金属粉末注射成形（Metal Injection Molding，简称“MIM”），是一种将金属粉末与其烧结剂的增塑混合料注射于模型中的成形方法。它是先将粉末与粘接剂进行混合，然后将混合料进行制粒再注射成形所需要的形状，经过脱脂烧结将粘结剂处理，从而得到最终零部件产品，或再经过后续的整形、表面处理、热处理、机加工等方式使产品更加完美。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制造工艺流程图

一、金属粉末注射成型行业发展现状

近年来，在电子、汽车、医疗、五金、机械等多个领域的带动下，全球MIM市场稳健增长。2016年全球MIM市场规模为24.6亿美元，2018年市场规模增至28.7亿美元，预计2026年可达到52.6亿美元。未来，在电子产品快速增长以及MIM制造零部件对传统工艺制造零部件替代等因素的带动下，全球MIM市场仍将保持向好发展。

2016-2026年全球MIM行业市场规模及预测

MIM 技术为零部件制造解决了普通制造技术、乃至高端制造技术无法实现的零部件成型问题，麦肯锡报告将金属注射成型技术称为“未来顶尖技术”。美国政府也曾将该技术列为对美国经济繁荣和国家持久安全起至关重要作用的“国家关键技术”。国际上普遍认为该技术的发展将会导致零部件成形与加工技术的一场革命。

二、技术特点

（1）具备复杂形状的制造能力：允许制造复杂几何形状的金属零件，包括薄壁结构和内部通道等难以通过传统加工方法制造的零件。

（2） 高精度和高密度：由于MIM产品微观组织均匀，没有铸造工艺中出现的粗大结晶组织和成分偏析，产品密度高，其力学性能要明显优于精密铸造和传统粉末冶金；产品尺寸精度和表面光洁度也优于精密铸造产品，可减少后续加工的需求。

（3）原料利用率高: 注射料可反复使用，材料利用率几乎达到100％，基本没有生产废料，可以最大限度的利用金属粉末，减少材料浪费。

（4）批量生产效率高：适用于大规模批量生产，可提高生产效率并降低成本。

（5）材料适用性广：MIM适用于各种金属材料，如不锈钢、钛合金、铁、高比重合金、超合金、金属间化合物等，因此在多个领域有应用潜力，如电子3C、医疗、汽车、航空航天等。

金属粉末注射成形技术满足和适应了现代技术发展及市场对零部件小型化、复杂化、高性能及整体组合成型等发展趋势，因而也推动了包括电子信息、机械等技术的进步和发展。表1-1 为粉末注射成形技术与传统工艺比较。

三、MIM的材料选择

适用于金属注射成形材料

金属粉末注射成形适用材料范围广泛，原则上任何可高温烧结的粉末材料均可由MIM工艺制造成零件,包括了传统制造工艺中的难加工材料和高熔点材料。材料利用率几乎高达100%，对环境也不产生任何危害和污染，符合国家的可持续性发展方针。常见的金属材料有：

1、铁基合金

从MIM制品所用材质来看，铁基合金在MIM工艺中应用最为广泛。铁基材料包含不锈钢、低合金钢、工具钢、模具钢、铁镍磁性合金以及特种铁合金，如因瓦合金和科伐合金等材料。在MIM行业应用比较成熟的不锈钢材料有：304L 、316L、410L、420L 、440C、2507、17-4PH等；其中MIM工艺克服了17-4PH不锈钢由于沉淀硬化而产生的高硬度问题。这些材料常用于内结构与外观零部件中，涉及电子3C、医疗器械、通讯等各个应用领域。另外，常用的铁基合金还有Fe-Ni合金，如：Fe-2Ni、Fe-8Ni、Fe-50Ni等材料，因其具有一定磁性，在内结构件及各种需要防锈处理的元器件中具有广泛应用。

2、钛及钛合金

钛及钛合金是一种轻质且具有高强度和耐腐蚀性的材料，在MIM中广泛用于智能穿戴、医疗器械、医疗植入物等领域。目前在MIM钛及钛合金应用领域中，主要以Ti-6Al-4V(TC4) 和纯钛CP-Ti为主。

TC4属于 (α+β) 型钛合金，具有良好的力学机械性能，比強度大，但钛及钛合金的熔点和硬度高，加工、成型及切削性能差，采用传统机加工方法加工时的效率低、材料浪费大，因此金属粉末注射成形是一种理想的钛及钛合金制备加工工艺。

