金属粉末的注射成型.pptx

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1、1金属粉末的注射成型 Poweder Injection Moulding第1页/共115页2主要内容主要内容金属粉末注射成型的特点金属粉末注射成型的特点金属粉末注射成型的材料金属粉末注射成型的材料金属粉末注射成型的过程金属粉末注射成型的过程金属粉末注射成型的原理金属粉末注射成型的原理金属粉末注射成型的应用金属粉末注射成型的应用第2页/共115页3随着技术进步和创新速度的加快，材料加工技术朝高性能、低成本、短流程、随着技术进步和创新速度的加快，材料加工技术朝高性能、低成本、短流程、近终近终成型成型的方向发展，涌现出不少集设计、制备、加工于一体的新型制备技术，如的方向发展，涌现出不少集设计、制备

2、、加工于一体的新型制备技术，如金属金属粉末注射成型技术粉末注射成型技术。慢走丝机床精密铸造技术第3页/共115页4粉末注射成形（粉末注射成形（Powder injection molding,PIM）是）是传统粉末冶金工艺传统粉末冶金工艺与与现代塑料现代塑料注射成形工艺注射成形工艺相相结合结合而形成的一门新型而形成的一门新型近终成形近终成形技术技术。金属粉末注射成型是金属粉末注射成型是将金属粉末在模具中快速注将金属粉末在模具中快速注射成型，并通过脱脂烧结，快速制造出高密度、射成型，并通过脱脂烧结，快速制造出高密度、高精度、三维形状结构复杂零件的新技术高精度、三维形状结构复杂零件的新技术。传统粉

3、末冶金塑料注塑成型第4页/共115页5粉末注射成形是粉末注射成形是粉末冶金学、金属材料学、塑料粉末冶金学、金属材料学、塑料成型学和高分子材料学等成型学和高分子材料学等多学科交叉复合的技术。多学科交叉复合的技术。金属粉末注射成型第5页/共115页6（1）注射成形中，熔融粒料均匀地填充模腔成形，）注射成形中，熔融粒料均匀地填充模腔成形，模腔内各点压力基本一致，模腔内各点压力基本一致，消除传统粉末冶金压制消除传统粉末冶金压制成形中不可避免的沿压制方向密度梯度问题，成形中不可避免的沿压制方向密度梯度问题，一定一定程度上克服传统粉末冶金存在的密度、组织、性能程度上克服传统粉末冶金存在的密度、组织、性能不

4、均匀现象。不均匀现象。粉末注射成形特点金属粉末注射成型制品单向压制Ni粉压坯密度分布第6页/共115页7（2 2）粉末注射成型）粉末注射成型能制造传统工艺不能制造的具能制造传统工艺不能制造的具有复杂形状的零部件。有复杂形状的零部件。传统粉末成形是外力把粉末压成生坯后烧结，粉末通传统粉末成形是外力把粉末压成生坯后烧结，粉末通过颗粒重排、塑性流动而致密化。由于粉末流动性较过颗粒重排、塑性流动而致密化。由于粉末流动性较差，差，一些具有外部切槽、横孔、盲孔、外螺纹、凹台、一些具有外部切槽、横孔、盲孔、外螺纹、凹台、表面滚花等形状的零部件，难以一次成形表面滚花等形状的零部件，难以一次成形。传统粉末压制成

5、型制品粉末注射成型制品第7页/共115页8PIM用一定比例的高分子粘结剂与金属粉末、陶用一定比例的高分子粘结剂与金属粉末、陶瓷粉末等制成具有良好流动性的均匀粒料，瓷粉末等制成具有良好流动性的均匀粒料，能像能像塑料注射一样成形复杂形状的零部件，塑料注射一样成形复杂形状的零部件，再经脱脂再经脱脂烧结得到最终产品，如外螺纹、锥形外表面、交烧结得到最终产品，如外螺纹、锥形外表面、交叉孔与盲孔，凹台与键销、加强筋板、表面滚花叉孔与盲孔，凹台与键销、加强筋板、表面滚花等，等，这类零件都无法用常规粉末冶金方法得到。这类零件都无法用常规粉末冶金方法得到。金属粉末注射成型复杂件第8页/共115页9（3）PIM可

6、根据零件性能要求进行大范围的成可根据零件性能要求进行大范围的成分设计，分设计，可制取可制取复合材料零件复合材料零件，充分发挥不同材，充分发挥不同材料的优异性能，适应性广，生产成本低。料的优异性能，适应性广，生产成本低。材料的复合设计第9页/共115页10（4）PIM适合大批量自动化生产。适合大批量自动化生产。PIM可采用一模多腔模具，成形效率高，模具使可采用一模多腔模具，成形效率高，模具使用寿命长，更换调整模具快，产品转向周期短。用寿命长，更换调整模具快，产品转向周期短。与精密铸造相比，粉末注射成形与精密铸造相比，粉末注射成形在提高零件精度，在提高零件精度，避免成分偏析等问题的同时，避免成分偏

7、析等问题的同时，大大提高生产率。大大提高生产率。生产复杂形状零件的数量高于一定值时，生产复杂形状零件的数量高于一定值时，PIM会会比机加工方法更为经济比机加工方法更为经济。第10页/共115页11金属粉末注射成型的优势产品规模化生产带来效益第11页/共115页12（5）PIM制造的零件制造的零件几乎不需要再进行机加工，几乎不需要再进行机加工，材料消耗少，利用率可达材料消耗少，利用率可达98%以上。以上。自动化注塑生产车间一角第12页/共115页13注塑成型材料注塑成型材料 理想的注射成形用金属粉末：理想的注射成形用金属粉末：粉末颗粒尺寸粉末颗粒尺寸在在0.5-20m之间，之间，D50在在4-6

