第二章 金属粉末基础：粉末的种类、物理特性与选择
大家好，我是老张。干MIM这行快二十年了，今天咱们聊聊喂料配方里最核心的原料——金属粉末。
很多人觉得粉末嘛，买来就能用。其实不然。我见过太多配方翻车，最后查来查去，问题都出在粉末上。粉末选不对，后面所有努力都白费。
2.1 粉末的种类：不锈钢、钛合金、硬质合金
MIM用的粉末，说白了就三大类：不锈钢、钛合金、硬质合金。当然还有铁基、铜基这些，但咱们先讲最常用的。
2.1.1 不锈钢粉末
这是MIM的当家花旦。市面上最常见的是316L和17-4PH。
- 316L：耐腐蚀性好，做医疗器械、手表壳、手机零件特别多。我个人习惯用气雾化粉末，球形度好，流动性棒。
- 17-4PH：强度高，能热处理。做结构件、刀具、模具零件很合适。我记得有一次客户要做一个高强度锁扣，试了好几种粉末，最后17-4PH加时效处理才搞定。
2.1.2 钛合金粉末
钛合金是MIM里的高端货。主要是Ti-6Al-4V，也就是TC4。
钛合金难在哪？活性高，容易吸氧吸氮。你想想看，粉末越细，比表面积越大，氧化风险越高。所以钛合金MIM对气氛控制要求极高。
我在项目中遇到过一件事：用同样的喂料配方，换了不同批次的钛粉，烧结后颜色都不一样。后来查出来是粉末的氧含量波动了。所以钛合金粉末，批次一致性特别重要。
2.1.3 硬质合金粉末
硬质合金，主要是WC-Co体系。做钻头、铣刀、耐磨零件。
硬质合金MIM的难点在于：碳含量控制。碳多了生成η相，脆；碳少了生成石墨，软。我建议新手做硬质合金时，一定要先做碳平衡计算，别凭感觉。
| 粉末类型 | 典型牌号 | 主要应用 | 关键控制点 |
|---|---|---|---|
| 不锈钢 | 316L, 17-4PH | 医疗器械、消费电子 | 氧含量、球形度 |
| 钛合金 | Ti-6Al-4V | 航空航天、生物植入 | 氧氮含量、批次一致性 |
| 硬质合金 | WC-10Co | 切削工具、耐磨件 | 碳含量、粒度分布 |
2.2 粉末的物理特性：粒径、形貌、振实密度
粉末的物理特性，是喂料配方的底层逻辑。这三个参数，我建议你背下来。
2.2.1 粒径
粒径，就是粉末颗粒的大小。MIM常用的粉末粒径在5-20微米之间。
为什么是这个范围？太粗了，烧结活性差，致密度上不去。太细了，比表面积大，粘结剂用量多，脱脂容易开裂。
我个人的经验是：做薄壁件，用细粉（D50=8-10μm）；做厚壁件，用粗粉（D50=12-15μm）。当然，这要看具体产品。
2.2.2 形貌
粉末形貌，说白了就是颗粒长什么样。球形、近球形、不规则形、海绵状……
MIM最理想的是球形或近球形粉末。为什么？流动性好，填充均匀，喂料流变性稳定。
我曾经用过一批不规则形貌的粉末，喂料做出来黏度特别高，注射时老是缺料。后来换了球形粉，问题立马解决。所以，形貌对喂料的影响，比你想象的大。
2.2.3 振实密度
振实密度，就是粉末在振动下能堆多密。这个参数直接决定了喂料中的粉末装载量。
振实密度越高，你能加进去的粉末就越多。粉末装载量高了，烧结收缩小，尺寸精度好。
我建议：振实密度至少要达到理论密度的50%以上。低于这个数，喂料很难做。
| 物理特性 | 典型范围 | 对喂料的影响 |
|---|---|---|
| 粒径D50 | 5-20 μm | 影响烧结活性、粘结剂用量 |
| 形貌 | 球形/近球形 | 影响流动性、填充均匀性 |
| 振实密度 | ≥50%理论密度 | 决定粉末装载量上限 |
2.3 粉末选择对喂料的影响
粉末选好了，喂料就成功了一半。这句话一点不夸张。
粉末的粒径、形貌、振实密度，直接决定了喂料的三个关键性能：
- 流变性：粉末越细、形貌越不规则，喂料黏度越高，注射越困难。
- 粉末装载量：振实密度越高，能加的粉末越多，烧结收缩越小。
- 脱脂行为：细粉多，脱脂时容易产生裂纹；粗粉多，脱脂通道好。
我举个例子。有一次做316L手表壳，客户要求尺寸精度±0.3%。我选了D50=10μm的球形粉，振实密度做到了58%。喂料粉末装载量达到92%（体积分数）。烧结后收缩率只有14%，尺寸全部合格。
如果当时选了D50=5μm的细粉，振实密度可能只有45%，粉末装载量最多做到88%。烧结收缩率会到18%以上，尺寸精度很难保证。
所以，粉末选择要综合考虑。不是越细越好，也不是越粗越好。要根据产品要求、设备能力、工艺窗口来平衡。
好了，这一章就讲到这里。粉末是MIM的根基，根基不牢，地动山摇。下一章咱们聊聊粘结剂体系，那又是另一门学问。