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M2Al（501）（W6Mo5Cr
W6Mo5Cr4V2Al，简称501，也叫M2Al，是在W6Mo5Cr4V2基础上把含碳量从0.08％0.90％提高到1.05％1.15％，并加入1％Al而形成的超硬型高速钢，是铝高速钢的典型牌号。
干货-钛及钛合金金属粉末注射成形技术的研究进展
主组分是用于润湿金属粉末颗粒并提供必要的流动性，而次级组分确保在注射过程以及黏结剂主组分脱除后注射坯体仍具有足够的强度。
在大多数情况下，黏结剂体系都有第三组分，如表面活性剂，用以提高金属粉末和聚合物之间的兼容性。
根据黏结剂组分中主组分的不同，可以将目前常用的黏结剂体系分为蜡基体系、芳香族化合物基体系、聚甲醛体系、水基体系。
蜡基体系黏结剂的常用蜡有石蜡、蜂蜡、棕榈蜡等几种短链聚合物，它们的熔点低、润湿性好、分子链短、黏度低，而且分解时较其他聚合物体积变化小，有利于保证产品尺寸精确性。
蜡基体系常用的次级组分有聚丙烯、聚乙烯、乙烯–醋酸乙烯共聚物以及高分子量的聚甲基丙烯酸甲酯等，除了蜡和骨架黏结剂外，通常还会增加一种表面活性剂，如硬脂酸，用以改善粉末和聚合物之间的相容性。
最早见于文献报道的蜡基黏结剂体系是Kaneko等[6]利用石蜡–聚甲基丙烯酸正丁酯–乙烯醋酸乙烯共聚物–邻苯二甲酸二丁酯作为黏结剂与钛粉混合制备注射料，粉末装载量56%，脱黏后在1300°C，1.3Pa下烧结，获得的烧结样品相对密度94%，抗压强度1000MPa，但是由于杂质含量太高，几乎没有延展性。
Kato等[7]研究了真空脱黏和氩气气氛脱黏结合的两步脱黏工艺，该工艺明显降低了烧结件中的碳氧含量。
Guo等[8–9]利用润湿性更好的聚乙二醇代替了部分石蜡，开发了石蜡–聚乙二醇–聚乙烯–聚丙烯–硬脂酸黏结剂体系，并将其用于纯钛和钛铝钒合金的注射成形中，烧结件保形性较好，尺寸波动小，由于氧碳含量降低，性能也大大提高，得到了较好的性能。
此外，还有研究者利用棕榈蜡部分替代石蜡[10–13]、棕榈油完全替代石蜡[14]进行蜡基黏结剂体系，成形效果也很好，但是由于棕榈蜡本身中含有的氧元素也是增氧源，所以最终产品的碳氧含量稍高，力学性能不如石蜡体系。
目前文献报道的最优蜡基黏结剂体系由Friederici等[15]提出，其实验过程中通过调整石蜡、低密度聚乙烯和硬脂酸的比例，形成四种黏结剂配比，并以此进行不同注射料的成形、脱黏和烧结过程，获得了相对密度98.1%、化学成分满足二级纯钛的样品。
蜡基黏结剂体系在注射成形中占据着重要地位，但是由于蜡基黏结剂体系进行溶剂脱黏使用的有机溶剂且脱脂效率低，研究者们在此基础上不断创新，又开发了新的黏结剂体系。
芳香族化合物(如萘、蒽等)能够在很低的温度溶解，低压条件下，在低于其熔点的温度就能通过升华的方式由固体直接转变为气体，利用芳香族化合物作为黏结剂组分可以大大提高脱黏过程的效率。
Weil等[16–18]将芳香族化合物用在了钛金属粉末注射成形中。
其研究中利用萘、质量分数1%的硬脂酸和质量分数3%12%的乙烯醋酸乙烯共聚物作为黏结剂，进行了致密钛铝钒合金以及多孔钛铝钒合金的制备。
实验过程中由于萘直接升华成气体排出，脱黏过程中没有出现液相，试样体积没有变化，而且与溶剂脱脂不同，升华法涉及的表面能较低，这意味着常见的脱脂缺陷如变形、开裂等能够避免，实验最终获得烧结样品的相对密度96.6%，且碳含量没有增加。
虽然该黏结剂体系取得了优异的产品性能，但是该体系中的芳香族化合物仍会对环境和身体健康产生影响，没有得到后续的研究以及大规模的应用。