8、m之间；之间；粉末颗粒的粒度分布范围处于非常窄或非常宽的粉末颗粒的粒度分布范围处于非常窄或非常宽的范围内范围内，其分布斜率的理想值为，其分布斜率的理想值为2或或8；粉末颗粒无团聚现象粉末颗粒无团聚现象；粉末颗粒粉末颗粒近似为球形、等轴近似为球形、等轴；粉末颗粒致密，内部无孔洞；粉末颗粒致密，内部无孔洞；粉末颗粒环境污染小，粉末颗粒环境污染小，表面干净。表面干净。金属粉末第13页/共115页14氧化还原氧化还原是一种重要的化学反应法，实际生产中是一种重要的化学反应法，实际生产中很多粉末是通过氧化还原法来制备的，使用较细、很多粉末是通过氧化还原法来制备的，使用较细、净化的氧化物粉末，在还原性气体如

9、净化的氧化物粉末，在还原性气体如CO、H2等等参与下进行热化学反应。参与下进行热化学反应。注射成形用注射成形用W粉粉可用氧化还原制取，将研磨的可用氧化还原制取，将研磨的WO3粉末在干燥粉末在干燥H2中还原制得，粉末粒径为中还原制得，粉末粒径为2-3m。H还原得到的还原得到的W粉粉第14页/共115页15雾化法雾化法是利用高速射流将液态金属粉碎成粉。是利用高速射流将液态金属粉碎成粉。熔融材料注入喷嘴中，形成液滴喷射出来，击碎熔融熔融材料注入喷嘴中，形成液滴喷射出来，击碎熔融金属流的流体可是空气、氮气、氦气、氩气，也可采金属流的流体可是空气、氮气、氦气、氩气，也可采用水或油。用水或油。这种方法可将

10、合金化材料制成小颗粒粉末，并且可这种方法可将合金化材料制成小颗粒粉末，并且可获获得理想的颗粒形状和高的填充密度得理想的颗粒形状和高的填充密度。注射用雾化不锈钢粉末注射用雾化不锈钢粉末第15页/共115页16雾化法颗粒形状为球形，粒度分布较宽，具有较雾化法颗粒形状为球形，粒度分布较宽，具有较高的振实密度。高的振实密度。通过控制工艺条件，可以得到不带附属物和消除通过控制工艺条件，可以得到不带附属物和消除内部孔隙的球形粉。内部孔隙的球形粉。雾化球形铁粉：雾化球形铁粉：(a)700(b)1300第16页/共115页17铁粉、镍粉和钴粉还可采用铁粉、镍粉和钴粉还可采用气相沉积法气相沉积法制取。制取。在加

11、热加压下，粉末与在加热加压下，粉末与CO生成金属羰基物气体，生成金属羰基物气体，羰基物冷却成液态，羰基物冷却成液态，经分级蒸馏、净化、重复加热经分级蒸馏、净化、重复加热使液相挥发，使液相挥发，分解沉积形成金属粉末。分解沉积形成金属粉末。羰基粉末粒径较小，纯度可达羰基粉末粒径较小，纯度可达99.95%。颗粒形状。颗粒形状为近球形或链状。为近球形或链状。羰基铁粉形貌羰基铁粉形貌羰基镍粉形貌羰基镍粉形貌第17页/共115页18对脆性材料来说，对脆性材料来说，粉碎研磨粉碎研磨是制粉的常用方法。是制粉的常用方法。旋转装有一定量硬球和粗粉的容器，粉未经研磨球旋转装有一定量硬球和粗粉的容器，粉未经研磨球不断

12、撞击、研磨制得粒度较小的颗粒；不断撞击、研磨制得粒度较小的颗粒；粉末粒度越小，所需研磨时间越长；粉末粒度越小，所需研磨时间越长；机械粉碎后粉末呈机械粉碎后粉末呈不规则形状不规则形状，粉末之间尖锐接触，粉末之间尖锐接触导致导致粉末堆积性和流动性下降粉末堆积性和流动性下降，导致粉末注射困难，导致粉末注射困难，球磨制粉还有污染问题。球磨制粉还有污染问题。球磨后具有尖角的不规则形状球磨后具有尖角的不规则形状SiC粉末形貌粉末形貌第18页/共115页19塑料塑料 塑料塑料是以有机是以有机高分子化合物高分子化合物为基础，加入若干其为基础，加入若干其他材料他材料(添加剂添加剂)制成的固体材料。制成的固体材料

13、。高分子化合物高分子化合物是由相对分子量较小的低分子化合是由相对分子量较小的低分子化合物经聚合反应后得到的相对分子量较大的化合物。物经聚合反应后得到的相对分子量较大的化合物。不是所有低分子化合物都能成为单体，如食盐、不是所有低分子化合物都能成为单体，如食盐、水、甲烷等都不能成为单体，这些化合物的分子水、甲烷等都不能成为单体，这些化合物的分子处于饱和状态，不能进行聚合反应。处于饱和状态，不能进行聚合反应。目前可作为单体的低分子化合物主要是目前可作为单体的低分子化合物主要是含双键的含双键的不饱和碳氢化合物不饱和碳氢化合物。第19页/共115页20高分子化合物的大分子以某种方式高分子化合物的大分子以

