YS/T 1532-2022 《金屬注射成形鈦及鈦合金異形件》標(biāo)準(zhǔn)解讀

胡可  

廣東省科學(xué)院新材料研究所

YS/T 1532-2022 《金屬注射成形鈦及鈦合金異形件》于2022年9月30日發(fā)布，2023年4月1日起實(shí)施。

鈦材料具有比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好、生物相容性?xún)?yōu)異等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空航天、生物醫(yī)用、石油化工等領(lǐng)域。鈦制品傳統(tǒng)方法難以加工，導(dǎo)致生產(chǎn)成本一直居高不下，成為制約鈦大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題。采用粉末冶金技術(shù)可以直接制備出具有或接近*終形狀的零件，可避免或減少機(jī)加工，提高了材料產(chǎn)出，降低了制備成本。其中金屬粉末注射成形技術(shù)( Metal Injection Molding，簡(jiǎn)稱(chēng)MIM) 是將現(xiàn)代塑料注射成型技術(shù)引入粉末冶金領(lǐng)域，而形成的一種近終形成形技術(shù)。鈦合金粉末注射成型技術(shù)是實(shí)現(xiàn)鈦及其合金材料的低成本制備，推動(dòng)合金實(shí)用化進(jìn)程的有效途徑。日本的Nippon Tungsten 公司于1992年制備出首件鈦粉末注射成型產(chǎn)品。隨后美國(guó)、加拿大、新西蘭、德國(guó)、中國(guó)等國(guó)家便相繼大量開(kāi)展了有關(guān)鈦粉末注射成型技術(shù)的研究。隨著研究的深入，粉末注射成型鈦制件的性能不斷提高，有的甚至已與鑄態(tài)、鍛態(tài)合金相當(dāng)。采用粉末注射成型技術(shù)制備的鈦產(chǎn)品涉及航空航天、兵器、醫(yī)療、汽車(chē)以及日常消費(fèi)品領(lǐng)域。比如在醫(yī)用領(lǐng)域，目前粉末注射成型鈦制備醫(yī)用移植體成為研究熱點(diǎn)，部分制品已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入臨床驗(yàn)證，有望近期實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。當(dāng)前，粉末注射成型技術(shù)已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。從2010年至今，全球MIM市場(chǎng)規(guī)模大幅增長(zhǎng)，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到17%，全球MIM產(chǎn)業(yè)80%分布在中國(guó)，我國(guó)已擁有數(shù)百家MIM企業(yè)，主要分布在珠三角和長(zhǎng)三角地區(qū)。鈦材料由于具有一系列優(yōu)點(diǎn)，目前已成為MIM技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用熱點(diǎn)。主要應(yīng)用于可穿戴產(chǎn)品、生物醫(yī)用、航空航天等領(lǐng)域，每年增長(zhǎng)率超過(guò)30%。

本標(biāo)準(zhǔn)充分考慮了我國(guó)目前金屬注射成形鈦及鈦合金異形件制備方法和工藝技術(shù)水平狀況，以及生物醫(yī)用、航空航天、3C電子等行業(yè)對(duì)鈦及鈦合金注射成形產(chǎn)品當(dāng)前及發(fā)展的要求。廣東省科學(xué)院材料與加工研究所、北京科技大學(xué)、深圳市注成科技股份有限公司、西安歐中材料科技有限公司等單位共同起草了本標(biāo)準(zhǔn)，使標(biāo)準(zhǔn)能符合國(guó)內(nèi)各生產(chǎn)企業(yè)和用戶(hù)的要求，本文將對(duì)金屬注射成形鈦及鈦合金異形件行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的主要制定過(guò)程、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容等方面進(jìn)行闡述。

