YS/T 1532-2022 《金屬注射成形鈦及鈦合金異形件》標準解讀

胡可  

廣東省科學院新材料研究所

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日起實施。

鈦材料具有比強度高、耐腐蝕性好、生物相容性優(yōu)異等特點，廣泛應用于航空航天、生物醫(yī)用、石油化工等領域。鈦制品傳統方法難以加工，導致生產成本一直居高不下，成為制約鈦大規(guī)模應用的關鍵問題。采用粉末冶金技術可以直接制備出具有或接近*終形狀的零件，可避免或減少機加工，提高了材料產出，降低了制備成本。其中金屬粉末注射成形技術( Metal Injection Molding，簡稱MIM) 是將現代塑料注射成型技術引入粉末冶金領域，而形成的一種近終形成形技術。鈦合金粉末注射成型技術是實現鈦及其合金材料的低成本制備，推動合金實用化進程的有效途徑。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鈦粉末注射成型技術的研究。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。采用粉末注射成型技術制備的鈦產品涉及航空航天、兵器、醫(yī)療、汽車以及日常消費品領域。比如在醫(yī)用領域，目前粉末注射成型鈦制備醫(yī)用移植體成為研究熱點，部分制品已經開始進入臨床驗證，有望近期實現應用。當前，粉末注射成型技術已經開始大規(guī)模產業(yè)化應用。從2010年至今，全球MIM市場規(guī)模大幅增長，年復合增長率達到17%，全球MIM產業(yè)80%分布在中國，我國已擁有數百家MIM企業(yè)，主要分布在珠三角和長三角地區(qū)。鈦材料由于具有一系列優(yōu)點，目前已成為MIM技術的研究和產業(yè)應用熱點。主要應用于可穿戴產品、生物醫(yī)用、航空航天等領域，每年增長率超過30%。

本標準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水平狀況，以及生物醫(yī)用、航空航天、3C電子等行業(yè)對鈦及鈦合金注射成形產品當前及發(fā)展的要求。廣東省科學院材料與加工研究所、北京科技大學、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準，使標準能符合國內各生產企業(yè)和用戶的要求，本文將對金屬注射成形鈦及鈦合金異形件行業(yè)標準的主要制定過程、標準主要內容等方面進行闡述。

標準制定的必要性

金屬注射成型技術生產的產品屬于電子產品核心零部件，金屬注射成型行業(yè)為國家鼓勵類行業(yè)。近年來國家頒布了一系列政策與法規(guī)對本行業(yè)進行直接或間接的支持。全球金屬注射成型市場增長快速，行業(yè)發(fā)展?jié)摿�巨大。在電子、汽車、機械、醫(yī)療等多個領域的發(fā)展帶動下，全球金屬注射成型市場規(guī)模已經達到數十億美元每年，全球金屬注射成型市場仍將保持向好發(fā)展。2012年開始，中國的金屬注射成型產業(yè)開始飛速的發(fā)展，成為全球金屬注射成型市場的重要組成部分，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。標準預研階段，文獻檢索國內外現行發(fā)布標準，未見金屬注射成型鈦及鈦合金異形件標準，沒有相應統一的標準要求和檢驗驗收規(guī)范，從而給產品的生產和評價帶來不便，阻礙了鈦及鈦合金粉末注射成形技術的發(fā)展和產業(yè)化進程。目前鈦合金注射成形的粉末注射成型技術主要只用于制備純Ti和Ti-6Al-4V產品，為了促進其在航空航天、3C電子、生物醫(yī)用領域的應用，為國內廠家提供基本的技術規(guī)范和依據，有必要對粉末注射成型技術制備的純Ti和Ti-6Al-4V產品制定行業(yè)標準。

標準制定的過程

根據工信廳科函〔2019〕126號文件“工業(yè)和信息化部辦公廳關于印發(fā)2019年*批行業(yè)標準制修訂和外文版項目計劃的通知”，2019年5月工業(yè)和信息化部下達了制定《金屬注射成形鈦及鈦合金異形件》行業(yè)標準的任務，計劃號為2019-0471T-YS，完成年限為2021年，技術歸口單位為全國有色金屬標準化技術委員會。

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)標準制定*次工作會議，會上進行了討論和制修訂任務落實，確定了參與起草單位和工作思路。編制組查閱相關國內外標準，調研了生產企業(yè)和用戶需求情況，對運行的企業(yè)產品和國外產品進行各方面的驗證和試驗。通過和各參與單位及用戶的反復溝通討論，形成了《金屬注射成形鈦及鈦合金異形件》行業(yè)標準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)標準制定第二次工作會議，對《金屬注射成形鈦及鈦合金異形件》標準進行了預審，根據會議意見和建議對內容進行修改，形成標準討論送審稿。

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，標準起草工作組根據審查會提出的修改意見和建議對標準進行了進一步的修改整理，標準順利通過專家審定，并按時完成標準項目結題報批材料，上報工信部。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)標準正式發(fā)布。實施日期為2023年4月1日。

標準制定的主要內容及其依據

3.1產品化學成分的規(guī)定

GB/T 3620.2 《鈦及鈦合金加工產品化學成分允許偏差》是鈦行業(yè)的重要標準，標準規(guī)定了鈦及鈦合金加工產品(板、帶、箔、管、棒、線、鍛坯及型材)的化學成分允許偏差，GB/T 3620.1-2016《鈦及鈦合*號和化學成分》規(guī)定了鈦及鈦合金的牌號及化學成分，金屬注射成形鈦及鈦合金異形件的化學成分采用對應材料的國家標準進行規(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劑組成。在后續(xù)脫脂、燒結過程中，粘結劑容易造成碳、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，因此本標準金屬注射成形鈦及鈦合金的化學成分參考相關標準并符合表1的規(guī)定。

3.2產品力學性能的規(guī)定

鈦材料對外加應力或載荷所表現的力學響應。加載溫度，形變速率和環(huán)境介質都會影響力學性能。主要的力學性能有：屈服強度和斷裂強度、伸長率、面縮率和沖擊功、疲勞強度和疲勞極限、斷裂韌度和疲勞裂紋擴展速率和抗蠕變性能等。對于粉末注射成型純Ti及Ti-6Al-4V制品的力學性能目前主要用三個指標進行評價：抗拉強度、規(guī)定非比例延伸強度、斷后伸長率。本標準金屬注射成形鈦及鈦合金的化學成分要符合表2的規(guī)定：

3.3密度及外觀

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

小結

由于可實現形狀復雜、尺寸細微的鈦及鈦合金產品的低成本制備，金屬粉末注射成形鈦及鈦合金技術得到了廣泛應用。其標準的制定能夠推進該產品的質量控制技術要求不斷發(fā)展。標準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水平狀況，以及生物醫(yī)用、航空航天、3C電子等行業(yè)對該產品當前及發(fā)展的要求，滿足相關行業(yè)技術及設備不斷發(fā)展的需求，標準切實可用，具有可操作性。標準發(fā)布實施后，將有利于引導金屬注射成形鈦及鈦合金異形件產品的質量控制，實現有標準可查、有據可依，有利于提高行業(yè)的整體技術水平，促進企業(yè)的有序競爭和發(fā)展。標準的制定將具有顯著的社會效益和經濟效益。