聚甲醛是该黏结剂体系的主要组分，后期发展过程中逐渐添加了聚乙烯(polyethylene，PE)作为骨架黏结剂。
目前，BASF基于这种黏结剂体系形成了涵盖低合金钢、不锈钢、工具钢、钛及钛合金和陶瓷等诸多材料的注射成形料。
聚甲醛的显著特性是对酸性试剂较为敏感，容易发生酸性分解。
因此可以通过将生坯在低于其软化温度的酸性氛围中处理，该过程聚甲醛处于固态，避免了由于黏结剂成分沸腾引发的裂纹和膨胀等缺陷，而且形变量小，保形性好，尺寸控制精确。
另外由于扩散速率较大，与其他脱脂方式相比，脱脂速率较高，能够达到10倍于传统溶剂脱黏的速率，同时能够允许较厚尺寸脱黏[20]。
聚甲醛基黏结剂体系虽具有上述很多优点，但同时其缺点也较多。
催化脱黏过程常用腐蚀性较强的硝酸蒸汽作为催化剂，一方面，在前期注射料制备和注射成形阶段聚甲醛可能会发生分解，产生毒性较大的甲醛，而且分解产物需要通过两步燃烧进行除去，另一方面，发挥催化作用的酸性气氛对设备的腐蚀性较大，需要投入资金较多。
前面所述的几种黏结剂体系使用的脱黏溶剂(如庚烷和己烷)或黏结剂组分分解产物(芳香族化合物单体和甲醛)都或多或少对环境以及操作人员产生一定害，因此开发利用环境友好型溶剂的黏结剂体系就具有重要意义。
现有的环境友好型黏结剂体系以水作为脱黏溶剂。
根据水在注射料制备中的不同作用可以将这类黏结剂体系分为凝胶基和非凝胶基两种。
非凝胶基体系常用的聚合物为聚乙二醇，其性能较好且廉价易得。
低分子量的聚乙二醇在60°C下能够快速近乎完全除去，常用的聚乙二醇分子量范围在5002000左右。
常用的骨架黏结剂则是分子量10000的聚甲基丙烯酸甲酯。
Sidambe等[21]利用聚乙二醇–聚甲基丙烯酸甲酯–硬脂酸的水溶性黏结剂组分，以69%的粉末装载量进行研究。
实验中，在55°C水中，经5h将聚乙二醇完全除去，440°C下热脱黏氩气流中将聚甲基丙烯酸甲酯完全除去。
制备得到的试样最终氧含量(质量分数)为0.2%，相应的拉伸强度850880MPa，延伸率8.5%16%，符合ASTMgrade5Ti标准。
凝胶基黏结剂大都数为天然物质，如纤维素、淀粉琼脂等。
Tokura[22]等利用琼脂替代钛粉末注射成形中的聚合物黏结剂，研究了该黏结剂体系的热稳定性、溶解性和注射料黏度。
Suzuki[24]等利用含有质量分数4%的琼脂(分子量为82500)黏结剂制备了相对密度97.3%的试样，试样的碳氧质量分数分别为0.33%和0.3%，屈服强度539MPa，延伸率约10%，实验结果表明当使用高分子量琼脂时，凝胶强度增大，但是残余碳氧含量较高，导致烧结件的烧结密度降低，拉伸强度和延伸率也较低。
非凝胶基水基黏结剂容易控制，脱脂设备相对于其他脱脂方式便宜，且黏结剂是生物可降解性，对微生物无毒，但处理脱脂用废水需要增加额外的费用。
注射成形工艺参数由注射料性能和目标产品几何形状决定。
如前所述，钛粉的粒度通常较粗，相对于不锈钢材料注射成形，容易产生粉末–黏结剂分离现象，在注射成形之前应根据注射料的流变性能制定合适的成形工艺参数，以减少成型坯体中的缺陷。
Wang等[25]以Ti–6Al–4V合金结合粉末蜡基黏结剂体系制备注射成形料，检测分析了不同粉末装载量和温度下注射料的流变性能，为注射成形过程制定合适的成形参数提供依据。
Park[26]等利用气雾化钛粉、HDH钛粉以及球化HDH钛粉制备了注射料，并测量它们的流变性能和脱黏行为，提出了注射料的成形性指数，并以此对注射料性能进行评价，分析结果为在注射料体系中同时使用HDH粉末和气雾化粉末提供了理论依据。
