金屬粉末注射成形（Metal Injection Molding，簡(jiǎn)稱(chēng)“MIM”），是將現(xiàn)代塑料注射成形技術(shù)與傳統(tǒng)粉末冶金工藝相結(jié)合而形成的一種新型粉末冶金近凈成形技術(shù)。MIM技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高度精確和復(fù)雜的零件制造，相對(duì)于傳統(tǒng)制造方法，MIM技術(shù)具有更高的生產(chǎn)效率和更低的成本，能夠最大程度地減少材料浪費(fèi)，提高資源利用效率，也可通過(guò)模具的設(shè)計(jì)和調(diào)整，靈活地生產(chǎn)出各種不同形狀和規(guī)格的零件，實(shí)現(xiàn)定制化生產(chǎn)，適用于體積微小、內(nèi)部較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件的高效生產(chǎn)。
圖片：Element 22 GmbH生產(chǎn)的Ti-MIM形狀示例
圖片：用于金屬注射成型的鈦粉的特性
鈦合金因其優(yōu)異的強(qiáng)度重量比、耐腐蝕性和生物相容性，越來(lái)越多地被應(yīng)用于高性能零部件的制造。MIM工藝通過(guò)高效生產(chǎn)復(fù)雜形狀和高精度的鈦合金零件，正在滿(mǎn)足各行業(yè)對(duì)高性能零部件的需求，且鈦合金粉末的表面活性較高，易于燒結(jié)致密化，這對(duì)提高M(jìn)IM制品的機(jī)械性能至關(guān)重要。
MIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可以批量生產(chǎn)復(fù)雜形狀的金屬零件，且材料利用率高、廢料少。然而，MIM鈦技術(shù)的發(fā)展存在一些挑戰(zhàn)，如低氧球形鈦合金粉末價(jià)格高、供應(yīng)量不足、喂料制備的均勻性、脫脂過(guò)程中制品的變形和開(kāi)裂、燒結(jié)過(guò)程中的收縮控制等，這些問(wèn)題需要通過(guò)優(yōu)化工藝參數(shù)和改進(jìn)材料來(lái)解決。
鈦合金因其高比強(qiáng)度和耐腐蝕性，在航空航天領(lǐng)域具有重要應(yīng)用。MIM技術(shù)可以制造出形狀復(fù)雜、輕量化的鈦合金零部件，如飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、結(jié)構(gòu)支架和連接件等。這些零部件不僅重量輕，而且具有優(yōu)異的機(jī)械性能和抗疲勞性能，有效提高了航空器的整體性能和安全性。
圖片：鈦合金渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)葉片
鈦合金具有良好的生物相容性和耐腐蝕性，是醫(yī)療器械制造的理想材料。通過(guò)MIM技術(shù)，可以生產(chǎn)出復(fù)雜形狀的鈦合金醫(yī)療零部件，如手術(shù)刀柄、剪刀、鑷子、骨科關(guān)節(jié)零件、牙科植入物等。鈦合金彈性模量特別接近人體骨骼（10~30）GPa，零部件在植入人體后，不僅能夠與人體組織良好結(jié)合，還能長(zhǎng)期保持優(yōu)異的機(jī)械性能和耐腐蝕性，是目前最突出的生物材料。
圖片：鈦合金牙科種植物
圖片：MIM生產(chǎn)的Ti-6Al-4V商用永久植入物（端口系統(tǒng)）
作為藥物輸送裝置用于癌癥治療
在高端制造領(lǐng)域(精密儀器、汽車(chē)工業(yè)等)，MIM鈦合金技術(shù)也具有廣泛應(yīng)用，如汽車(chē)渦輪增壓器零部件、內(nèi)燃機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)部件等。這些零部件不僅性能優(yōu)越，而且能夠大幅度降低制造成本，提高生產(chǎn)效率。美國(guó)使用Ti-６Al-２Sn-４Zn-２Mo鈦合金制造了車(chē)用進(jìn)氣閥和排氣閥, 不僅減輕了車(chē)身質(zhì)量,延長(zhǎng)了閥門(mén)壽命,還提高了車(chē)輛速度。
圖片：MIM鈦合金汽車(chē)零件
來(lái)源：FineMIM
圖片：鈦合金折疊自行車(chē)車(chē)架零部件
來(lái)源：Helix
鈦合金注射成形已經(jīng)在電子3C產(chǎn)業(yè)批量應(yīng)用,蘋(píng)果公司自2010年開(kāi)始使用MIM零部件，并不斷拓展、引領(lǐng)MIM的使用范圍。電源接口件、卡托、攝像頭圈、按鍵等MIM零部件在手機(jī)上的成功應(yīng)用，成就了中國(guó)MIM企業(yè)在消費(fèi)電子領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。隨著智能手機(jī)、智能穿戴設(shè)備等消費(fèi)電子產(chǎn)品向更加輕薄化發(fā)展，這些產(chǎn)品的核心零部件也將更加精密化和復(fù)雜化，在此背景下，MIM工藝的應(yīng)用前景將日益廣闊。