14、某种方式(通过范德华力通过范德华力的作用的作用)聚集在一起时，成为各种各样的聚集在一起时，成为各种各样的树脂树脂。线型无定形聚合物：大分子不规则排列在一起，彼此交叉缠绕呈无序排列；存在某些近程有序区域，在微小范围内大分子呈规则排列，但这种有序范围小、数量少，对树脂性能影响不大。线型无定形聚合物的聚集态线型无定形聚合物的聚集态第20页/共115页21线型无定形聚合物处于不同温度时的力学状态可线型无定形聚合物处于不同温度时的力学状态可用形变温度曲线表示。用形变温度曲线表示。线型无定形聚合物的形变线型无定形聚合物的形变-温度曲线温度曲线第21页/共115页22Tx-Tg温度范围：高分子聚合物的温度范

15、围：高分子聚合物的玻璃态玻璃态。温度较低，大分子具有的能量较少，温度较低，大分子具有的能量较少，大分子链之间大分子链之间的运动不能进行，分子内的链段运动也很难进行，的运动不能进行，分子内的链段运动也很难进行，聚合物表现出像玻璃一样的刚硬。聚合物表现出像玻璃一样的刚硬。聚合物具有较好的力学性能，施加外力产生微小变聚合物具有较好的力学性能，施加外力产生微小变形，去除外力能恢复原状（形，去除外力能恢复原状（普弹形变普弹形变）。）。温度低于温度低于Tx时，不仅链段运动不能进行，分子局部时，不仅链段运动不能进行，分子局部的热振动也不能进行，聚合物呈脆性状态。的热振动也不能进行，聚合物呈脆性状态。温度高于

16、温度高于Tg时，外力作用下聚合物产生较大变形。时，外力作用下聚合物产生较大变形。第22页/共115页23Tg-Tf温度范围：高分子聚合物的温度范围：高分子聚合物的高弹态高弹态。温度较高，大分子链能在温度较高，大分子链能在较大范围内自由地进行较大范围内自由地进行链段运动链段运动，外力作用下，原来卷曲状的大分子链缓慢伸直，外力作用下，原来卷曲状的大分子链缓慢伸直，去除外力后大分子链又缓慢恢复成卷曲状，去除外力后大分子链又缓慢恢复成卷曲状，可产可产生百分之数百的变形量生百分之数百的变形量（高弹形变高弹形变）。）。产生高弹形变时，大分子链之间没有相对滑动，产生高弹形变时，大分子链之间没有相对滑动，因此

17、此时的高弹形变是因此此时的高弹形变是可逆可逆的。的。第23页/共115页24Tf-Td温度范围：高分子聚合物的温度范围：高分子聚合物的粘流态粘流态。温度更高，温度更高，大大分子链能更自由地进行链段运动，大分子链能更自由地进行链段运动，大分子链之间也能产生相对滑动，分子链之间也能产生相对滑动，外力作用下，高分外力作用下，高分子产生流动变形（子产生流动变形（粘流变形粘流变形）。粘流变形是聚合物中大分子的相对滑动，粘流变形是聚合物中大分子的相对滑动，这种变形这种变形是不可逆的，是不可逆的，也正是由于这种不可逆变形，才能通也正是由于这种不可逆变形，才能通过注塑制造各种制品。过注塑制造各种制品。模塑制造

18、各种塑料制品第24页/共115页25粘流变形伴随着高弹形变。粘流变形伴随着高弹形变。高弹形变是链段运动，所以注塑时高弹形变是链段运动，所以注塑时必须将原料加必须将原料加热到足够高的温度，热到足够高的温度，使高弹形变部分得到完全松使高弹形变部分得到完全松弛，弛，否则塑料制品会由于高弹形变恢复而产生严否则塑料制品会由于高弹形变恢复而产生严重的内应力，导致制品断裂或变形重的内应力，导致制品断裂或变形。粘度粘度是聚合物粘流态的一项重要参数。粘度大的是聚合物粘流态的一项重要参数。粘度大的塑料，模塑时难以充型，需要较高的温度和压力塑料，模塑时难以充型，需要较高的温度和压力才能完成充型，增大生产工艺的复杂性

19、。才能完成充型，增大生产工艺的复杂性。第25页/共115页26分子结构复杂，相对分子量大的聚合物粘度大，粘分子结构复杂，相对分子量大的聚合物粘度大，粘流温度高。流温度高。分子结构复杂，链段运动较因难，分子间相对滑动困难；分子结构复杂，链段运动较因难，分子间相对滑动困难；相对分子量大，聚合物分子链较长，大分子间彼此缠绕相对分子量大，聚合物分子链较长，大分子间彼此缠绕点较多，引力也较大，大分子之间滑动困难。点较多，引力也较大，大分子之间滑动困难。降低粘度方法：降低粘度方法：降低大分子聚合度降低大分子聚合度(保证力学性能的前提下，采用低分保证力学性能的前提下，采用低分子量或线型结构的树脂子量或线型结

