金属注射成型原理-米莫金属

金属注射成型（Metal Injection Molding，简称 MIM）是融合塑料注射成型与粉末冶金的先进工艺，核心是通过 “金属粉末 + 粘结剂” 的协同作用，实现复杂形状金属零件的批量生产。它既解决了传统粉末冶金难成型复杂结构的问题，又弥补了塑料注射成型材质性能不足的短板，自 20 世纪 70 年代以来，成为小尺寸精密金属零件制造的关键技术。

一、核心原理：“载体辅助成型 + 高温致密化”

MIM 的本质逻辑的是 “两步转化”：先以粘结剂为载体，让金属粉末具备类似塑料的流动性，轻松注入复杂模具成型；再通过脱脂去除粘结剂、高温烧结让金属粉末融合致密，最终获得高性能金属零件。

传统粉末冶金依赖模具压制，面对微孔、薄壁、曲面等复杂结构时，粉末难以均匀填充；塑料注射成型虽能实现复杂形状，但成品是高分子材料，无法满足强度、耐高温等金属性能需求。而 MIM 通过 “粘结剂包裹金属粉末” 的复合体系，既拥有塑料的成型灵活性，又能通过后续工艺激活金属的材料特性，最终实现 “复杂结构” 与 “高性能” 的兼顾。

二、四大核心流程：从原料到成品的关键转化

MIM 的工艺可浓缩为四个关键步骤，每个环节的控制直接决定零件质量。

1. 原料制备：均匀喂料是基础

第一步是将金属粉末与粘结剂按比例混合，制成 “喂料”（Feedstock）。金属粉末需满足高纯度、细粒度（1-20μm）、窄粒度分布的要求，常见材质有不锈钢、钛合金等，细粉末能提升后续烧结致密度，减少内部孔隙。粘结剂则由高分子聚合物（如聚乙烯）、增塑剂、润滑剂组成，占喂料质量的 8%-15%，作用是包裹粉末防团聚、赋予流动性、成型后维持坯体形状。

混合需在 100-200℃下进行，确保粘结剂完全熔融并均匀包裹每颗粉末。若混合不均，后续注射易出现缺料、气泡，烧结后零件性能也会受影响。

2. 注射成型：模具定型造雏形

这一步与塑料注射成型逻辑相似：将喂料送入注射机料筒，加热熔融后，由螺杆以 50-200MPa 的高压将熔体推入模具型腔，填满微孔、螺纹等细节结构，再通水冷却使粘结剂凝固，开模取出 “生坯”（未脱脂的坯体）。

模具精度需匹配零件要求（公差通常 ±0.005mm 以内），同时要根据喂料流动性调整温度、压力：温度过低会导致流动性差、生坯缺角；压力过高则可能损坏模具或产生内应力。

3. 脱脂：去除载体保骨架

生坯含大量粘结剂，若直接烧结，粘结剂会快速分解产气，导致生坯开裂。因此需先脱脂，去除大部分粘结剂，形成 “褐坯”（脱脂坯）。常见脱脂方式有溶剂脱脂/催化脱脂（去除 50%-70%/92-98% 粘结剂，速度快、变形小）和热脱脂（脱脂炉中 1-5℃/min 缓慢升温，分解剩余粘结剂，脱脂彻底），实际生产中常两者结合。

脱脂后褐坯仅残留5%-50%的粘结剂，内部形成微小孔隙（为烧结收缩预留空间），但仍维持生坯形状，且粉末颗粒通过残留粘结剂初步连接，具备搬运强度。

4. 烧结：高温致密化是关键

这是 MIM 的 “质变” 步骤：将褐坯放入烧结炉，在氢气、氮气等保护气氛（防金属氧化）或真空中，升温至金属熔点的 70%-90%（如不锈钢烧结温度 1300-1450℃），保温数小时。高温下金属粉末颗粒原子活跃，通过 “扩散焊接” 相互融合，同时零件会收缩 10%-20%（模具设计时需预留收缩量），最终形成致密度超 95%（甚至接近 100%）的金属零件。

烧结参数需精准控制：温度过低、保温不足会导致粉末融合不充分，零件强度差；温度过高、升温过快则易变形、晶粒粗大，反而降低性能。