钛合金注射成形技术的发展与应用（转载）

金属粉末注射成形（Metal Injection Molding，简称“MIM”），是将现代塑料注射成形技术与传统粉末冶金工艺相结合而形成的一种新型粉末冶金近净成形技术。MIM技术可实现高度精确和复杂的零件制造，相对于传统制造方法，MIM技术具有更高的生产效率和更低的成本，能够最大程度地减少材料浪费，提高资源利用效率，也可通过模具的设计和调整，灵活地生产出各种不同形状和规格的零件，实现定制化生产，适用于体积微小、内部较复杂的结构件的高效生产。

图片：Element 22 GmbH生产的Ti-MIM形状示例

 图片：用于金属注射成型的钛粉的特性

钛合金因其优异的强度重量比、耐腐蚀性和生物相容性，越来越多地被应用于高性能零部件的制造。MIM工艺通过高效生产复杂形状和高精度的钛合金零件，正在满足各行业对高性能零部件的需求，且钛合金粉末的表面活性较高，易于烧结致密化，这对提高MIM制品的机械性能至关重要。

MIM技术的优势在于可以批量生产复杂形状的金属零件，且材料利用率高、废料少。然而，MIM钛技术的发展存在一些挑战，如低氧球形钛合金粉末价格高、供应量不足、喂料制备的均匀性、脱脂过程中制品的变形和开裂、烧结过程中的收缩控制等，这些问题需要通过优化工艺参数和改进材料来解决。

钛合金因其高比强度和耐腐蚀性，在航空航天领域具有重要应用。MIM技术可以制造出形状复杂、轻量化的钛合金零部件，如飞机发动机叶片、结构支架和连接件等。这些零部件不仅重量轻，而且具有优异的机械性能和抗疲劳性能，有效提高了航空器的整体性能和安全性。

图片：钛合金涡轮发动机叶片

钛合金具有良好的生物相容性和耐腐蚀性，是医疗器械制造的理想材料。通过MIM技术，可以生产出复杂形状的钛合金医疗零部件，如手术刀柄、剪刀、镊子、骨科关节零件、牙科植入物等。钛合金弹性模量特别接近人体骨骼（10~30）GPa，零部件在植入人体后，不仅能够与人体组织良好结合，还能长期保持优异的机械性能和耐腐蚀性，是目前最突出的生物材料。

图片：钛合金牙科种植物

图片：MIM生产的Ti-6Al-4V商用永久植入物（端口系统）

作为药物输送装置用于癌症治疗

在高端制造领域(精密仪器、汽车工业等)，MIM钛合金技术也具有广泛应用，如汽车涡轮增压器零部件、内燃机和燃气轮机旋转和振动部件等。这些零部件不仅性能优越，而且能够大幅度降低制造成本，提高生产效率。美国使用Ti-６Al-２Sn-４Zn-２Mo钛合金制造了车用进气阀和排气阀, 不仅减轻了车身质量,延长了阀门寿命,还提高了车辆速度。

 图片：MIM钛合金汽车零件

来源：FineMIM

图片：钛合金折叠自行车车架零部件

来源：Helix

钛合金注射成形已经在电子3C产业批量应用,苹果公司自2010年开始使用MIM零部件，并不断拓展、引领MIM的使用范围。电源接口件、卡托、摄像头圈、按键等MIM零部件在手机上的成功应用，成就了中国MIM企业在消费电子领域的领先地位。随着智能手机、智能穿戴设备等消费电子产品向更加轻薄化发展，这些产品的核心零部件也将更加精密化和复杂化，在此背景下，MIM工艺的应用前景将日益广阔。

图片：钛合金边框智能手表

随着科技的发展，MIM钛合金技术将不断改进，例如：开发新型高性能钛合金粉末材料、新型钛基复合材料；提高喂料的均匀性和稳定性；优化脱脂和烧结工艺，减少制品的变形和开裂；应用先进的计算机仿真技术，精确控制制品的收缩和尺寸精度等。这些技术改进将进一步提高钛合金MIM制品的性能和质量，拓宽其应用领域。同时，随着个性化和智能化制造的发展，钛合金MIM技术也将迎来新的机遇：通过3D打印技术与MIM技术相结合，可以快速制造出个性化的钛合金零部件，满足不同客户的特殊需求；通过引入智能制造技术，可以实现MIM生产过程的自动化和智能化，提高生产效率和产品质量。

在将来，绿色制造成为未来发展的重要趋势，钛合金MIM技术应注重环保和可持续发展，例如开发无毒无害的粘结剂、减少脱脂和烧结过程中有害气体的排放、实现废旧钛合金制品的循环利用。这些措施将有助于推动钛合金MIM技术的绿色化发展，实现经济效益和环境效益的双赢。

钛合金注射成形技术正在各个高性能零部件制造领域迅速发展，通过技术创新、工艺优化和绿色制造等方面的不断进步，满足市场对高质量、复杂形状和低成本零件的需求。随着新材料的开发和数字化智能制造的应用，钛合金MIM技术的前景将更加广阔，为多个行业带来更多的应用机会和发展空间。

【参考文献】

[1] Yılmaz E, Gökçe 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] 郭鲤, 詹浩, 游玉萍, 等. 钛及钛合金粉末注射成形的研究进展[J]. 机械工程材料, 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.

声    明：文章内容来源于晶高优材。仅作分享，不代表本号立场，如有侵权，请联系小编删除，谢谢！