20、构的树脂)，可降低粘流温度和粘度；，可降低粘流温度和粘度；注塑时加入增塑剂注塑时加入增塑剂，也可达到类似目的；，也可达到类似目的；提高注塑温度提高注塑温度可降低粘度，但粘度太小易产生溢流；温可降低粘度，但粘度太小易产生溢流；温度接近或超过度接近或超过Tf，聚合物易发生分解。，聚合物易发生分解。第26页/共115页27树脂分类树脂分类 热塑性树脂热塑性树脂受热软化，温度升高至一定数值时呈现粘流态，当受热软化，温度升高至一定数值时呈现粘流态，当温度降低时塑料变得坚硬，再次加热又再变软，冷温度降低时塑料变得坚硬，再次加热又再变软，冷却后又变硬，可以如此多次反复。却后又变硬，可以如此多次反复。热塑性树

21、脂除能多次反复加热冷却外，还能溶于某热塑性树脂除能多次反复加热冷却外，还能溶于某些溶剂，这种现象称为些溶剂，这种现象称为可熔可溶可熔可溶。常用热塑性树脂：常用热塑性树脂：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、苯乙烯、ABS塑料、聚甲醛、聚酰胺、聚四氟乙烯、塑料、聚甲醛、聚酰胺、聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等。聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯等。第27页/共115页28热固性塑料热固性塑料第一次受热时软化，冷却固化并呈现刚硬状态；第一次受热时软化，冷却固化并呈现刚硬状态；重新加热不再软化，温度超过一定值时发生分解。重新加热不再软化，温度超过一定值时发生分解。固化后的

22、固化后的树脂树脂不溶于溶剂，称为不溶于溶剂，称为不熔不溶不熔不溶。常用的热固性常用的热固性树脂树脂有有酚醛酚醛树脂树脂、氨基、氨基树脂树脂、环氧、环氧树脂树脂和不饱和聚酯等。和不饱和聚酯等。热固性环氧树脂热固性环氧树脂第28页/共115页29聚乙烯（聚乙烯（PE）低密度聚乙烯低密度聚乙烯(LDPE)：分子量较小，大分子链：分子量较小，大分子链含有若干短支链，结晶度最小，强度较差，而柔含有若干短支链，结晶度最小，强度较差，而柔顺性、抗冲击性和透明性较好。顺性、抗冲击性和透明性较好。高密度聚乙烯高密度聚乙烯(HDPE)：大分子链支链较少，相：大分子链支链较少，相对分子量和结晶度较大，柔顺性较差，质

23、地坚硬。对分子量和结晶度较大，柔顺性较差，质地坚硬。第29页/共115页30聚乙烯呈乳白色半透明状态，遇火会燃烧。聚乙烯呈乳白色半透明状态，遇火会燃烧。聚乙烯分子中只有碳、氢元素，没有极性基团，聚乙烯分子中只有碳、氢元素，没有极性基团，常温下耐酸、碱，也不易溶有机溶剂，吸水性小，常温下耐酸、碱，也不易溶有机溶剂，吸水性小，耐蚀性和绝缘性好，耐蚀性和绝缘性好，是优良的高频电绝缘材料。是优良的高频电绝缘材料。LDPE用于制造薄膜，用于制造薄膜，HDPE用于制造日用品、化用于制造日用品、化工设备中耐蚀管道、工设备中耐蚀管道、槽衬和机械零件等。槽衬和机械零件等。LDPE树脂树脂LDPE树脂薄膜树脂薄膜

24、第30页/共115页31聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVC）聚氯乙烯树脂为无色透明体，含有较高的氯，具聚氯乙烯树脂为无色透明体，含有较高的氯，具有有耐燃自熄耐燃自熄特性。特性。聚氯乙烯大分子链含有极性氯原子，分子间作用聚氯乙烯大分子链含有极性氯原子，分子间作用力比聚乙烯大，强度和硬度都比聚乙烯略大。力比聚乙烯大，强度和硬度都比聚乙烯略大。聚氯乙烯在聚氯乙烯在65-85时开始软化，时开始软化，150-170呈熔呈熔融状态，融状态，190以上分解并放出有毒的氯化氢。以上分解并放出有毒的氯化氢。第31页/共115页32聚氯乙烯聚氯乙烯具有良好的介电性能，具有良好的介电性能，可用于制造室温可用于制造室温使用的

25、低频电器元件，如民用电器插座、插头和使用的低频电器元件，如民用电器插座、插头和开关等。但随温度上升和频率增高，介电性能变开关等。但随温度上升和频率增高，介电性能变差。差。聚氯乙烯聚氯乙烯具有良好的化学稳定性具有良好的化学稳定性，能耐许多化学，能耐许多化学药品腐蚀，常温能耐一定浓度的盐酸、硫酸、硝药品腐蚀，常温能耐一定浓度的盐酸、硫酸、硝酸和氢氧化钠，广泛用于制造化工容器和运输管酸和氢氧化钠，广泛用于制造化工容器和运输管道。道。PVC树脂及器件树脂及器件第32页/共115页33聚丙烯（聚丙烯（PP）聚丙烯的分子链上每隔一个碳原子就连接一个甲聚丙烯的分子链上每隔一个碳原子就连接一个甲基基团。基基团

