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、生物相容性優(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、加拿大、新西蘭、德國、中國等國家便相繼大量開展了有關(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，我國已擁有數(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30%。

本標(biāo)準(zhǔn)充分考慮了我國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)能符合國內(nèi)各生產(chǎn)企業(yè)和用戶的要求，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)為國家鼓勵(lì)類行業(yè)。近年來國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、汽車、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年開始，中國的金屬注射成型產(chǎn)業(yè)開始飛速的發(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)檢索國內(nèi)外現(xiàn)行發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)，未見金屬注射成型鈦及鈦合金異形件標(biāo)準(zhǔn)，沒有相應(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《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)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)研了生產(chǎn)企業(yè)和用戶需求情況，對(duì)運(yùn)行的企業(yè)產(chǎn)品和國外產(chǎn)品進(jìn)行各方面的驗(yàn)證和試驗(yàn)。通過和各參與單位及用戶的反復(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)征求意見稿及編制說明。

2020年11月，在浙江省桐鄉(xiāng)市召開《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，在貴州省貴陽市召開了《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)順利通過專家審定，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)材料的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)定，由于在金屬注射成形過程中，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。