MIMプロセス
MIMプロセスは、複雑な構造を高精度に成形する金属部品製造プロセスです。この成形プロセスでは、金属粉末、射出成形、焼結技術を組み合わせ、MIM部品の複雑な形状を高精度かつ優れた表面品質で実現します。さらに、様々なサイズと形状の金属粉末を選択し、添加剤を併用することで、様々なMIM部品の化学的・物理的特性を実現し、個々の粉末粒子に含まれるバインダー成分が最終的な形状の剛性を決定します。
当社の MIM プロセスの主なステップには、原料の混合と造粒、射出成形、脱脂、焼結が含まれます。
原料の混合と造粒
フィードストックの製造はMIM製造プロセスの第一段階であり、非常に微細な金属粉末（通常15ミクロン未満）をバインダー成分（一次パラフィン、二次熱可塑性ポリマー、その他の使用材料）と混合します。この工程では、すべての極微細な元素状またはプレアロイ金属粉末をバインダーで均一にコーティングすることで、次の射出成形プロセスに必要な流動特性を実現します。
標準的な粉末冶金では理論密度が80～90%しか達成できないのに対し、MIMでは95～100%を達成できます。つまり、小型で複雑な部品を大量生産することで、厳しい公差を実現し、コストを削減できるということです。
射出成形
このステップは、従来の成形機でMIM部品を成形するものであり、
- 飼料ペレットは重力によってホッパーを通って成形機のバレルに供給されます。
- 次に、原料内の結合剤はバレル内のヒーターによって加熱され、原料は歯磨き粉のような粘稠度に溶けます。
- 往復スクリューは、開いたゲートを通して溶融材料を 2 つの部分から成る金型に押し込みます。
- 完全に形成された形状を持つ生の部品は、冷却されると金型から排出されます。
通常、原料と同じ割合の金属粉末とバインダーで構成された未加工部品をグリーン部品と呼びます。しかし、バインダーの膨張により、その寸法は完成したMIM部品よりも20%（バインダー量に依存）大きくなります。
また、このステップでは、アンダーカットやクロスホールなどの特殊な設計機能を簡単に追加できます。これは、成形プロセスでは実現できませんが、機械加工や二次操作方法を使用すると便利です。
脱バインダー
脱バインダー工程は、バインダーの大部分を除去し、部品のサイズと形状を完全に維持するために必要な量のバインダーを残す、制御されたプロセスです。このプロセスは化学的（触媒脱バインダー）または熱処理によって行われ、場合によっては溶剤または水浴が最初のステップとして使用されます。脱バインダーの方法は、処理対象材料の種類、物理的特性、冶金特性、および化学組成によって異なります。脱バインダー処理後の部品は、ブラウンパーツと呼ばれます。
焼結
焼結は一般的に液体／固相線温度よりわずかに低い温度で行われ、固体焼結とも呼ばれます。この温度では、金属粉末は原子レベルで金属粒子の結合を促進し、最終的な自然密度部品を形成します。ご存知の通り、金属または合金の焼結温度は融点よりも低い温度です。焼結プロセスでは、 茶色の部分 セラミックセッター上に載置され、その後、保護雰囲気または真空雰囲気の浴槽炉または連続炉に投入されます。正確な温度プロファイルを制御・監視し、所定の温度まで徐々に上昇させます。
二次操作
二次加工は、最終部品の材料特性の向上、厳しい公差の達成、表面の美観向上、あるいは追加部品の組み立てに用いられます。MIM部品は、鍛造部品と同様に、切削加工、タッピング、穴あけ、ブローチ加工、研磨、溶接などの加工が可能です。熱間静水圧処理と熱処理により、MIM部品の強度、硬度、耐摩耗性が向上します。MIM部品は連通気孔率が低いため、表面処理なしで標準的な着色やメッキを施すことができます。
焼結後工程
Zhuorui の焼結後処理には以下が含まれます:
鋳造
MIM部品の平坦性と寸法を確保するために、焼結部品を剛性マンドレルに押し付け、基板をまっすぐに伸ばします。このプロセスにより、適切なサイズの特徴を得るために、寸法の広がりが低減されます。
機械加工
焼結 MIM 部品には、ねじ山、アンダーカット、溝、極めて厳しい公差、特殊機能の追加など、一般的な機械加工方法をすべて適用できます。
熱処理
焼結工程ではMIM部品は焼鈍状態となり、熱処理によって高炭素鉄合金の硬度やその他の特性を調整することができます。析出硬化型ステンレス鋼は、機械的特性を最適化するために熱サイクルを必要とします。場合によっては、焼結冷却サイクルに熱処理が組み込まれます。
熱変形
焼結部品は、適切なサイズと密度を確保するために、急速鍛造工程によって加熱・変形されます。焼結時の鋼材強度は500MPaですが、熱間変形により720MPaまで向上します。
表面浸炭
炭素は高強度鋼を実現するために重要な要素であり、メタン雰囲気下での加熱サイクルを利用することで、MIM部品の表面硬度を高めることができます。表面浸炭は寸法精度の低下を招くため、MIM部品の表面硬度と寸法精度のバランスを取る必要があります。
接合
焼結部品は、他の金属部品と同様に、溶接、ろう付け、接着などの技術で接合できます。MIM部品の金属材料は一般的な金属と同様に機能するため、MIMステンレス鋼にはレーザー溶接が非常に効果的です。
表面処理
MIM部品には、研磨、コーティング、塗装、洗浄、陽極酸化処理、メッキ、シーリング、レーザーグレージングなど、様々な表面処理を施すことができます。電気メッキは、MIM部品の美観と耐腐食性を向上させるために施されます。ニッケル電気メッキは、計器、銃器、磁気部品に最適です。
熱間等方圧プレス（HIP）
MIM部品の焼結後の密度は通常96～98%です。HIP処理により密度は100%まで向上します。焼結部品は密閉チャンバーに装填され、チャンバーを加熱してアルゴンガスを導入します。加熱されたガスは圧力を発生させ、内部の気孔を潰してMIM部品を圧縮します。
要約すると、MIMプロセスは高度に洗練され、多用途に使用できる製造方法であり、複雑で高精度な金属部品の製造において多くの利点を提供します。射出成形の精度と焼結の材料完全性を兼ね備えたこのプロセスは、原料の混合と造粒の重要な段階から始まります。この段階では、微細な金属粉末をバインダーで均一にコーティングし、後続の射出成形工程における適切な流動性を確保します。
射出成形工程では複雑な形状の部品を成形することができ、その後の脱脂工程では部品の形状を維持しながらバインダーを丁寧に除去します。その後、焼結工程で部品の緻密化を図り、高い密度と機械的特性を実現します。
焼結後には、様々な二次加工および焼結後工程が可能です。これらの工程（コイニング、機械加工、熱処理、熱間変形、表面浸炭、接合、表面処理、熱間等方圧プレス（HIP）など）により、部品の特性、寸法精度、表面仕上げがさらに向上します。
結論として、MIMプロセスは、メーカーに様々な業界の特定の要件に合わせてカスタマイズされた部品を生産する柔軟性を提供します。MIMプロセスの各段階を理解することは、生産を最適化し、高品質の出力を確保し、この高度な製造技術の可能性を最大限に活用するために不可欠です。