26、。聚丙烯的密度为聚丙烯的密度为0.90-0.91g/cm3，是常用塑料中，是常用塑料中密度最小的品种之一。密度最小的品种之一。聚丙烯聚丙烯具有具有良好的耐热性，良好的耐热性，在无外力作用环境中在无外力作用环境中150也不变形，故聚丙烯可在水中煮沸，制作也不变形，故聚丙烯可在水中煮沸，制作需经煮沸消毒的医疗器械，如注射针筒等。需经煮沸消毒的医疗器械，如注射针筒等。第33页/共115页34聚丙烯的聚丙烯的力学性能力学性能如拉伸强度、屈服强度、压缩强如拉伸强度、屈服强度、压缩强度和弹性模量等都度和弹性模量等都优于优于HDPE，可作机械零件材料，可作机械零件材料，如齿轮、法兰、风扇叶轮和等。如齿轮、法

27、兰、风扇叶轮和等。聚丙烯聚丙烯具有良好的绝缘性、化学稳定性和成型工艺具有良好的绝缘性、化学稳定性和成型工艺性，性，可制作电器元件、化工管道等。可制作电器元件、化工管道等。聚丙烯聚丙烯遇火容易燃烧，遇火容易燃烧，使用时应注意。使用时应注意。PP树脂及器件树脂及器件第34页/共115页35聚苯乙烯（聚苯乙烯（PS）聚苯乙烯密度为聚苯乙烯密度为1.04-1.16g/cm3；聚苯乙烯主链上带结构庞大的聚苯乙烯主链上带结构庞大的苯环苯环，柔顺性差，柔顺性差，质硬脆，抗冲击性差，敲打时发出类似金属的声质硬脆，抗冲击性差，敲打时发出类似金属的声音。音。聚苯乙烯聚苯乙烯具有良好的可塑流动性及较小的成型收具有良

28、好的可塑流动性及较小的成型收缩率，缩率，是成型工艺性最好的塑料品种之一，容易是成型工艺性最好的塑料品种之一，容易制造形状复杂的制品。制造形状复杂的制品。聚苯乙烯遇火会自燃。聚苯乙烯遇火会自燃。第35页/共115页36聚苯乙烯无色透明，聚苯乙烯无色透明，透光性仅次于有机玻璃，容透光性仅次于有机玻璃，容易着色易着色，常用于制造要求透明或颜色鲜艳的制品，常用于制造要求透明或颜色鲜艳的制品，如各种灯罩、光学仪器零件等。如各种灯罩、光学仪器零件等。聚苯乙烯聚苯乙烯具有很小的吸水率，具有很小的吸水率，在潮湿环境中形状在潮湿环境中形状和尺寸变化很小，适于制造要求尺寸稳定的制品。和尺寸变化很小，适于制造要求尺

29、寸稳定的制品。聚苯乙烯聚苯乙烯具有优良的电绝缘性，具有优良的电绝缘性，尤其在高频下介尤其在高频下介电损耗仍然很小，是优良的高频绝缘材料。电损耗仍然很小，是优良的高频绝缘材料。PS树脂及器件树脂及器件第36页/共115页37ABS塑料塑料是一种三元共聚物，由是一种三元共聚物，由丙烯腈丙烯腈(A)、丁、丁二烯二烯(B)和苯乙烯和苯乙烯(S)三种单体组成三种单体组成，丙烯腈具有良好的丙烯腈具有良好的耐蚀性和耐热性耐蚀性和耐热性；丁二烯具有丁二烯具有高韧性和低温弹性高韧性和低温弹性；苯乙烯具有良好的苯乙烯具有良好的成型工艺性、着色性和刚性成型工艺性、着色性和刚性。ABS兼有三种组分的优点，而且三种组分

30、的比例兼有三种组分的优点，而且三种组分的比例可按需要任意调整，使可按需要任意调整，使ABS塑料具有所需的性能。塑料具有所需的性能。第37页/共115页38ABS塑料塑料具有优良的综合性能具有优良的综合性能：力学性能、电绝：力学性能、电绝缘性、化学稳定性、成型工艺性和着色性等都很缘性、化学稳定性、成型工艺性和着色性等都很优良，吸水率也很小。优良，吸水率也很小。ABS塑料塑料表面可电镀、喷漆、真空镀膜和绘画。表面可电镀、喷漆、真空镀膜和绘画。ABS塑料可制造多种机械零件，在家用电器中也塑料可制造多种机械零件，在家用电器中也有广泛应用，如家用电器的壳体等。有广泛应用，如家用电器的壳体等。ABS树脂及

31、器件树脂及器件ABS汽车保险杠汽车保险杠第38页/共115页39聚酰胺（聚酰胺（PA）大分子链中含有酰胺基团的大分子链中含有酰胺基团的高分子聚合物制成的塑料总高分子聚合物制成的塑料总称，包含若干品种。称，包含若干品种。聚酰胺俗称聚酰胺俗称尼龙尼龙(尼龙尼龙66纤纤维织物也称锦纶维织物也称锦纶)。聚酰胺是最先用作工程塑料聚酰胺是最先用作工程塑料的品种之一。的品种之一。锦纶锦纶 第39页/共115页40各种尼龙的性能参数各种尼龙的性能参数性能/牌号PA6PA66PA11PA12PA46密度（g/m3）1.141.141.041.021.18抗拉强度MPa74805050102伸长率%2006030

32、030080缺口冲击强度J/m5640405090弯曲强度MPa1251306974146吸水率1.81.30.30.250.6体积电阻率10121014101310141014熔点220-230250-260187左右178左右290左右分解温度310-380310-380玻璃点50504637第40页/共115页41聚酰胺属线型高分子聚合物，酰胺基团上的氢可聚酰胺属线型高分子聚合物，酰胺基团上的氢可以和另外一个大分子酰胺基团上的羰基结合，以和另外一个大分子酰胺基团上的羰基结合，形形成氢链，成氢链，使聚酰胺大分子之间存在很大的作用力，使聚酰胺大分子之间存在很大的作用力，具有较高的机械强度和熔