近两年开始，钛合金注射成形已经在电子3C产业开始批量应用。目前钛合金注射成形现在是从0到1的早期阶段，相比较不锈钢、铝合金等材质，具有轻量化、硬度高等特点。苹果已经率先在智能穿戴手表中使用MIM钛合金零部件，后期展望不仅是手机、手表、iPad、笔记本电脑等都存在导入可能。

随着 MIM 技术的发展,研究者开始将目光转向一些新型钛合金的粉末注射成形研究 上，如多孔钛合金、钛铝合金、Ti-6Al-7Nb、Ti-5Fe-5Zr、Ti-6Al-2Sn-4zr-2Mo-0.1Si、Ti-６Al-２Sn-４Zn-２Mo等新型材料的应用研究。MIM技术和传统粉末冶金工艺技术有望充分发挥各自优势，共同推动钛合金在3C领域的应用。

3、钨合金

钨合金以钨为主要成分的金属合金，包括钨铜混合物。钨合金外观呈银灰色，具有熔点高、密度高、抗辐射能力强、耐高温、耐磨性和耐腐蚀性好、延伸性和机械加工性能佳、且无毒无放射性等特性。纯钨及高密度钨材料在国防军事、航空航天、原子能及核工业、电子信息等行业具有广泛应用。钨因其耐高温及硬度高的特性，应用于空气净化设备或打印机的放电电极等工装工具；又因具有高辐射屏蔽能力，在医疗领域得到了很好的应用，例如W片材用于X射线CT辐射屏蔽，W标记物用于导管手术等。

钨合金主要材料体系有W-Ni-Fe、W-Ni-Cu 和W-Cu合金等，还有少量的 W-Hf、W-Ta 和 W-Re 合金等。

4、硬质材料

硬质合金 (WC-Co) 和金属陶瓷 (Fe-TiC) 等硬质金属混合物非常适合金属注射成形，可生产高度耐用且坚硬的部件，在高强度使用条件下可抵抗断裂。硬质合金结合了共价碳化物（WC、TiC、TaC）具有金属结合剂（Co、Ni、Fe）的韧性和塑性。这种独特的硬度和韧性的结合使它们成为杰出的制造业材料。MIM工艺制造的硬质合金应用极其广泛，包括金属、塑料、复合材料和软陶瓷的切割、加工。

除以上材料以外，还有一些特殊材料：包括铜、铝、贵金属、镍、镍基高温合金、钼、钼铜等材料应用也在不断扩展。

四、MIM应用案例

由于粉末注射成形产品性能及设计上的优越性，再加之附加值高，因而越来越得到产品使用者的好评。目前已在汽车、电子、信息、航空航天、武器装备、生物医疗器械、机械、五金及日用等行业和领域得到了广泛的应用。

（1）电子、3C行业：目前，全球智能手机增长迅速，手机行业中采用粉末注射成形零部件得益于美国苹果公司的推动，其2010年开始认可粉末注射成形零部件后，采用全金属边框及按键，以及镜头装饰圈、卡托、接头等。除手机外，智能穿戴设备对MIM零部件需求也很旺盛，如智能手表表壳、表带等零部件。

（2）医疗领域：医疗行业一直是粉末注射成形产品(MIM) 的主要应用领域，因为采用MIM方法，成本低，设计灵活，可以制造小型形状复杂的零件，而且MIM不锈钢产品的的生物相容性和耐蚀性也较好。医疗器械和医疗设备中常用MIM制造精密零件，如在腹腔镜检查中用于组织和标本切割的活检钳头、内窥镜手术缝合器、牙齿矫形用牙齿矫形托槽及夹面管、腹腔镜手术中剪中枢的齿轮等其他手术工具、植入式器件等产品。

（3）汽车工业：汽车产业近几年来发展非常迅速，目前已应用于汽车领域中的零部件主要有车用电机用注射成形磁轭、减震器活塞、阻尼阀、轿车锁具零件、发动机件、燃烧室、排气阀座、汽车刹车装置部件、汽车防晒棚部件、阀门导轨部件、涡轮增压器转子、空气传感器、仪器传感器阀、点火控制锁部件、燃油喷嘴、头靠调节器、微型齿轮、转向臂及汽车安全气囊拨座等。这些零部件大多很细小，而且形状复杂，对性能的要求也极高，若采用传统粉末冶金方法成本极高，而采用注射成形则可大大降低成本。汽车向小型化、轻量化和高性能化方向发展，对汽车中使用的零配件及磁体的性能要求越来越高，因而可以预见，越来越多的高性能低成本的粉末注射成形产品将在汽车工业中得到批量应用。

