金屬注射成型（Metal Injection Molding，簡稱 MIM）是融合塑料注射成型與粉末冶金的先進(jìn)工藝，核心是通過 “金屬粉末 + 粘結(jié)劑” 的協(xié)同作用，實現(xiàn)復(fù)雜形狀金屬零件的批量生產(chǎn)。它既解決了傳統(tǒng)粉末冶金難成型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的問題，又彌補了塑料注射成型材質(zhì)性能不足的短板，自 20 世紀(jì) 70 年代以來，成為小尺寸精密金屬零件制造的關(guān)鍵技術(shù)。

一、核心原理：“載體輔助成型 + 高溫致密化”

MIM 的本質(zhì)邏輯的是 “兩步轉(zhuǎn)化”：先以粘結(jié)劑為載體，讓金屬粉末具備類似塑料的流動性，輕松注入復(fù)雜模具成型；再通過脫脂去除粘結(jié)劑、高溫?zé)Y(jié)讓金屬粉末融合致密，最終獲得高性能金屬零件。

傳統(tǒng)粉末冶金依賴模具壓制，面對微孔、薄壁、曲面等復(fù)雜結(jié)構(gòu)時，粉末難以均勻填充；塑料注射成型雖能實現(xiàn)復(fù)雜形狀，但成品是高分子材料，無法滿足強度、耐高溫等金屬性能需求。而 MIM 通過 “粘結(jié)劑包裹金屬粉末” 的復(fù)合體系，既擁有塑料的成型靈活性，又能通過后續(xù)工藝激活金屬的材料特性，最終實現(xiàn) “復(fù)雜結(jié)構(gòu)” 與 “高性能” 的兼顧。

二、四大核心流程：從原料到成品的關(guān)鍵轉(zhuǎn)化

MIM 的工藝可濃縮為四個關(guān)鍵步驟，每個環(huán)節(jié)的控制直接決定零件質(zhì)量。

1. 原料制備：均勻喂料是基礎(chǔ)

第一步是將金屬粉末與粘結(jié)劑按比例混合，制成 “喂料”（Feedstock）。金屬粉末需滿足高純度、細(xì)粒度（1-20μm）、窄粒度分布的要求，常見材質(zhì)有不銹鋼、鈦合金等，細(xì)粉末能提升后續(xù)燒結(jié)致密度，減少內(nèi)部孔隙。粘結(jié)劑則由高分子聚合物（如聚乙烯）、增塑劑、潤滑劑組成，占喂料質(zhì)量的 8%-15%，作用是包裹粉末防團(tuán)聚、賦予流動性、成型后維持坯體形狀。

混合需在 100-200℃下進(jìn)行，確保粘結(jié)劑完全熔融并均勻包裹每顆粉末。若混合不均，后續(xù)注射易出現(xiàn)缺料、氣泡，燒結(jié)后零件性能也會受影響。

2. 注射成型：模具定型造雛形

這一步與塑料注射成型邏輯相似：將喂料送入注射機料筒，加熱熔融后，由螺桿以 50-200MPa 的高壓將熔體推入模具型腔，填滿微孔、螺紋等細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)，再通水冷卻使粘結(jié)劑凝固，開模取出 “生坯”（未脫脂的坯體）。

模具精度需匹配零件要求（公差通常 ±0.005mm 以內(nèi)），同時要根據(jù)喂料流動性調(diào)整溫度、壓力：溫度過低會導(dǎo)致流動性差、生坯缺角；壓力過高則可能損壞模具或產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

3. 脫脂：去除載體保骨架

生坯含大量粘結(jié)劑，若直接燒結(jié)，粘結(jié)劑會快速分解產(chǎn)氣，導(dǎo)致生坯開裂。因此需先脫脂，去除大部分粘結(jié)劑，形成 “褐坯”（脫脂坯）。常見脫脂方式有溶劑脫脂/催化脫脂（去除 50%-70%/92-98% 粘結(jié)劑，速度快、變形小）和熱脫脂（脫脂爐中 1-5℃/min 緩慢升溫，分解剩余粘結(jié)劑，脫脂徹底），實際生產(chǎn)中常兩者結(jié)合。

脫脂后褐坯僅殘留5%-50%的粘結(jié)劑，內(nèi)部形成微小孔隙（為燒結(jié)收縮預(yù)留空間），但仍維持生坯形狀，且粉末顆粒通過殘留粘結(jié)劑初步連接，具備搬運強度。

4. 燒結(jié)：高溫致密化是關(guān)鍵

這是 MIM 的 “質(zhì)變” 步驟：將褐坯放入燒結(jié)爐，在氫氣、氮氣等保護(hù)氣氛（防金屬氧化）或真空中，升溫至金屬熔點的 70%-90%（如不銹鋼燒結(jié)溫度 1300-1450℃），保溫數(shù)小時。高溫下金屬粉末顆粒原子活躍，通過 “擴散焊接” 相互融合，同時零件會收縮 10%-20%（模具設(shè)計時需預(yù)留收縮量），最終形成致密度超 95%（甚至接近 100%）的金屬零件。

燒結(jié)參數(shù)需精準(zhǔn)控制：溫度過低、保溫不足會導(dǎo)致粉末融合不充分，零件強度差；溫度過高、升溫過快則易變形、晶粒粗大，反而降低性能。