標(biāo)準(zhǔn)制定的必要性

金屬注射成型技術(shù)生產(chǎn)的產(chǎn)品屬于電子產(chǎn)品核心零部件，金屬注射成型行業(yè)為國(guó)家鼓勵(lì)類(lèi)行業(yè)。近年來(lái)國(guó)家頒布了一系列政策與法規(guī)對(duì)本行業(yè)進(jìn)行直接或間接的支持。全球金屬注射成型市場(chǎng)增長(zhǎng)快速，行業(yè)發(fā)展?jié)摿�巨大。在電子、汽�?chē)、機(jī)械、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展帶動(dòng)下，全球金屬注射成型市場(chǎng)規(guī)模已經(jīng)達(dá)到數(shù)十億美元每年，全球金屬注射成型市場(chǎng)仍將保持向好發(fā)展。2012年開(kāi)始，中國(guó)的金屬注射成型產(chǎn)業(yè)開(kāi)始飛速的發(fā)展，成為全球金屬注射成型市場(chǎng)的重要組成部分，鈦及鈦合金的注射成型加工近年也來(lái)極速發(fā)展，存在巨大的發(fā)展空間。標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研階段，文獻(xiàn)檢索國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)，未見(jiàn)金屬注射成型鈦及鈦合金異形件標(biāo)準(zhǔn)，沒(méi)有相應(yīng)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)要求和檢驗(yàn)驗(yàn)收規(guī)范，從而給產(chǎn)品的生產(chǎn)和評(píng)價(jià)帶來(lái)不便，阻礙了鈦及鈦合金粉末注射成形技術(shù)的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。目前鈦合金注射成形的粉末注射成型技術(shù)主要只用于制備純Ti和Ti-6Al-4V產(chǎn)品，為了促進(jìn)其在航空航天、3C電子、生物醫(yī)用領(lǐng)域的應(yīng)用，為國(guó)內(nèi)廠家提供基本的技術(shù)規(guī)范和依據(jù)，有必要對(duì)粉末注射成型技術(shù)制備的純Ti和Ti-6Al-4V產(chǎn)品制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

標(biāo)準(zhǔn)制定的過(guò)程

根據(jù)工信廳科函〔2019〕126號(hào)文件“工業(yè)和信息化部辦公廳關(guān)于印發(fā)2019年*批行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂和外文版項(xiàng)目計(jì)劃的通知”，2019年5月工業(yè)和信息化部下達(dá)了制定《金屬注射成形鈦及鈦合金異形件》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的任務(wù)，計(jì)劃號(hào)為2019-0471T-YS，完成年限為2021年，技術(shù)歸口單位為全國(guó)有色金屬標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)。

2019年10月，在山東省泰安市召開(kāi)《金屬注射成形鈦及鈦合金異形件》有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定*次工作會(huì)議，會(huì)上進(jìn)行了討論和制修訂任務(wù)落實(shí)，確定了參與起草單位和工作思路。編制組查閱相關(guān)國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)研了生產(chǎn)企業(yè)和用戶(hù)需求情況，對(duì)運(yùn)行的企業(yè)產(chǎn)品和國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行各方面的驗(yàn)證和試驗(yàn)。通過(guò)和各參與單位及用戶(hù)的反復(fù)溝通討論，形成了《金屬注射成形鈦及鈦合金異形件》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)征求意見(jiàn)稿及編制說(shuō)明。

2020年11月，在浙江省桐鄉(xiāng)市召開(kāi)《金屬注射成形鈦及鈦合金異形件》有色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定第二次工作會(huì)議，對(duì)《金屬注射成形鈦及鈦合金異形件》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了預(yù)審，根據(jù)會(huì)議意見(jiàn)和建議對(duì)內(nèi)容進(jìn)行修改，形成標(biāo)準(zhǔn)討論送審稿。

2021年4月，在貴州省貴陽(yáng)市召開(kāi)了《金屬注射成形鈦及鈦合金異形件》審定會(huì)，標(biāo)準(zhǔn)起草工作組根據(jù)審查會(huì)提出的修改意見(jiàn)和建議對(duì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了進(jìn)一步的修改整理，標(biāo)準(zhǔn)順利通過(guò)專(zhuān)家審定，并按時(shí)完成標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目結(jié)題報(bào)批材料，上報(bào)工信部。2022年9月30日，YS/T 1532-2022《金屬注射成形鈦及鈦合金異形件》有色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布。實(shí)施日期為2023年4月1日。

