MIM، یک روش ساخت که ترکیبی از قالبگیری تزریق پلاستیک و متالورژی پودر است، در حالی که خواص میکروسکوپی و ماکروسکوپی منحصربهفردی از خود نشان میدهد، مزایای فرآیندهای سنتی را به ارث میبرد. از انتخاب مواد و طراحی ساختاری گرفته تا پردازش پست، ویژگیهای ساختاری قطعات MIM عمیقاً بر عملکرد و سناریوهای کاربردی آنها تأثیر میگذارد.
1. کنترل دقیق ترکیب مواد
هسته فرآیند MIM در سیستم اختلاط پودر فلز و بایندر نهفته است. پودرهای فلزی کروی با اندازه ذرات کمتر از 20 میکرون (مانند فولاد ضد زنگ 316 لیتر، 17{7}}4PH، یا آلیاژ تنگستن) معمولاً استفاده میشوند که ترکیب پودری آن 60%-65% حجمی است. این توزیع پودر ریز تضمین می کند که قطعات متخلخل دارای چگالی تقریباً نظری هستند، با چگالی اندازه گیری شده به 95٪ - 99٪ چگالی نظری. سیستم بایندر اغلب یک کامپوزیت پارافین-پلی پروپیلن است که در مرحله جداشدگی به تجزیه گرادیان می رسد و از تغییر شکل قطعه جلوگیری می کند. شایان ذکر است که مواد MIM تقریباً 15 تا 20 درصد انقباض خطی را در حین تف جوشی تجربه می کنند. این انقباض همسانگرد نیاز به طراحی قالب دقیق برای جبران دارد.
2. قابلیت سازه های هندسی پیچیده
در مقایسه با ماشینکاری سنتی، فرآیند MIM به دلیل توانایی آن در تشکیل ساختارهای پیچیده سه بعدی قابل توجه است. به عنوان مثال، جزء پروانه در یک توربوشارژر خودرو دارای 12-24 تیغه منحنی، هر یک تنها 0.3 میلی متر ضخامت، در یک قطعه، با زبری سطح مسیر جریان تا 1.6μm Ra است. این ویژگی ساختاری از طریق فشارهای تزریق تا 150 مگاپاسکال در طول قالبگیری تزریقی به دست میآید و مواد مذاب را قادر میسازد تا ویژگیهای ظریف حفره قالب را کاملاً پر کند. قطعات دنده مزیت دیگری نیز دارند: میتوانند ترکیبی از پروفیلهای دندانهای پیچخورده و سوراخهای شافت شکلی خاص را ایجاد کنند و بدون نیاز به ماشینکاری ثانویه، دقت نمایه دندان تا کلاس 8 ISO را به دست آورند. در زمینه اتصالات الکترونیکی، MIM میتواند ساختارهای دیواره نازک به ضخامت 0.1 میلیمتر را در یک فرآیند واحد در حالی که تحمل ابعادی 0.02 ± میلیمتر را حفظ میکند، ایجاد کند، چیزی که دستیابی به آن با مهر زنی دشوار است.
3. ریزساختار همسانگرد
در مقایسه با آهنگری های سنتی، ساختار متالوگرافی قطعات MIM دانه های هم محور یکنواخت را نشان می دهد. با در نظر گرفتن فولاد ضد زنگ MIM{9}}304، اندازه دانه آستنیت آن از درجه 8 تا 10 ASTM، بدون جهت بافت قابل تشخیص است. این ریزساختار منجر به خواص مکانیکی همسانگرد، با انحراف استحکام کششی کمتر از 5% بین جهت عرضی و طولی می شود. با کنترل اتمسفر تف جوشی (مانند هیدروژن یا خلاء)، ساختار متراکم با تخلخل باز کمتر از 0.5 درصد بدست می آید. در زمینه کاربیدهای سیمانی، یکنواختی توزیع فاز کبالت قطعات WC-Co MIM 30 درصد بیشتر از آن چیزی است که از طریق پرس معمولی به دست میآید، که منجر به بهبود قابل توجه مقاومت در برابر سایش میشود. با این حال، باید توجه داشت که فرآیند تف جوشی ممکن است منافذ بسته با قطر 1-3μm را تشکیل دهد. این ویژگی های میکروسکوپی نیاز به ارزیابی ویژه در کاربردهای بار دینامیکی خاص دارند.
4. ویژگی های دو سطحی
سطح قطعات MIM یک ویژگی دوگانه منحصر به فرد را نشان میدهد: سطح تزریقی{0}}سطح قالبگیری شده سطح آینه انتقال قالب را حفظ میکند (به Ra 0.4μm میرسد)، در حالی که سطح آزاد متخلخل ساختار متخلخل منحصر به فرد متالورژی پودر را نشان میدهد (Ra 1.6{4}3.2μm). این ویژگی منجر به کاربردهای متمایز در دستگاههای پزشکی میشود - سطوحی که با بافت انسانی تماس میگیرند، ریز منفذهای متخلخل را حفظ میکنند تا زیست سازگاری را تقویت کنند، در حالی که سطوح جفتگیری مکانیکی به پایان میرسد. در زمینه نوری، با افزودن 0.5٪ -1٪ اکسیدهای خاکی کمیاب (مانند Y2O3)، یک پایه آینه با سطح پرداخت 0.1 میکرومتر Ra را می توان زینتر کرد.
5. ویژگی های تدریجی کنترل دقیق
The dimensional accuracy of MIM parts typically exhibits a three-tiered distribution: basic dimensions (>10 میلی متر) با تحمل 0.3 ±، ویژگی های متوسط (1-10 میلی متر) به 0.1 ± درصد، و ساختارهای ظریف (<1mm) can achieve ±0.05%. This precision makes the MIM process significantly advantageous in the field of precision transmission. For example, in the production of watch escape wheels, a tooth pitch diameter of 2mm can maintain a repeatability of ±5μm. However, parts with large variations in wall thickness (such as 3mm walls coexisting with 0.5mm thin walls) are prone to sintering distortion, and reinforcing ribs are often required to balance shrinkage stresses.
6. ویژگیهای ترکیبی ارسال{1}}تقویت پردازش
برای برآورده کردن الزامات عملیاتی تخصصی، قطعات MIM اغلب از ترکیبی از تکنیکهای پردازش پست{0}}استفاده میکنند. نیتریدینگ می تواند به سختی سطح 1200 HV با عمق لایه قابل کنترل 20-50 میکرومتر دست یابد. شات پینینگ می تواند عمر خستگی را 3-5 برابر افزایش دهد. و HIP (پرس ایزواستاتیک گرم) می تواند تخلخل داخلی را کاملاً از بین ببرد. برای قطعاتی که نیاز به رسانایی دارند، آبکاری نیکل الکترولس میتواند به یک پوشش یکنواخت 5-10 میکرومتر دست یابد و مقاومت تماس را تا دو مرتبه کاهش دهد. سازگاری عالی این تکنیک های پس از پردازش با بستر MIM، پتانسیل کاربرد آنها را گسترش می دهد.
فناوری MIM به سمت کامپوزیتهای چند{0}موادی (مانند مواد گرادیان)، ادغام ماکرو{1}}ریزساختار (همراه با چاپ سه بعدی) و تولید هوشمند (نظارت کیفیت درون خطی) در حال تکامل است. پیشرفتها در فناوری شبیهسازی، پیشبینی دیجیتالی ویژگیهای ساختاری قطعات MIM، از توزیع اندازه ذرات پودر تا عملکرد را ممکن کرده است.