产品设计，减少零部件数量，降低装配成本。

2. 材料利用率高

PIM是一种近净成型工艺，成型后的零件形状接近最终产品形态，材料利用率高。这一点对于贵重金属的加工尤其重要，能够显著降低材料浪费和加工成本。

3. 零件微观组织均匀、密度高、性能好

PIM是一种流体成型工艺，粘接剂的存在保障了粉末的均匀排布，从而消除了毛坯微观组织上的不均匀性。烧结后的制品密度可达到材料的理论密度的95%至99%，高致密性使PIM零件的强度、韧性、延展性、导电导热性和磁性能得到显著提高。相比之下，传统粉末成型压制的零件密度最高只能达到理论密度的85%，微观组织不均匀，烧结过程中收缩不均匀，导致制品孔隙度大、致密性差、密度低，严重影响零件的机械性能。

4. 效率高，易于实现大批量和规模化生产

PIM使用注射机成型产品生坯，生产效率大幅度提高，适合大批量生产。同时，注射成型产品的一致性和重复性好，为大批量和规模化工业生产提供了保证。

5. 适用材料范围宽，应用领域广阔

PIM适用于广泛的金属材料，原则上任何可高温烧结的粉末材料均可由PIM工艺制造成零件。这包括低合金钢、不锈钢、工具钢、镍基合金、钨合金、硬质合金、钛合金、磁性材料、Kovar合金、精细陶瓷等。此外，PIM还可以根据用户要求进行材料配方研究，制造任意组合的合金材料，将复合材料成型为零件。

6. 克服传统工艺的限制

PIM工艺克服了多方面的限制，如塑料本身的性能、传统粉末压制的成形能力、机加工的成本、等静压和粉浆浇铸的生产效率，以及铸造在缺陷、表面质量和公差方面的限制。因此，PIM的**应用是注射工艺可以成形，但塑料缺少力学、热学或其他方面性能的场合。这意味着是小的复杂形状的零件，年产量超过5000个。

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