高比重鎢合金的金屬注射成型工藝是一種適用于小型復(fù)雜零件的近凈成形技術(shù)。金屬注射成型工藝首先將微細(xì)球形金屬粉末與特定粘結(jié)劑混合制成喂料，然后通過注射成型獲得生坯，接下來通過脫脂工序去除粘結(jié)劑，形成多孔的褐坯，最后在保護(hù)氣氛下經(jīng)高溫液相燒結(jié)實(shí)現(xiàn)致密化，產(chǎn)品相對密度可達(dá)98%以上，必要時(shí)可通過熱處理、精密加工及表面處理進(jìn)一步滿足尺寸與性能要求，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜零件的高效精密成形。
一、高比重鎢合金金屬注射成型工藝的原料準(zhǔn)備與混料環(huán)節(jié)
在高比重鎢合金的金屬注射成型工藝中，原料的準(zhǔn)備與混料是首要且關(guān)鍵的步驟。這一環(huán)節(jié)主要分為粉末選擇、粘結(jié)劑配制以及混料造粒三個(gè)階段。
首先是粉末選擇方面，需要采用純度高的鎢、鎳、鐵等金屬粉末。這些粉末顆粒最好是球形或接近球形，并且粒度要比較細(xì)，通常中位粒徑(D50)要求小于5μm。
其次是確定粘結(jié)劑類型。粘結(jié)劑由多種高分子聚合物復(fù)合而成，根據(jù)中鎢智造的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，常見的粘結(jié)劑有兩種類型，一種是蠟基類型，主要成分為石蠟和聚丙烯，適用于后續(xù)的溶劑脫脂工藝，另一種是POM基類型，以聚甲醛為骨架材料，多用于催化脫脂。
最后是混料與造粒環(huán)節(jié)。將金屬粉末與粘結(jié)劑按一定體積比例，在密煉機(jī)中于150~180℃的溫度下進(jìn)行高溫剪切混合，直至形成均勻的膏狀復(fù)合物，混合過程中的粉末裝載量一般保持在50%~65%之間，這個(gè)過程完成后，將混合均勻的膏體通過造粒設(shè)備制成顆粒狀，就能得到可供注射成型使用的喂料。
高比重鎢合金金屬注射成型粘結(jié)劑主要類型
二、高比重鎢合金金屬注射成型工藝的注射成型環(huán)節(jié)
接下來是注射成型環(huán)節(jié)。經(jīng)過混煉制得的喂料顆粒被送入專用的注射成型機(jī)中。在料筒內(nèi)，喂料被加熱至粘結(jié)劑熔融的塑化狀態(tài)，然后在約50~100MPa的壓力下，高速注射進(jìn)模具的型腔，待其在模具中冷卻定型后，便可脫模取出。這個(gè)時(shí)候得到的零件被稱為“生坯”，它已經(jīng)精確復(fù)制了模具的復(fù)雜外形與細(xì)微結(jié)構(gòu)，但由于內(nèi)部含有大量粘結(jié)劑，其整體強(qiáng)度還比較低。
三、高比重鎢合金金屬注射成型工藝的脫脂環(huán)節(jié)
脫脂是金屬注射成型中的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，主要是為了去除生坯中的粘結(jié)劑，為后續(xù)燒結(jié)做準(zhǔn)備。具體工藝路線根據(jù)所用粘結(jié)劑類型而有所不同。
對于蠟基粘結(jié)劑，大多會采用溶劑脫脂與熱脫脂相結(jié)合的方式。首先把生坯浸泡在庚烷或三氯乙烯等溶劑里，使其中的石蠟等可溶成分被溶解去除。隨后，將部件轉(zhuǎn)入脫脂爐，在保護(hù)氣氛下，以每分鐘低于2℃的緩慢速率升溫至500℃左右，使剩余的高分子聚合物充分分解并排出。
對于POM基粘結(jié)劑，則主要采用催化脫脂。將生坯置于約120℃的氮?dú)鈿夥罩校⑼ㄈ胂跛嵴魵?，促使聚甲醛快速催化分解為甲醛氣體排出。催化脫脂后，同樣需要在保護(hù)氣氛中進(jìn)行一次熱脫脂，升溫至約500℃，以徹底清除殘留的微量粘結(jié)劑成分。完成全部脫脂步驟后，得到的部件就叫“褐坯”，它的內(nèi)部已基本為多孔金屬骨架，但強(qiáng)度仍然很低。
四、高比重鎢合金金屬注射成型工藝的燒結(jié)環(huán)節(jié)
燒結(jié)是整個(gè)工藝的最后一步，一般會將褐坯放置在氫氣或真空環(huán)境下，按照設(shè)定好的升溫程序，將其加熱到1500~1550℃的高溫，并在這個(gè)溫度下保持1~2小時(shí)。
在高溫作用下，合金成分中的鎳、鐵等元素會形成液相，通過顆粒重排和溶解再析出，逐漸填滿孔隙，實(shí)現(xiàn)材料的充分致密化。這個(gè)過程中，零件尺寸會發(fā)生比較明顯的收縮，線性收縮率約15%~20%。燒結(jié)完成后，最終獲得的制品相對密度可以達(dá)到98%以上，成為接近完全致密的高比重鎢合金零件。
五、高比重鎢合金金屬注射成型工藝的后續(xù)處理環(huán)節(jié)
經(jīng)過燒結(jié)后，高比重鎢合金零件已經(jīng)基本成型，但通常還需要一些后續(xù)處理來滿足不同的使用要求。
首先，根據(jù)材料性能的需要，有時(shí)會進(jìn)行熱處理，例如采用去應(yīng)力退火或時(shí)效處理，以調(diào)整內(nèi)部組織并優(yōu)化綜合性能。
其次，考慮到燒結(jié)過程中難以完全避免的尺寸偏差與收縮，通常還需要借助精密的機(jī)械加工來達(dá)到最終的尺寸精度。常用的加工方法包括磨削、電火花加工（Electrical Discharge Machining，簡稱EDM）等。
最后，為了改善外觀或提高零件的耐用性，會進(jìn)行相應(yīng)的表面處理。常見的方式包括通過鍍鎳或噴涂氧化鋁等陶瓷涂層來增強(qiáng)耐腐蝕性，以及通過拋光來降低表面粗糙度，從而獲得更光滑、質(zhì)量更佳的表面。
