金屬粉末注射成型：成型工藝中燒結(jié)變形的測試評價(jià)技術(shù)需求

粉末注射成型工藝中采用了大量粉末這就意味著最終成型部件內(nèi)會含有細(xì)小的孔穴，粉末顆粒的尺寸會明顯影響部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)性能，如空隙率和晶粒尺寸大小。減小粉末顆粒尺寸可以改善燒結(jié)性能，但隨之會使得比表面積增大并最終導(dǎo)致氧濃度趨勢的增大。

在粉末注射成型后要進(jìn)行排膠和燒結(jié)工藝處理，在這些處理工藝中散布在粉體顆粒空隙之間的膠粘劑會引起成型件外形的改變。另外，由于致密性要求燒結(jié)要在高溫下進(jìn)行，燒結(jié)溫度接近熔點(diǎn)，這時(shí)就需要考慮重力所帶來的蠕變，越是大尺寸的成型部件越是會產(chǎn)生較大的變形，結(jié)果就是最終部件所需的尺寸精度就很難保證。在實(shí)際生產(chǎn)中，這種高溫下蠕變變形所帶來的結(jié)果就是粉末注射成型工藝僅能用于重量100g以內(nèi)輕質(zhì)小尺寸部件的生產(chǎn)。因此，對于較重的大尺寸部件生產(chǎn)中采用粉末注射成型工藝就需要設(shè)法抑制這種變形，這是目前粉末注射成型工藝所面臨的巨大挑戰(zhàn)。

對于輕質(zhì)小尺寸部件的生產(chǎn)，為得到高精度和高質(zhì)量的產(chǎn)品，也需要精確掌握這種變形行為的規(guī)律，并根據(jù)產(chǎn)品最終的特性，來確定燒結(jié)工藝參數(shù)以及燒結(jié)前坯件的幾何尺寸。排膠和燒結(jié)過程中產(chǎn)品部件收縮規(guī)律的獲得主要涉及以下兩方面內(nèi)容：

（1）燒結(jié)過程中產(chǎn)品部件的收縮并不能僅僅靠取樣形式測試的熱膨脹系數(shù)來準(zhǔn)確獲得，這主要是由于取樣測試熱膨脹過程中樣品內(nèi)部傳熱與產(chǎn)品部件完全不同，通過測試得到的熱膨脹系數(shù)要預(yù)計(jì)部件變形量會存在較大誤差。最好的方式是在模擬燒結(jié)工藝過程中實(shí)時(shí)測試產(chǎn)品部件的整體變形量，采用準(zhǔn)確、可靠、高效的測試以及數(shù)值模擬方法，來代替目前熱膨脹系數(shù)變形計(jì)算和基于經(jīng)驗(yàn)的反復(fù)試驗(yàn)法，從而縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期和費(fèi)用。

（2）燒結(jié)過程中一些產(chǎn)品部件的無支撐部位到一定溫度后會由于材料軟化受到重力影響而發(fā)生下彎變形，如圖5所示。針對框狀類的產(chǎn)品部件，在燒結(jié)后往往會出現(xiàn)部件的側(cè)邊會有一定程度內(nèi)凹或外凸。由此可見重力的影響會使產(chǎn)品部件的收縮產(chǎn)生各向異性并影響到產(chǎn)品部件的最終形狀，文獻(xiàn)1-10對各種燒結(jié)中的重力影響進(jìn)行了詳細(xì)描述?？傊?，所有這些變形是在燒結(jié)升溫過程中發(fā)生的還是在冷卻過程中發(fā)生，以及發(fā)生變形的具體溫度和變形量大小是燒結(jié)工藝需要了解的重要參數(shù)，但這些變形參數(shù)則是通過熱膨脹系數(shù)測試無法獲得，只有通過部件的整體測量才能準(zhǔn)確了解。

綜上所述，針對注射成型燒結(jié)過程中產(chǎn)品部件的收縮變形，需要解決以下問題：

1.直接觀測產(chǎn)品部件在燒結(jié)過程中的整體尺寸變化規(guī)律以及重力影響部件局部下彎變形規(guī)律；

2.采用非接觸測量方式，避免接觸式測量頂桿加載力對排膠和燒結(jié)變形的影響；

3.采用大面積測量方式，直接測試成型件變形，避免制樣的代表性不足；

4.實(shí)現(xiàn)成型件或試樣的二維變形同時(shí)測量，并具有多點(diǎn)位置變化同時(shí)測量功能；

5.在不同升溫制度（如不同升降溫速度和不同恒定溫度）下觀測部件尺寸變化規(guī)律；

6.觀測不同氣氛（真空、氬氣、氮?dú)?、氫氣等）和不同氣壓條件對部件尺寸變化規(guī)律的影響，以及不同溫度區(qū)間切換氣氛條件和氣壓恒定對部件尺寸變化規(guī)律的影響；

7.同時(shí)具備高精度高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)測試功能。