20世纪中后期粉末冶金新技术和新材料新工艺回顾(4)

可用机械合金化制取的材料有：弥散强化合金、铝合金、金属基复合材料、磁性材料、储氢材料、金属间化合物、形状记忆合金、非晶态材料、纳米粉末材料，等等。机械合金化技术与液态急冷法相比，可以制取后者所不能得到的某些非晶态合金，如Fe—B、Fe—Al、Cu—Ti、Ni—Ti、Al—Ti、Ti—Mn、Zr—Ni、Ti—Ni—Cu、Co—A1、A1一Nb系合金；并更容易制取块体非晶态合金材料。

我国机械合金化尚处于研究阶段。据1996～1999年哈尔滨工业大学报道：机械合金化制取的纳

米晶Mg Ni和Mg—Mg Ni复合材料，晶粒尺寸为1O～2O nm，具有很好的储氢性能；用机械合金化制备的Cu一5Cr合金兼有细晶强化、弥散强化和沉淀强化作用，其晶粒尺寸为100～12O nm，抗拉强度高达800～1 000 MPa，相对导电率达55 9／6～7O IACS，而伸长率维持在5％左右。1997年，上海材料研究所和上海交通大学报道了用机械合金化制取纳米晶材料和亚稳态合金材料的研究结果：Si。N —Fe合金晶粒尺寸在5O nm以下；原位生成的Al—Al。Ti复合材料在773 K温度下，抗拉强度达78～ 86 MPa，硬度性能仍很稳定。同年，浙江大学报道以机械合金化制备的非晶态Mg 。Ni 。储氢合金，

其最大电化学容量达500 mAh／g，约为晶态合金的1O倍。1999年，中南大学报道，用高能球磨法可合成90W一7Ni一3Fe纳米晶复合粉末，并生成超饱和固溶体和非晶结构。

1．7 粉末注射成形(Powder Injection Molding，MIM)E30-36]粉末注射成形包括金属注射成形(MIM)和陶瓷注射成形(CIM)，起源于2O世纪2O年代后期。二战期间，气相扩散浓缩铀工艺所采用的镍过滤管是用有机黏结剂成形的。2O世纪4O年代，用粉末注射成形制造了陶瓷火花塞。5O年代，前苏联用石蜡作黏结剂成形了陶瓷制品。6O年代以前，PIM技术主要用于陶瓷件成形。1978年，美国RIVERS R D提出第一个金属注射成形专利。1979年，小WIECH等组建的Par—matech公司有2项粉末注射成形产品(喷气式客机镍螺纹密封环、液体推进火箭发动机铌合金推进室和喷射器)获得国际粉末冶金会议设计大奖，引起工业界的注意，并且导致金属注射成形技术正式面世。1980年，RAYMOND W 提出第一个实用化金属注射成形专利。超高压水雾化和高压惰性气体雾化技术，为金属注射成形解决了细粉供应问题，而粘结剂成分和脱脂工艺的改进显著缩短了脱脂周期。这样，金属注射成形技术竞争能力大大增强，促使其在80年代中期进入蓬勃发展时期，并且，通过成形高性能材料而进入制造技术的前沿领域。

1985年以后，美国注射成形生产年增长率达30% 。 1986年，日本Nippon Seison公司引进小WIECH工艺；据1988年报道，该公司采用金属粉末注射成形技术成功制备了质量为2．5 kg的涡轮盘和6．8kg合金件的大型零件。1990年，以色列Metaior2000公司引进Parmatech技术，建立了MIM 生产线。90年代初期，美国为推进这项技术，将其列为对美国经济繁荣和国家持久安全至关重要的“国家关键技术”，使美国注射成形产业在90年代得到迅速展。

德国BASF公司于90年代初开发的Cata—mold催化脱脂技术，结合热脱脂和溶剂脱脂的优点，大幅度缩短了脱脂时间，并减少了脱脂时零件的变形，可以实现连续生产。9O年代末，德国发明了微型注射成形技术，可制造尺寸小至50／*m 的金属零件(如齿轮、涡轮)和质量仅0．5 mg的陶瓷件。同期英国Cranfild大学发明金属共注射成形技术，将标准注射成形技术和层状注射成形技术结合，一步完成复杂形状零部件的成形和表面处理。1986年，世界粉末注射成形产品销售额近1 000万美元，1996年增至5亿美元，1O年间增长1O倍。2O世纪中后期，粉末注射成形产业总产值年增长率为22％ ，并在粉末冶金中占有很大份额。1999年全球粉末注射成形总产值为1O亿美元，而传统粉末冶金为15亿美元。1985年，有Parmatech等9家公司从事粉末注射成形生产。1997年全世界粉末注射成形生产厂有225家，1999年达550家。美国是粉末注射成形产品主要生产国，产量占全球总产量的5O 9／6(欧洲占3O ，亚洲占2O％)，并制订了粉末注射成形材料的MPIF35标准。我国于2O世纪8O年代开始进行粉末注射成形技术的开发，9O年代中期投入生产，但规模不大。金属注射成形将塑料注射成形与粉末冶金工艺完美结合，特别适合制造用常规粉末冶金方法不能或难以成形的特殊形状的零件。其工艺特点是，使加热软化的注射料在压力下流动，均匀充填模腔各个部位，将其形状拷贝下来，从而获得几何形状与模腔完全相同的坯件。其优势在于能以低成本大批量生产复杂形状、高精度和高性能的零件。从选择金属成形工艺的2个主要决定因素即生产量和零件形状复杂程度考虑，金属注射成形独占鳌头，优于精密铸造、模铸、压制烧结和切削加工。当零件产量超过5 000件时，金属注射成形与其它工艺相比，成本至少降低3O 9／6。金属注射成形零件精度高，是一种近终形和终形成形技术。在生产条件下零件尺寸精度达±0．5 ，美国Thermal Precision Tech—nology公司开发的“精密金属注射成形”技术更是高达±0．1 9／6。金属注射成形特别适于制造小型零件，一般质量在300 g

以下，尺寸在12．7 mm以下；但已成功制造出质量为2．5 kg的涡轮盘和6．8 kg的合金件。金属注射成形采用的粉末原料，其粒度在20 Fm以下，活性大，可使烧结坯达到高密度(固相烧结的相对密度可达95 9／6以上)，且密度分布均匀，因而性能好且各部位一致。适合金属注射成形的材料多种多样，现已生产的材料有：铁、合金钢、不锈钢、工具钢、难熔金属、硬质合金、钴合金、高温合金、磁性材料、低膨胀系数合金、金属间化合物、金属陶瓷，等等。粉末注射成形技术的上述优势，是其得以迅速发展的根本原因。产品已应用于汽车、钟表、医疗器械、通用器械、电动工具、五金、工具、计算机、微电子、办公机械、纺织机械、食品机械、飞机、火箭以及武器等领域。