YS/T 1532-2022 《金属注射成形钛及钛合金异形件》标准解读

胡可  

广东省科学院新材料研究所

YS/T 1532-2022 《金属注射成形钛及钛合金异形件》于2022年9月30日发布，2023年4月1日起实施。

钛材料具有比强度高、耐腐蚀性好、生物相容性优异等特点，广泛应用于航空航天、生物医用、石油化工等领域。钛制品传统方法难以加工，导致生产成本一直居高不下，成为制约钛大规模应用的关键问题。采用粉末冶金技术可以直接制备出具有或接近*终形状的零件，可避免或减少机加工，提高了材料产出，降低了制备成本。其中金属粉末注射成形技术( Metal Injection Molding，简称MIM) 是将现代塑料注射成型技术引入粉末冶金领域，而形成的一种近终形成形技术。钛合金粉末注射成型技术是实现钛及其合金材料的低成本制备，推动合金实用化进程的有效途径。日本的Nippon Tungsten 公司于1992年制备出首件钛粉末注射成型产品。随后美国、加拿大、新西兰、德国、中国等国家便相继大量开展了有关钛粉末注射成型技术的研究。随着研究的深入，粉末注射成型钛制件的性能不断提高，有的甚至已与铸态、锻态合金相当。采用粉末注射成型技术制备的钛产品涉及航空航天、兵器、医疗、汽车以及日常消费品领域。比如在医用领域，目前粉末注射成型钛制备医用移植体成为研究热点，部分制品已经开始进入临床验证，有望近期实现应用。当前，粉末注射成型技术已经开始大规模产业化应用。从2010年至今，全球MIM市场规模大幅增长，年复合增长率达到17%，全球MIM产业80%分布在中国，我国已拥有数百家MIM企业，主要分布在珠三角和长三角地区。钛材料由于具有一系列优点，目前已成为MIM技术的研究和产业应用热点。主要应用于可穿戴产品、生物医用、航空航天等领域，每年增长率超过30%。

本标准充分考虑了我国目前金属注射成形钛及钛合金异形件制备方法和工艺技术水平状况，以及生物医用、航空航天、3C电子等行业对钛及钛合金注射成形产品当前及发展的要求。广东省科学院材料与加工研究所、北京科技大学、深圳市注成科技股份有限公司、西安欧中材料科技有限公司等单位共同起草了本标准，使标准能符合国内各生产企业和用户的要求，本文将对金属注射成形钛及钛合金异形件行业标准的主要制定过程、标准主要内容等方面进行阐述。

标准制定的必要性

金属注射成型技术生产的产品属于电子产品核心零部件，金属注射成型行业为国家鼓励类行业。近年来国家颁布了一系列政策与法规对本行业进行直接或间接的支持。全球金属注射成型市场增长快速，行业发展潜力巨大。在电子、汽车、机械、医疗等多个领域的发展带动下，全球金属注射成型市场规模已经达到数十亿美元每年，全球金属注射成型市场仍将保持向好发展。2012年开始，中国的金属注射成型产业开始飞速的发展，成为全球金属注射成型市场的重要组成部分，钛及钛合金的注射成型加工近年也来极速发展，存在巨大的发展空间。标准预研阶段，文献检索国内外现行发布标准，未见金属注射成型钛及钛合金异形件标准，没有相应统一的标准要求和检验验收规范，从而给产品的生产和评价带来不便，阻碍了钛及钛合金粉末注射成形技术的发展和产业化进程。目前钛合金注射成形的粉末注射成型技术主要只用于制备纯Ti和Ti-6Al-4V产品，为了促进其在航空航天、3C电子、生物医用领域的应用，为国内厂家提供基本的技术规范和依据，有必要对粉末注射成型技术制备的纯Ti和Ti-6Al-4V产品制定行业标准。

标准制定的过程

根据工信厅科函〔2019〕126号文件“工业和信息化部办公厅关于印发2019年*批行业标准制修订和外文版项目计划的通知”，2019年5月工业和信息化部下达了制定《金属注射成形钛及钛合金异形件》行业标准的任务，计划号为2019-0471T-YS，完成年限为2021年，技术归口单位为全国有色金属标准化技术委员会。

