粘结剂兼容性:粘结剂在 MIM 工艺中起到赋予喂料流动性和保持零件形状的作用,但在脱脂和烧结过程中需要完全去除。一些金属材料与常见的粘结剂体系(如石蜡基、聚甲醛基)兼容性差,难以在后续工艺中顺利脱脂和烧结,导致可用于这些材料的粘结剂选择有限,进而限制了材料的应用。
成本因素制约
原材料成本:某些特殊金属材料(如贵金属铂、铑,稀有金属铼、钌等)价格昂贵,用于 MIM 工艺会大幅提高产品的成本。此外,这些材料的供应相对稀缺,获取难度较大,也限制了其在 MIM 中的大规模应用。
工艺成本:对于一些难以加工的金属材料,为了实现 MIM 工艺,需要开发特殊的工艺和设备,如高温烧结炉、特殊的脱脂装置等,这会增加工艺研发和设备投入的成本。例如,为了处理活性金属(如钛、锆),需要在真空或惰性气体保护下进行烧结,这不仅增加了设备的复杂性和成本,还提高了生产操作的难度。
材料性能挑战
氧化敏感性:一些金属材料(如钛、铝)在高温下极易氧化,在 MIM 工艺的烧结过程中,如果氧化问题得不到有效控制,会导致零件性能下降,甚至报废。为了防止氧化,需要采取特殊的保护措施,如使用真空烧结或充入惰性气体,这增加了工艺的复杂性和成本。
脆性问题:某些金属材料本身具有较高的脆性,在 MIM 工艺的成型和烧结过程中,容易出现裂纹等缺陷。例如,一些陶瓷 - 金属复合材料,由于陶瓷相和金属相的热膨胀系数不匹配,在冷却过程中会产生较大的内应力,导致零件开裂,限制了这类材料在 MIM 中的应用。
二、材料选择有限带来的影响
产品应用受限
限制产品创新:材料是产品创新的基础,材料选择的局限性会限制设计师的创意发挥,难以开发出具有新颖结构和性能的产品。例如,在医疗器械领域,为了满足生物相容性和特殊功能的要求,需要不断探索新的材料,但 MIM 工艺材料选择的限制可能会阻碍新型医疗器械的开发。
市场竞争压力
与其他工艺竞争处于劣势:相比传统的粉末冶金、铸造、机械加工等工艺,MIM 工艺在材料选择上的局限性使其在市场竞争中处于劣势。其他工艺可以使用更广泛的材料,能够满足不同客户的需求,从而抢占市场份额。例如,在制造一些简单的金属零件时,传统铸造工艺可以使用各种常见的金属材料,成本较低,生产效率较高,而 MIM 工艺由于材料选择有限,可能无法与之竞争。
三、应对材料选择有限的策略
材料研发与创新
探索复合材料:将不同性质的金属材料或金属与非金属材料进行复合,制备出具有优异综合性能的复合材料。例如,金属 - 陶瓷复合材料结合了金属的韧性和陶瓷的高硬度、耐磨性等优点,通过优化复合材料的组成和结构,可以满足 MIM 工艺的要求,并拓展其应用领域。
工艺优化与改进
改进粘结剂体系:研发与更多金属材料兼容的粘结剂体系,提高粘结剂的性能和脱脂效率。例如,开发新型的水溶性粘结剂或热分解型粘结剂,这些粘结剂可以在较低的温度下或通过更简单的方法去除,减少对金属材料的影响,扩大可应用的金属材料范围。
优化烧结工艺:针对不同金属材料的烧结特性,优化烧结工艺参数,如烧结温度、保温时间、升温速率和气氛条件等。采用先进的烧结技术,如微波烧结、放电等离子烧结等,可以提高烧结效率和质量,降低烧结温度,使一些难以烧结的金属材料能够在 MIM 工艺中应用。
加强合作与交流
产学研合作:企业、高校和科研机构之间加强合作,整合各方资源,共同开展 MIM 工艺材料选择方面的研究和开发工作。高校和科研机构具有丰富的科研人才和实验设备,可以为企业提供技术支持和创新思路;企业则具有实际生产经验和市场需求信息,能够将科研成果转化为实际生产力。例如,企业可以与高校合作开展新型金属粉末的制备和应用研究,共同攻克技术难题。
行业交流与合作:加强行业内企业之间的交流与合作,分享材料选择和工艺应用方面的经验和技术。通过举办行业研讨会、技术交流会等活动,促进企业之间的信息流通和技术合作,共同推动 MIM 工艺材料选择的发展。例如,不同企业可以联合起来,共同开发适用于多种金属材料的通用设备和工艺,降低研发成本,提高行业的整体竞争力。