粘结剂是MIM技术的核心,MIM与常规粉末冶金方法相比的一个重要差异即粘结剂含量高。粘结剂的主要作用是充当粘结金属粉末颗粒流动的载体以及成型后保持工件形状。
MIM用粘结剂应满足如下要求:
与粉末接触角小,粘附力强且不与粉末反应;射出温度范围内粘度变化不大,但冷却时粘度变化速度快不易粘模;用量少,用较少的粘结剂能使混合料产生较好的流变性;
粘结剂的选择十分关键,若粘结剂选择不当可能产生以下缺陷:
粘结剂是怎么分类的?
一个实用的粘结剂一般由几种组元组成,每种组元有各自独特的功能,按照功能可以分为主要粘结剂、次要粘结剂和添加剂这几种。根据粘结剂体系中主要粘结剂组元及其性质可以把粘结剂体系分为热塑性粘结剂、热固性粘结剂、凝胶体系和水溶性粘结剂以及特殊体系等。
其中,热塑性粘结剂应用***,分为石蜡基粘结剂、油基粘结剂、聚合物基粘结剂等。下表列出了几种主要MIM粘结剂体系的优缺点 :
热塑性粘结剂一般由高分子聚合物、低分子物质以及必要的添加剂组成(石蜡基粘结剂、油基粘结剂等分类是根据低分子物质来区分的)。各组成部分作用如下:
高分子聚合物:黏度高,东莞粉末冶金,强度高,粉末冶金表扣,在注射后及脱脂过程中保持坯块形状低分子物质:粘度低,流动性好,脱脂过程中能在较低温度下首先被脱除,在坯块中留下连通空隙,有利于后期快速热熔脂的进行添加剂:改善应力、降低粘度、增加润湿性或润滑性等
粉末冶金属于现代工业发展的朝阳产业,以制取金属或用金属粉末(或金属粉末与非金属粉末的混合物)作为原料,经过成形和烧结,制造金属材料、复合以及各种类型制品的工艺技术。
我国粉末冶金行业起步较晚,但发展迅猛,特别是汽车行业、机械制造、金属行业、航空航天、仪器仪表、五金工具、工程机械、电子家电及高科技产业等迅猛发展,为粉末冶金行业带来了较大的发展机遇。
具体数据显示,1948年我国硬质合金产量仅有2-3万吨,但2000年后我国粉末冶金市场迅速崛起。2009年我国粉末冶金行业产量为11.30万吨,超过日本跃居亚洲首位。2014年粉末冶金行业销量达19.18万吨,2017年增长至20.08万吨,增幅为4.7%。
从应用领域来看,现阶段,我国粉末冶金产品主要应用于汽车、家电、电动工具、摩托车、农业机械及工程机械等工业。随着我国汽车行业的快速发展,粉末冶金制品本土化需求不断扩大,2016年,应用于汽车方面的粉末冶金零件共10.09万吨,占比54.69%,同比上升6.55%。未来下游产业的发展将会继续拉动上游产业的发展,整个行业的容量仍在不停扩大。
汽车领域应用较少,技术相对落后
在发达国家如美国、欧洲、日本,粉末冶金产品主要应用于汽车领域,粉末冶金中框,汽车粉末冶金产品占粉末冶金总产品的比例高达80%以上,其产品包括VVT(可变气门正时系统)、VCT(可变气门凸轮轴正时系统)、各类泵组件、链轮、同步环、行星齿轮等,种类覆盖十分齐全。
而在我国,2017年,粉末冶金市场汽车应用占比仅为60%。我国粉末冶金汽车零件占比远低于发达国家,占比提升潜力大。
单车用量方面,中国提升空间同样相对可观。2017年,北美粉末冶金零件单车用量可达18.6Kg,日本为8.0Kg,欧洲为7.2Kg,而中国仅为4.5Kg。这种差距产生的主要原因是,我国国内很多粉末冶金产品达不到要求的尺寸公差与性能参数,因此,汽车主机厂只能选择成本更高的锻造零件与机加工零件。
国内企业成本优势***,进口替代空间广阔
与国外公司相比,国内企业在人力成本、土地成本、原料成本等方面均具有优势,能够为主机厂与一级供应商提供***价的粉末冶金产品。同时,国内企业交货周期短,售后服务快速、及时,能够为国内主机厂提供更优质的服务。
从技术角度来看,2015年,发布《中国制造2025》的通知,其中重点提出要大力发展智能制造、增材制造、新材料、生物医用等领域。我们认为在国家政策的大力扶持下,国内粉末冶金技术有望得到快速发展,替代市场逐步由低端转向高技术。
另外,粉末冶金耳机,***申请授权量的持续增长彰显粉末冶金技术的不断成熟。2016年,我国铸造、粉末冶金***申请授权量为8295项,同比增长11.62%,近五年(2012-2016年)复合增长率为16.02%。
综合来看,国内粉末冶金产品进口替代空间十分广阔
金属粉末注射成型技术(Metal Powder Injection Molding,简称MIM)是将现代塑料喷射成形技术引入粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净形成形技术。其基本工艺过程是:首先将固体粉末与有机粘结剂均匀混练,经制粒后在加热塑化状态下(~150℃)用喷射成形机注入模腔内固化成形,然后用化学或热分解的方法将成形坯中的粘结剂脱除,***经烧结致密化得到最终产品。与传统工艺相比,具有精度高、组织均匀、性能优异,生产成本低等特点,其产品广泛应用于电子信息工程、生物医用器械、办公设备、汽车、机械、五金、体育器械、钟表业、兵工及航空航天等工业领域。因此,国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命,被誉为“当今最热门的零部件成形技术”和“21世纪的成形技术”。
美国加州Parmatech公司于1973年发明,八十年代初欧洲许多国家以及日本也都投入***精力开始研究该技术,并得到迅速推广。特别是八十年代中期,这项技术实现产业化以来更获得突飞猛进的发展,每年都以惊人的速度递增。到目前为止,美国、西欧、日本等十多个国家和地区有一百多家公司从事该工艺技术的产品开发、研制与销售工作。日本在竞争上十分积极,并且表现突出,许多大型株式会社均参与MIM工业的推广,这些公司包括有太平洋金属、三菱制钢、川崎制铁、神户制钢、住友矿山、精工——爱普生、大同特殊钢等。目前日本有四十多家专业从事MIM产业的公司,其MIM工业产品的销售总值早已超过欧洲并直追美国。到目前为止,全球已有百余家公司从事该项技术的产品开发、研制与销售工作,MIM技术也因此成为新型制造业中最为活跃的前沿技术领域,被世界冶金行业的***性技术,代表着粉末冶金技术发展的主方向。