Chen[28]等利用氢化脱氢Ti–6Al–4V预合金粉与水溶性黏结剂体系制备注射料，然后测定不同温度下，不同厚度样品中水溶性黏结剂组分聚乙二醇的排除速率，建立一种扩散控制的脱黏数学模型，确定了该黏结剂体系的脱黏机理。
Sidambe[29]等利用田口方法确定最佳的烧结温度、时间、升温速率和气氛等参数的最佳组合。
Obasi等[31]制备出性能满足ASTMB348–02钛合金等级23要求的Ti–6Al–4V试样，并研究基本工艺参数系统的变化对Ti–6Al–4V粉MIM构件热脱脂和烧结过程的影响。
Limberg等[32]在注射成形工艺过程中利用单质粉末混合的方式制备了Ti–45Al–5Nb–0.2B–0.2C，并研究了烧结时间和烧结气氛对拉伸性能、微观组织结构的影响，获得了抗拉强度630MPa左右的试样。
Guo等[8–9]利用注射成形技术制备了纯钛和Ti–6Al–4V材料，研究了热等静压和退火等热处理工艺对合金材料性能的影响，通过微观组织力学性能测试等手段对热处理效果进行了定性和定量的表征，其微观组织如图4所示。
利用气雾化钛粉、氢化脱氢钛粉与蜡基黏结剂体系混炼制备注射料，注射成形后在庚烷和乙醇混合液中溶剂脱黏，以一定升温速率升温至350、420、600°C后保温将黏结剂完全脱除，烧结温度1230°C，保温3h。
最终获得烧结试样拉伸性能389419MPa，延伸率2%4%。
本课题组成员[33]利用气雾化钛粉和水溶性黏结剂体系进行了纯钛试样的制备，研究了烧结温度和保温时间对纯钛试样性能的影响，烧结过程在10-410-3Pa真空度下进行，烧结温度1350°C，保温3h后获得延伸率20.3%，完全符合ASTMF2989-13粉末冶金性能最优试样，相对密度96.9%，拉伸强度443MPa，生物医用二级纯钛标准。
图4蜡基黏结剂注射料制备的纯钛(a)和钛铝钒合金(b)试样的微观组织Fig.4MicrostrcturesofTi(a)andTi-6Al-4V(b)samplespreparedbywax-basedfeedstocks。
钛及钛合金目前被广泛用于矫形外科、口腔医学相关器械和医疗种植体中，但因其力学性能与人骨力学性能(弹性模量约20GPa)的差异，在骨/种植体界面上产生应力屏蔽效应，造成长期临床效果可能会大打折扣，如图5所示。
因此，研究者们通过改变钛材料的结构以及合金成分，调整钛材料的力学性能，使其更接近于人体自然骨的结构和性能。
图5常用医用钛合金材料的弹性模量对比Fig.5Comparisonofelasticitymodulusofbiomedicaltitaniumalloys。
多孔钛材料以及新的钛合金体系材料具有适当孔隙结构和力学性能，是理想的骨科置换种植体材料。
一方面其能够有效降低种植体和骨组织之间的应力失配问题，进而降低应力屏蔽效应，实现种植体的持久有效功能;另一方面多孔结构是骨细胞向种植体内部生长的必要条件，互相连通的多孔结构能够容许大量的体液通过，能够进一步促进骨细胞的生长。
Gu[34]等通过向钛铝钒元素粉添加TiH2作为发泡剂和活性剂，形成一种具有开孔结构新型TC4合金，孔径分布均一，孔隙大小在90190μm，孔隙度43%59%左右，弹性模量范围在5.89.5GPa。
Engin等[35]利用粉末注射成形技术(powderinjectionmolding，PIM)结合造孔剂技术制备了多微孔钛合金，研究了造孔剂聚甲基丙烯酸甲酯的用量对合金的密度、抗压以及弹性模量的影响。
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