圖片：鈦合金邊框智能手表
隨著科技的發(fā)展，MIM鈦合金技術(shù)將不斷改進(jìn)，例如：開(kāi)發(fā)新型高性能鈦合金粉末材料、新型鈦基復(fù)合材料；提高喂料的均勻性和穩(wěn)定性；優(yōu)化脫脂和燒結(jié)工藝，減少制品的變形和開(kāi)裂；應(yīng)用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，精確控制制品的收縮和尺寸精度等。這些技術(shù)改進(jìn)將進(jìn)一步提高鈦合金MIM制品的性能和質(zhì)量，拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。同時(shí)，隨著個(gè)性化和智能化制造的發(fā)展，鈦合金MIM技術(shù)也將迎來(lái)新的機(jī)遇：通過(guò)3D打印技術(shù)與MIM技術(shù)相結(jié)合，可以快速制造出個(gè)性化的鈦合金零部件，滿(mǎn)足不同客戶(hù)的特殊需求；通過(guò)引入智能制造技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)MIM生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化和智能化，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。
在將來(lái)，綠色制造成為未來(lái)發(fā)展的重要趨勢(shì)，鈦合金MIM技術(shù)應(yīng)注重環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展，例如開(kāi)發(fā)無(wú)毒無(wú)害的粘結(jié)劑、減少脫脂和燒結(jié)過(guò)程中有害氣體的排放、實(shí)現(xiàn)廢舊鈦合金制品的循環(huán)利用。這些措施將有助于推動(dòng)鈦合金MIM技術(shù)的綠色化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益的雙贏(yíng)。
鈦合金注射成形技術(shù)正在各個(gè)高性能零部件制造領(lǐng)域迅速發(fā)展，通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新、工藝優(yōu)化和綠色制造等方面的不斷進(jìn)步，滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)高質(zhì)量、復(fù)雜形狀和低成本零件的需求。隨著新材料的開(kāi)發(fā)和數(shù)字化智能制造的應(yīng)用，鈦合金MIM技術(shù)的前景將更加廣闊，為多個(gè)行業(yè)帶來(lái)更多的應(yīng)用機(jī)會(huì)和發(fā)展空間。
【參考文獻(xiàn)】
[1] Y?lmaz E, G?k?e A, Findik F, et al. Characterization of biomedical Ti-16Nb-(0–4) Sn alloys produced by powder injection molding[J]. Vacuum, 2017, 142: 164-174.
[2] Basir A, Muhamad N, Sulong A B, et al. Recent advances in processing of titanium and titanium alloys through metal injection molding for biomedical applications: 2013–2022[J]. Materials, 2023, 16(11): 3991.
[3] German R M. Progress in titanium metal powder injection molding[J]. Materials, 2013, 6(8): 3641-3662.
[4] 郭鯉, 詹浩, 游玉萍, 等. 鈦及鈦合金粉末注射成形的研究進(jìn)展[J]. 機(jī)械工程材料, 2019, 42(6): 15-21, 86.
[5] Yemisci I, Mutlu O, Gulsoy N, et al. Experimentation and analysis of powder injection molded Ti10Nb10Zr alloy: A promising candidate for electrochemical and biomedical application[J]. Journal of Materials Research and Technology, 2019, 8(6): 5233-5245.