MIM工艺制造汽车零部件

（4）航空、航天军工等领域：高性能MIM产品在武器装备中也得到了大量的应用，它不仅能降低成本，而且能提高武器性能，为我国国防事业作出贡献。目前主要应用有：用在左轮手枪及来复枪中的前端及后端准星座、扳机、顶出器、拔出器、滑动停止装置、击锤簧座、枪管套、射击销杆及制动部件、托架、安全钮及其它复杂零部件，地雷转子、穿甲弹弹心、集束箭弹小箭、导弹子母弹及散弹等产品。

（5）电子通讯行业：随着信息时代的到来，手机、计算机及外围设备、通讯、办公自动化等产品对高性能小型复杂零部件的需求越来越大。光纤通讯市场对粉末注射成形零部件的需求旺盛，MIM被用于制造各种电子设备的精密部件，比如连接器、接插件、电磁屏蔽罩、手机SIM卡槽、天线震子、充电器连接器件、电缆连接器、电子管壳、计算机及打印机打印头、电子封装件、热沉材料等。

五、MIM用粉末的选用原则

MIM用粉末好坏对整个工艺的成功具有重要作用，因为粉末的粒度、形貌及纯度等不仅影响到MIM产品的性能，而且还影响其工艺性能。与传统的粉末冶金工艺相比 ,MIM 工艺为了保证粉末粘结剂体系在注射中顺利充模，加入了约 30～55 % (体积分数) 的有机粘结剂，所以为了得到高密度的最终产品，就必须使用具有高烧结驱动力的微细粉末，（MIM工艺所使用的金属粉末颗粒尺寸一般在0~25μm，而传统的粉末冶金工艺则采用大于40μm的较粗粉末）选用细粉的好处是烧结产品的表面光洁度好。但粉末粒度细，不仅成本增高，而且易团聚，增加了混炼均匀的难度 ，而且脱脂的速率相对较慢，从而降低了MIM工艺的生产效率。

除粒度之外 ,MIM用粉末的形貌也相当重要。当形状为球形时，粉末间的摩擦力较低 ,与有机粘结剂混合后喂料的粘度也低，易于注射成形，这一点对形状复杂或壁薄产品尤其重要。但从注射坯体是否容易变形的角度来看，由球形粉所得到的坯体往往强度低，后继脱脂时容易变形甚至坍塌，增加零件变形的风险 ，而形状不规则的粉末因粉末间的机械啮合力作用，其坯体强度高，脱脂时不易变形。无团聚颗粒形状主要为球形（或等角形)。

除此之外，粉末的纯度，即粉末的氧、碳及其它杂质含量也对MIM产品的性能有影响，特别是对钛、钛合金、铝、NdFeB等这些对成分敏感的材料影响更甚。粉末表面的氧化程度不仅对烧结性能有影响 , 而且对其力学或其它物理性能也有较大的影响。为了确保MIM零件的烧结性能和材料特性，所用粉末纯度越高、氧含量越低越好。

六、未来的发展方向

当前，粉末注射成形技术主要发展方向是：

(1) 进一步提高产品的尺寸精度，发展低杂质含量、低成本、可快速脱除、环境友好的新型粘结剂及其脱除方法；

(2)计算机模拟与仿真在产品和模具设计中的应用受到了更加广泛的重视；

(3) 发展强化烧结技术，促进粗粉末的应用以降低原材料成本;

(4) 发展新材料体系的粉末注射成形技术工艺及产品开发，满足市场需求。

七、结语

MIM作为一种新的近净成形生产技术近年来虽得到长足的发展，但也面临着传统粉末冶金、精密铸造及机加工等技术的剧烈竞争。如果想从竞争中脱颖而出 ,就需要不断优化工艺技术并降低生产成本，因此必须重视 MIM粉末的制备，不仅要针对MIM用粉末特点及新产品需求，积极开拓新的粉末制备方法，对现有方法不断进行技术改进以降低成本，完善粉末特性，以进一步提高MIM技术的竞争力，促进MIM的发展和应用。随着注射成形技术的发展及市场需求，必将促使粉末注射成形技术的新发展，其新的材料体系、新的产品及新的应用领域也必将不断地出现和扩大。