33、点。具有较高的机械强度和熔点。聚酰胺聚酰胺吸水性较大，吸水后发生体积膨胀，吸水性较大，吸水后发生体积膨胀，影响影响制品的尺寸精度：尼龙制品的尺寸精度：尼龙6在在24小时后吸水率为小时后吸水率为2；尼龙尼龙1010为为0.39，尼龙，尼龙12为为0.25。PA树脂及纤维树脂及纤维第41页/共115页42聚酰胺聚酰胺具有小的摩擦系数和良好的自润滑性具有小的摩擦系数和良好的自润滑性，可作，可作摩擦材料使用，适用于不允许润滑油污染的纺织与摩擦材料使用，适用于不允许润滑油污染的纺织与食品机械零件，如齿轮、轴承、轴套等。食品机械零件，如齿轮、轴承、轴套等。聚酰胺聚酰胺耐油、耐溶剂和耐稀酸，但不耐浓酸。耐油

34、、耐溶剂和耐稀酸，但不耐浓酸。聚酰胺的耐热温度不高，吸湿性大，应避免在高温聚酰胺的耐热温度不高，吸湿性大，应避免在高温和高湿环境中使用。和高湿环境中使用。尼龙产品及器件尼龙产品及器件第42页/共115页43聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃，有机玻璃，PMMA)聚甲基丙烯酸甲酯分子链上带有极性基团，属长聚甲基丙烯酸甲酯分子链上带有极性基团，属长支链线型聚合物。支链线型聚合物。与无机玻璃相比，有机玻璃的主要优点是密度小与无机玻璃相比，有机玻璃的主要优点是密度小(1.18g/cm3)，质轻而又富有韧性，抗拉强度和弯，质轻而又富有韧性，抗拉强度和弯曲强度都比无机玻璃好，受冲击不易破碎。曲强度

35、都比无机玻璃好，受冲击不易破碎。第43页/共115页44聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯具有很高的透明性，具有很高的透明性，透光率达透光率达92-95，无机玻璃的透光率只有，无机玻璃的透光率只有88。有机玻璃的有机玻璃的主要缺点是硬度较低，容易被外界硬主要缺点是硬度较低，容易被外界硬物擦伤，遇火容易燃烧物擦伤，遇火容易燃烧。有机玻璃主要作透明材料使用，在飞机、汽车、有机玻璃主要作透明材料使用，在飞机、汽车、灯具、医疗仪器和装饰等行业中大量应用。灯具、医疗仪器和装饰等行业中大量应用。PMMA制品制品第44页/共115页45注塑成型过程注塑成型过程金属粉末注射成形是金属粉末注射成形是选择符合要求的

36、金属粉末和选择符合要求的金属粉末和树脂粘结剂，在一定温度下将粉末和树脂混合成树脂粘结剂，在一定温度下将粉末和树脂混合成均匀的注射粒料，造粒后在注射机上成形，获得均匀的注射粒料，造粒后在注射机上成形，获得的成形坯经脱脂处理后烧结致密化，获得最终产的成形坯经脱脂处理后烧结致密化，获得最终产品品。金属注射成形基本过程可分为四个阶段：金属注射成形基本过程可分为四个阶段：粒料制备粒料制备 注射成形注射成形脱脂脱脂烧结烧结第45页/共115页46喂料准备喂料准备粒料制备包括：粒料制备包括：粘结剂的准备粘结剂的准备原料粉末的预混合原料粉末的预混合粉末粉末/粘结剂粒料的混炼粘结剂粒料的混炼粒料制粒粒料制粒这一

37、阶段与传统注射成形最大区别在于这一阶段与传统注射成形最大区别在于用金属或用金属或陶瓷粉末作原料陶瓷粉末作原料。由于粉末本身流动性不好，需。由于粉末本身流动性不好，需加入大量粘结剂在一定温度下混炼成均匀的、具加入大量粘结剂在一定温度下混炼成均匀的、具有流动性的喂料，然后制成大小均一的粒料。有流动性的喂料，然后制成大小均一的粒料。注塑用粒料注塑用粒料第46页/共115页47混炼是将金属粉末与粘结剂混合得到均匀粒料的混炼是将金属粉末与粘结剂混合得到均匀粒料的过程。过程。由于粒料性质决定最终注射成形产品的性由于粒料性质决定最终注射成形产品的性能，所以混炼步骤能，所以混炼步骤非常重要非常重要。双辊法双辊

38、法挤出造粒法挤出造粒法模压破模压破碎法碎法第47页/共115页48粒料表示粉末与粘结剂之间的一种平衡关系，粒料表示粉末与粘结剂之间的一种平衡关系，两两者之间适当的比例者之间适当的比例是决定注射成形成败的关键。是决定注射成形成败的关键。粘结剂过多，粒料粘度小，金属颗粒间不能充分接触，粘结剂过多，粒料粘度小，金属颗粒间不能充分接触，脱脂后变形严重，甚至导致脱脂后变形严重，甚至导致产品塌陷产品塌陷；粘结剂太少，粒料粘度高，注射十分困难，脱脂后容粘结剂太少，粒料粘度高，注射十分困难，脱脂后容易生成孔隙，烧结后易导致易生成孔隙，烧结后易导致产品开裂产品开裂；加入标准加入标准：粉末颗粒间发生：粉末颗粒间发