標(biāo)準(zhǔn)制定的主要內(nèi)容及其依據(jù)

3.1產(chǎn)品化學(xué)成分的規(guī)定

GB/T 3620.2 《鈦及鈦合金加工產(chǎn)品化學(xué)成分允許偏差》是鈦行業(yè)的重要標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了鈦及鈦合金加工產(chǎn)品(板、帶、箔、管、棒、線、鍛坯及型材)的化學(xué)成分允許偏差，GB/T 3620.1-2016《鈦及鈦合*號(hào)和化學(xué)成分》規(guī)定了鈦及鈦合金的牌號(hào)及化學(xué)成分，金屬注射成形鈦及鈦合金異形件的化學(xué)成分采用對(duì)應(yīng)材料的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)定，由于在金屬注射成形過(guò)程中，喂料由鈦及鈦合金粉末包裹高分子粘結(jié)劑組成。在后續(xù)脫脂、燒結(jié)過(guò)程中，粘結(jié)劑容易造成碳、氧元素污染。粉末氧含量低于0.4%為鈦及鈦合金注射成形件的適用范圍，因此本標(biāo)準(zhǔn)金屬注射成形鈦及鈦合金的化學(xué)成分參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并符合表1的規(guī)定。

3.2產(chǎn)品力學(xué)性能的規(guī)定

鈦材料對(duì)外加應(yīng)力或載荷所表現(xiàn)的力學(xué)響應(yīng)。加載溫度，形變速率和環(huán)境介質(zhì)都會(huì)影響力學(xué)性能。主要的力學(xué)性能有：屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、面縮率和沖擊功、疲勞強(qiáng)度和疲勞極限、斷裂韌度和疲勞裂紋擴(kuò)展速率和抗蠕變性能等。對(duì)于粉末注射成型純Ti及Ti-6Al-4V制品的力學(xué)性能目前主要用三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)：抗拉強(qiáng)度、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率。本標(biāo)準(zhǔn)金屬注射成形鈦及鈦合金的化學(xué)成分要符合表2的規(guī)定：

3.3密度及外觀

注射成型工藝中，粘接劑的存在實(shí)現(xiàn)了粉末的均勻分布，可消除毛坯微觀組織上的不均勻，使燒結(jié)制品密度較高，優(yōu)于壓制產(chǎn)品。制品的高致密性可使強(qiáng)度增加，韌性加強(qiáng)，延展性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性得到改善，磁性能提高。金屬鈦的密度為4.506g/cm3，TC4的密度為4.51g/cm3，根據(jù)目前產(chǎn)品密度控制水平和使用效果，金屬注射成形純Ti及TC4產(chǎn)品的密度應(yīng)不小于4.4 g/cm3。同時(shí)，產(chǎn)品表面應(yīng)潔凈，無(wú)毛刺、飛邊、裂紋、針孔等缺陷。

小結(jié)

由于可實(shí)現(xiàn)形狀復(fù)雜、尺寸細(xì)微的鈦及鈦合金產(chǎn)品的低成本制備，金屬粉末注射成形鈦及鈦合金技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。其標(biāo)準(zhǔn)的制定能夠推進(jìn)該產(chǎn)品的質(zhì)量控制技術(shù)要求不斷發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)充分考慮了我國(guó)目前金屬注射成形鈦及鈦合金異形件制備方法和工藝技術(shù)水平狀況，以及生物醫(yī)用、航空航天、3C電子等行業(yè)對(duì)該產(chǎn)品當(dāng)前及發(fā)展的要求，滿(mǎn)足相關(guān)行業(yè)技術(shù)及設(shè)備不斷發(fā)展的需求，標(biāo)準(zhǔn)切實(shí)可用，具有可操作性。標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實(shí)施后，將有利于引導(dǎo)金屬注射成形鈦及鈦合金異形件產(chǎn)品的質(zhì)量控制，實(shí)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)可查、有據(jù)可依，有利于提高行業(yè)的整體技術(shù)水平，促進(jìn)企業(yè)的有序競(jìng)爭(zhēng)和發(fā)展。標(biāo)準(zhǔn)的制定將具有顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。