2019年10月，在山东省泰安市召开《金属注射成形钛及钛合金异形件》有色金属行业标准制定*次工作会议，会上进行了讨论和制修订任务落实，确定了参与起草单位和工作思路。编制组查阅相关国内外标准，调研了生产企业和用户需求情况，对运行的企业产品和国外产品进行各方面的验证和试验。通过和各参与单位及用户的反复沟通讨论，形成了《金属注射成形钛及钛合金异形件》行业标准征求意见稿及编制说明。

2020年11月，在浙江省桐乡市召开《金属注射成形钛及钛合金异形件》有色行业标准制定第二次工作会议，对《金属注射成形钛及钛合金异形件》标准进行了预审，根据会议意见和建议对内容进行修改，形成标准讨论送审稿。

2021年4月，在贵州省贵阳市召开了《金属注射成形钛及钛合金异形件》审定会，标准起草工作组根据审查会提出的修改意见和建议对标准进行了进一步的修改整理，标准顺利通过专家审定，并按时完成标准项目结题报批材料，上报工信部。2022年9月30日，YS/T 1532-2022《金属注射成形钛及钛合金异形件》有色行业标准正式发布。实施日期为2023年4月1日。

标准制定的主要内容及其依据

3.1产品化学成分的规定

GB/T 3620.2 《钛及钛合金加工产品化学成分允许偏差》是钛行业的重要标准，标准规定了钛及钛合金加工产品(板、带、箔、管、棒、线、锻坯及型材)的化学成分允许偏差，GB/T 3620.1-2016《钛及钛合*号和化学成分》规定了钛及钛合金的牌号及化学成分，金属注射成形钛及钛合金异形件的化学成分采用对应材料的国家标准进行规定，由于在金属注射成形过程中，喂料由钛及钛合金粉末包裹高分子粘结剂组成。在后续脱脂、烧结过程中，粘结剂容易造成碳、氧元素污染。粉末氧含量低于0.4%为钛及钛合金注射成形件的适用范围，因此本标准金属注射成形钛及钛合金的化学成分参考相关标准并符合表1的规定。

3.2产品力学性能的规定

钛材料对外加应力或载荷所表现的力学响应。加载温度，形变速率和环境介质都会影响力学性能。主要的力学性能有：屈服强度和断裂强度、伸长率、面缩率和冲击功、疲劳强度和疲劳极限、断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率和抗蠕变性能等。对于粉末注射成型纯Ti及Ti-6Al-4V制品的力学性能目前主要用三个指标进行评价：抗拉强度、规定非比例延伸强度、断后伸长率。本标准金属注射成形钛及钛合金的化学成分要符合表2的规定：

3.3密度及外观

注射成型工艺中，粘接剂的存在实现了粉末的均匀分布，可消除毛坯微观组织上的不均匀，使烧结制品密度较高，优于压制产品。制品的高致密性可使强度增加，韧性加强，延展性、导电导热性得到改善，磁性能提高。金属钛的密度为4.506g/cm3，TC4的密度为4.51g/cm3，根据目前产品密度控制水平和使用效果，金属注射成形纯Ti及TC4产品的密度应不小于4.4 g/cm3。同时，产品表面应洁净，无毛刺、飞边、裂纹、针孔等缺陷。

小结

由于可实现形状复杂、尺寸细微的钛及钛合金产品的低成本制备，金属粉末注射成形钛及钛合金技术得到了广泛应用。其标准的制定能够推进该产品的质量控制技术要求不断发展。标准充分考虑了我国目前金属注射成形钛及钛合金异形件制备方法和工艺技术水平状况，以及生物医用、航空航天、3C电子等行业对该产品当前及发展的要求，满足相关行业技术及设备不断发展的需求，标准切实可用，具有可操作性。标准发布实施后，将有利于引导金属注射成形钛及钛合金异形件产品的质量控制，实现有标准可查、有据可依，有利于提高行业的整体技术水平，促进企业的有序竞争和发展。标准的制定将具有显著的社会效益和经济效益。