39、生点接触点接触，粉末颗粒在没外，粉末颗粒在没外压情况下粘在一起，中间的空隙被粘接剂填充；压情况下粘在一起，中间的空隙被粘接剂填充；使用低分子量的粘结剂可减少粘度，易于成形使用低分子量的粘结剂可减少粘度，易于成形。装载量装载量是评价喂料的一个重要指标，工业上一般是评价喂料的一个重要指标，工业上一般使用使用质量分数质量分数来衡量。来衡量。第48页/共115页49均匀混合过程：均匀混合过程：将表面处理过的金属或陶瓷粉末加入粘结剂中，两者将表面处理过的金属或陶瓷粉末加入粘结剂中，两者实现实现均匀混合均匀混合，得到复合粉末体系；，得到复合粉末体系；将复合粉末加热，使将复合粉末加热，使粘结剂熔化粘结剂熔化

40、；液态粘结剂通过液态粘结剂通过毛细作用毛细作用进入粉末颗粒团聚体中，进入粉末颗粒团聚体中，润润滑粉末颗粒，在螺杆剪切力滑粉末颗粒，在螺杆剪切力作用下作用下使颗粒团聚得到持使颗粒团聚得到持续分解，续分解，保持混合均匀。保持混合均匀。工业双螺杆挤出机第49页/共115页50合格的粒料应该是合格的粒料应该是粉末在粘结剂中均匀分布，不粉末在粘结剂中均匀分布，不能团聚或有孔隙，能团聚或有孔隙，粉末分布不均匀会导致粒料粘性不一致，不利于粉末分布不均匀会导致粒料粘性不一致，不利于成形和烧结。成形和烧结。合格的PA/NdFeB喂料及其SEM图谱第50页/共115页51如果粉末颗粒小或形状不规则，混合时间需相应

41、如果粉末颗粒小或形状不规则，混合时间需相应增加，以实现均匀混合。增加，以实现均匀混合。混炼时间增加，混合料均匀性增加，但树脂易氧混炼时间增加，混合料均匀性增加，但树脂易氧化分解，部分金属或合金粉末氧化，导致混炼失化分解，部分金属或合金粉末氧化，导致混炼失败。败。在保证粒料均匀性的前提下，混炼时间尽量缩短在保证粒料均匀性的前提下，混炼时间尽量缩短。混炼时间长的PA/NdFeB喂料最佳混炼时间的PA/NdFeB喂料第51页/共115页52混炼后的粒料经过混炼后的粒料经过破碎机或者切粒机加工破碎机或者切粒机加工后（一后（一般制成般制成3mm左右的颗粒）成为注塑用喂料。左右的颗粒）成为注塑用喂料。破碎

42、机切粒机第52页/共115页53注射成型注射成型是在一定是在一定压力和温度压力和温度下，通过下，通过柱塞或螺杆柱塞或螺杆推动推动，将具有流动性和温度均匀性的，将具有流动性和温度均匀性的粒料熔体粒料熔体注入注入模腔充满，熔体在模腔充满，熔体在控制条件控制条件下下凝固冷却凝固冷却成形，直至成形，直至注射坯从模腔中脱出，形成三维复杂形状和结构。注射坯从模腔中脱出，形成三维复杂形状和结构。该阶段完全不同于传统冶金中的压制成形，类似于该阶段完全不同于传统冶金中的压制成形，类似于塑料工业中的成形工艺。塑料工业中的成形工艺。注射成型第53页/共115页54注射时，喷嘴紧靠流道，螺杆向前推进，喂料受压注射时，

43、喷嘴紧靠流道，螺杆向前推进，喂料受压后挤出料筒，填充模腔；当有足够喂料填充到模腔后挤出料筒，填充模腔；当有足够喂料填充到模腔中时，螺杆停止转动。中时，螺杆停止转动。理想充模理想充模是喂料沿模壁逐渐填充模腔，厚坯件要求是喂料沿模壁逐渐填充模腔，厚坯件要求螺杆推进速度快，薄件则反之。螺杆推进速度快，薄件则反之。充模速率太大导致喷射充模速率太大导致喷射，出现气泡、焊纹或不完全填充，出现气泡、焊纹或不完全填充(空气无法逃逸空气无法逃逸)等现象产生。（大的注射压力和充模速等现象产生。（大的注射压力和充模速率、喂料粘度低都是导致喷射产生的原因）率、喂料粘度低都是导致喷射产生的原因）充模速度太慢充模速度太慢

44、会导致喂料冷却过早，产生不完全填允，会导致喂料冷却过早，产生不完全填允，出现短射出现短射。（粒料注射温度控制不当也会产生此类现象）。（粒料注射温度控制不当也会产生此类现象）第54页/共115页55当螺杆到达顶端喷嘴处后，对喂料进行施压的过当螺杆到达顶端喷嘴处后，对喂料进行施压的过程为程为保压过程保压过程。注射成形最后是将注射成形最后是将成形坯从模具中取出成形坯从模具中取出。开模温度开模温度应低于坯件脱模时维持其形状所需临界温度。应低于坯件脱模时维持其形状所需临界温度。开模压力开模压力须小于成形坯脱模而不粘模所需的最大压力。须小于成形坯脱模而不粘模所需的最大压力。开模压力和温度应有一定范围，不能

