金属粉末注射成型（MIM）作为一项集塑料注射成型与粉末冶金技术优势于一体的近净成形工艺，其核心流程包括混料、注射、脱脂和烧结四个关键环节。其中，烧结工序作为决定产品性能的“临门一脚”，不仅承载着将多孔坯体转化为致密金属件的使命，更在微观组织调控、机械性能优化以及尺寸精度控制等方面发挥着作用。本文将剖析烧结工序的技术内涵及其对MIM产品品质的影响机制。

一、烧结工序的技术本质与物理化学过程

烧结是指在保护性气氛或真空环境中，将脱脂后的多孔坯体加热至基体金属熔点以下温度（通常为熔点的70%-90%），通过原子扩散、颗粒重排和孔隙收缩等机制实现致密化的过程。以316L不锈钢为例，其典型烧结温度需达到1360-1380℃的区间，在此过程中会发生三个阶段的演变：初期（<900℃）主要完成残余粘结剂的彻底分解；中期（900-1200℃）金属颗粒接触面形成颈部连接；后期（>1200℃）则通过体积扩散实现孔隙的快速闭合。

值得注意的是，烧结过程中的传质机制具有多样性。当温度低于临界点时，表面扩散占主导地位，此时颗粒间虽能形成颈部连接但难以实现整体收缩；而当温度超过阈值后，晶界扩散和体积扩散激活，促使材料发生显著致密化。这种动力学特性要求烧结曲线必须[敏感词]控制升温速率，例如在600-800℃区间需保持5℃/min的慢速升温以避免 binder burst（粘结剂爆发）导致的缺陷。

二、烧结参数对产品性能的调控作用

1、温度场设计：烧结温度每偏差±20℃，金属粉末注射成型件的抗拉强度可能产生10%-15%的波动。以钨合金为例，当烧结温度从1450℃提升至1500℃时，其硬度可从HRA80升至HRA85，但过高的温度又会导致晶粒异常长大。理想的热处理曲线应采用阶梯式升温：先以10℃/min升至600℃保温1h脱除残余粘结剂，再以5℃/min升至烧结温度并保持2-4h。

2、气氛控制：不同金属体系对烧结气氛有严格选择性。铁基合金多采用分解氨（75%H₂+25%N₂）或氢气，氧含量需控制在10ppm以下；而钛合金则需要使用高纯氩气（纯度≥99.999%）。

3、微观结构演变：烧结过程中发生的再结晶和晶粒长大直接影响产品性能。通过引入间歇式烧结（在临界温度反复升降），可使17-4PH不锈钢的晶粒度从ASTM 4级细化至6级，相应屈服强度提高约20%。此外，第二相颗粒的分布状态也在此阶段定型，如硬质合金中WC晶粒的均匀度直接决定切削工具的寿命。

三、烧结缺陷的形成机理与防控策略

常见的烧结缺陷包括变形、开裂、鼓泡和碳污染等，约60%的质量问题源于温度场不均匀。采用三维有限元模拟优化炉膛气流组织，可使温差从±15℃降至±5℃。对于容易发生烧结变形的薄壁件（如手机卡托），引入氧化铝粉末床支撑技术能有效控制形状偏差。

针对异质材料共烧难题，梯度烧结法展现出特殊价值。通过设计差异化的升温程序，可实现不锈钢与硬质合金接头在界面处形成2-3μm的扩散层，剪切强度达400MPa以上。

通过上述分析可见，烧结工序绝非简单的热处理方法，而是融合了材料科学、热力学和智能控制的系统工程。只有深刻理解其内在规律，才能充分发挥金属粉末注射成型技术的潜力，生产出满足高要求场景的优质产品。