对于多相填充流,人们发现可以因为剪切力作用,或是颗粒间的相互作用而形成些独特的结构。特性使得这一现象尤为突出。这就带来了一些问题,粉末冶金厂,比如:流体是否均匀,流体是否是多相的且每个组分是否都起着独立的作用来影响整个流体的流动性。通过观察流道横截面上的流体可以发现许多有趣的现象。和中显示的是横截面的放大图,显示出了相的分离以及年轮一样的结构。上面图片中的白色条纹是相分离的一种表征,那里是一些粘结剂中的低熔点组分。在这样的地方很容易产生裂纹。这种结构明显表明流体是多相的,甚至可能是类固体的。所以实际上的MIM喂料熔体是非均质的流体,其运动方式和均质流体存在着差异。
在粉末-粘结剂两相体系中,粉末颗粒和粘结剂之间存在着强烈的相互作用,因此颗粒附近粘结剂的运动将受到一定的限制。在这个模型里,将具有不规则形状的粉末简化为规则球形的颗粒,每个颗粒周围包覆着一层粘结剂,这层粘结剂随颗粒一起运动,即将其看成一个复合单元。粘结剂的厚度假定是常数,以此确保系统质量的恒定。尽管这些复合单元的周围还有自由粘结剂的存在,且其粘性制约了粉末颗粒的运动,还是可将复合单元看成是不受外围粘结剂介质的影响。
修正颗粒模型颗粒模型较为充分地考虑了MIM喂料的独特性,可以描述粉末的运动情况,因此这个模型在简单计算每个粉末颗粒的实际运动情况方面较为精准,但对于实际的三维问题,颗粒模型的微观分析需要大量的单元,且容易造成计算的发散。很难将其应用到诸如粉末等微细粉末的分析。所以必须对已有的颗粒模型进行一定的修正。展示了通过这种颗粒模型模拟出来的MIM喂料充模的情况。从中可以较清楚地看出密度分布的不均匀性。
结论由于MIM喂料在模腔中的流动可以看成是固-液两相流动,所以采用传统的连续介质模型来进行流动模拟存在较大的偏差。很多研究表明,MIM喂料在充模过程中将发生粉末和粘结剂分离的现象。通过这种方法可以直接考察粉末特性(粒度、粒径分布、密度和形状等)对流动过程的影响。从而可以监视流动过程中粉末的运动、聚集以及密度变化分布情况和两相分离等特殊现象。为了简化三维问题中的计算,还在基于修正颗粒流体动力学的基础上对该模型进行了修正。
MIM和CIM是粉末注射成形工艺的两大分支。其中MIM是发展最早也最成熟的一个分支,被称为21世界最热门的零部件成形技术,它也的确没有辜负这样一个荣誉,其产业不断发展和壮大,并拥有了专门的金属注射成形生产设备。现在粉末注射成型工艺一出现第三大分支:AIM,即铝合金注射成型。近年来,随着金属注射成形工艺的不断成熟和普及,人们也越来越关注铝合金这种具有优异功能的特殊复合金属,因铝合金种类繁多,性质差异较大,表面极易被氧化的特点,其在注射成形方面与普通金属或合金要求是不同的,于是才会出现专门的AIM——铝合金注射成形。
任何一个工艺要想发展,铁基粉末冶金,形成一种产业,必须要通过生产设备的改进和升级来为企业提高生产效率,AIM也不例外,zui初它是没有专用的设备的,传统粉末冶金和注塑行业通用生产设备以及金属注射成形专用设备的都曾被用于该工艺中。但是它有其独特的原料特点,那些非专用生产设备都无法很好满足其正常生产需要,即使勉强可以使用制品的质量也大***扣。
AIM生产设备(主要是混炼造粒设备和注射设备)的研究是近几年才开始的,因为铝合金注射成形技术是非常***的一门技术,国内对其研究也是刚刚开始,目前南京科技大学对此领域研究较早较多并已经取得一定研究成果,在领域的水平可以达到***。由于铝合金粉末的摩擦系数比普通金属粉末和陶瓷粉末都要小,因此就混炼设备和注射设备来讲,东莞粉末冶金,原则上是可以与其共用的。
随着AIM企业对生产效率和设备自动化,加工连续化程度以及设备性能等要求的提高,专业的铝合金注射成形混炼机、造粒机及注射机的研究开始被众多机械设备制造商提上日程。
目前国内已有少数几家机械设备制造商通过与高等院校合作的方式,在AIM专用生产设备的研发生产方面取得了初步的成效,并在一些企业开始试用,其功能和特性还有待在以后的生产实践中不断摸索和改进,相信随着科技不断进步,这些生产设备也会朝着智能化、环保化、自动化发展。
电子仪器产业是MIM零件的主要应用领域,在亚洲约占MIM零件销售额的50%。电子器件的微型化需要生产成本较低的,性能较好的,更小的零件,这正是MIM零件的优势所在。[1]
MIM在中国的发展受益于电子行业(如手机产业等)的带动,粉末冶金注射成型,从2009年开始整个行业扶摇直上;尤其到2011年中后,更因为受苹果与三星电子两家的商品竞争,在手机装置中大量采用MIM零件,是过去从未见到的热潮。以下举例说明电子行业中的MIM产品。
智能手机
90年代,***为熟知的MIM应用是BP机震动马达的钨合金振子。2000年以后,不锈钢系列开始广泛应用,如光纤接头,消费电子类的hinge系列,手机按键,sim卡托槽等。近期MIM行业出现投资热潮是由于MIM零件在手机行业广泛应用,以及3C行业的组装工厂也在中国,投资门槛的降低,这都吸引了大量的资金流入。
根据市场情况,2015年仅国产手机零件(卡托、按键、镜头圈、LED圈、转轴)达到16.5亿,而且MIM产品的市场需求还会进一步的扩大。
光导纤维零件
图5是由17-4PH不锈钢制造的薄壁(壁厚小于1mm)、形状复杂的光导纤维收发报机外罩,是用于网络和电讯设备中的超高速收发报机并联光学模件。这些薄壁的MIM外罩由4个薄支柱支承2条并联的带[1]。
其他典型电子行业MIM产品
在电子行业中诸如磁盘驱动器部件、电缆连接器、电子封装件、手机振子、计算机打印头等也常用MIM产品。