45、使制品出现变形、开模压力和温度应有一定范围，不能使制品出现变形、粘模、划伤模具或在制品表面形成缩孔或凹陷。粘模、划伤模具或在制品表面形成缩孔或凹陷。第55页/共115页56脱脂属于金属粉末注射成形独有的步骤，脱脂属于金属粉末注射成形独有的步骤，需从坯需从坯体中脱除约体中脱除约30%-50%（体积分数）的粘结剂，（体积分数）的粘结剂，完完全不同于传统粉末冶金中极少量表面活性剂的脱全不同于传统粉末冶金中极少量表面活性剂的脱除。除。粘结剂的热脱除分为两个基本过程：粘结剂的热脱除分为两个基本过程：粘结剂的粘结剂的热分解热分解，这是一个化学反应过程；，这是一个化学反应过程；分解气体传输到坯块表面进入外部

46、气氛分解气体传输到坯块表面进入外部气氛，这是一个物，这是一个物理传热、传质的过程。理传热、传质的过程。脱脂第56页/共115页57热脱脂过程分为三个阶段：热脱脂过程分为三个阶段：初始阶段初始阶段：初始孔隙的形成，粉末颗粒在粘结剂：初始孔隙的形成，粉末颗粒在粘结剂毛细管力毛细管力作用下产生的颗粒重排；作用下产生的颗粒重排；中间阶段中间阶段：坯块内：坯块内贯通孔隙通道贯通孔隙通道的产生和形成，的产生和形成，以及贯通孔隙通道形成后剩余粘结剂的脱除；以及贯通孔隙通道形成后剩余粘结剂的脱除；最终阶段最终阶段：粘结剂完全脱除后粉末颗粒之间发生：粘结剂完全脱除后粉末颗粒之间发生点接触实现预烧结。点接触实现预

47、烧结。第57页/共115页58初始阶段初始阶段连通孔隙形成连通孔隙形成低熔点组元脱除低熔点组元脱除高熔点组元脱除高熔点组元脱除第58页/共115页59未脱脂样品表面未脱脂样品表面脱脂后样品的微观形貌脱脂后样品的微观形貌第59页/共115页60传统粉末冶金压坯在烧结前一般已有传统粉末冶金压坯在烧结前一般已有90%以上的以上的相对密度，完全致密化只需消除约相对密度，完全致密化只需消除约10%的孔隙；的孔隙；粉末注射成形坯在脱脂后，烧结前只有粉末注射成形坯在脱脂后，烧结前只有60%的相的相对密度，其烧结本质是对密度，其烧结本质是松装粉末烧结松装粉末烧结，难度大增。，难度大增。烧结中会发生较大收缩，虽

48、然这种收缩是烧结的烧结中会发生较大收缩，虽然这种收缩是烧结的主要目的，但同时也导致变形。主要目的，但同时也导致变形。金属粉末注射成形产品烧结成功标准：金属粉末注射成形产品烧结成功标准：在保证产在保证产品精度和性能具有可控性和重复性前提下，使其品精度和性能具有可控性和重复性前提下，使其密度达到要求。密度达到要求。烧结第60页/共115页61控制加热速度可促进坯件致密化控制加热速度可促进坯件致密化。缓慢加热缓慢加热使在低温烧结阶段表面扩散占主导地位，使在低温烧结阶段表面扩散占主导地位，消消耗烧结驱动力却很难使坯件致密化。耗烧结驱动力却很难使坯件致密化。快速加热快速加热到一定温度范围，在此温度范围内

49、体扩散变到一定温度范围，在此温度范围内体扩散变得活跃，而且快速加热可控制晶粒长大，同时孔隙也得活跃，而且快速加热可控制晶粒长大，同时孔隙也在演化缩小。在演化缩小。烧结中产生液相以有助于坯件的致密化烧结中产生液相以有助于坯件的致密化。液相提高物质的传输速率，引起更快的烧结；液相提高物质的传输速率，引起更快的烧结；液相对颗粒施加毛细管力，等同一种大的外压；液相对颗粒施加毛细管力，等同一种大的外压；预期的液相可通过一种组元熔化而形成。预期的液相可通过一种组元熔化而形成。第61页/共115页62金属注射成形产品的烧结过程：金属注射成形产品的烧结过程：最初阶段：最初阶段：烧结颈形成并长大烧结颈形成并长大

50、；中间阶段：烧结颈长大，中间阶段：烧结颈长大，形成晶界相连的孔隙网络形成晶界相连的孔隙网络；最终阶段：最终阶段：孔隙几何外形变成圆柱状，只剩很少的小孔隙几何外形变成圆柱状，只剩很少的小孔隙位于晶界上孔隙位于晶界上。烧结过程中微观结构的变化烧结过程中微观结构的变化第62页/共115页63注射成型原理注射成型原理树脂熔融粘度极高树脂熔融粘度极高，靠其自然流入模具中赋形是，靠其自然流入模具中赋形是不可能的，加入金属粉末后复合体系粘度急剧上不可能的，加入金属粉末后复合体系粘度急剧上升。升。为使熔融粒料流入模腔各角落，获得具有复杂形为使熔融粒料流入模腔各角落，获得具有复杂形状，表面没有缩痕、内部没有空洞