智能穿戴设备对轻量化的追求从未停止。2024年,某国际知名智能手表品牌计划推出一款定位“超轻商务旗舰”的新系列,其中表扣部分要求使用Ti-6Al-4V钛合金,且成品单件重量必须低于0.5克。同时表扣需集成卡扣弹簧片、曲面贴合面以及与表带的连接孔,所有特征均需一体成型,不得采用焊接或铆接工艺。

钛合金MIM的难度远高于不锈钢。钛粉活性极高,在脱脂和烧结过程中极易氧化吸氧,导致零件脆裂。方驰的喂料研发团队为此专门调配了钛合金专用粘结剂体系:以聚甲醛为骨架,辅以少量抗氧化剂和分散剂,确保混炼时钛粉表面不被过度污染。喂料制备全程在氮气保护下进行,混炼温度控制在160-170℃,避免钛粉与空气长时间接触。
模具设计方面,表扣的卡扣弹簧片厚度仅0.25mm,且悬臂长度达到4mm,注射时极易因剪切热过高导致局部降解。方驰模具工程师在弹簧片对应的模腔区域设置了局部加热棒,将该区域模温提升至125℃,比其它区域高出15℃,从而提高熔体在薄壁处的流动性。同时浇口采用扇形薄膜浇口,宽度覆盖整个表扣的长度方向,使熔体前沿平行推进,避免弹簧片区域出现熔接线。
脱脂是钛合金MIM的另一个难点。常规的硝酸催化脱脂会产生强酸性气氛,对钛粉表面造成腐蚀。方驰改用草酸蒸气催化脱脂,草酸相对温和,脱脂速率控制在1.5mm/h左右,确保粘结剂缓慢分解,产生的气体能够顺利排出零件而不在内部形成微裂纹。草酸脱脂后,零件呈浅灰色,表面无氧化皮。
烧结在真空炉中进行,极限真空度达到10⁻³Pa,最高烧结温度1250℃,保温时间3小时。为了进一步控制氧含量,烧结过程通入高纯氩气作为保护气氛,气体流量30L/min。出炉后的钛合金表扣氧含量控制在0.25%以下,抗拉强度达到950MPa,延伸率12%,完全满足穿戴设备的使用要求。
表面处理环节,方驰委托了具有医疗植入物PVD资质的协作厂商,在表扣表面镀覆一层玫瑰金色的TiN薄膜,厚度1.5μm。镀层硬度HV2000以上,且通过了500小时人工汗液腐蚀测试,未出现剥落或变色。
该表扣于2024年9月开始量产,安徽基地负责注射和脱脂烧结,上海总部完成最终全检和包装。单日出货量稳定在80万件,开合寿命测试超过2万次后,卡扣弹簧片的弹性保持率仍高于95%,客户给予A级供应商评价。

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