Översikt
Metallpulver med tillräckligt liten partikelstorlek (<45 μm), high powder loading in polymers, and high density after sintering can be used for metal injection molding, with powders having an average particle size of less than 22 μm being the most ideal. Numerous methods exist for powder preparation, but powders prepared by different methods possess different properties, which ultimately affect the density, size, and deformation of the injected parts. Because small particles are used to characterize powder properties, many characterization methods (such as sieving) are insufficient to accurately monitor and predict the results of the metal injection molding process. This chapter mainly introduces powders used in metal injection molding, different powder preparation methods, the properties of metal injection molding powders, and the influence of powder geometry or manufacturing methods on the metal injection molding process.
Olika beredningstekniker för MIM-pulver
Det finns många metoder för att framställa pulver för metallformsprutning (MIM), inklusive gasförstoftning, vattenförstoftning, termisk nedbrytning och kemisk reduktion.
När det är nödvändigt att tillsätta en liten mängd pulver till en legering eller att framställa vissa specifika legeringar i en pulverblandning, används vanligtvis andra pulverframställningsmetoder, såsom mekanisk krossning/malning. Uppkolningen av rent volframpulver för att producera volframkarbidpulver av-kvalitet är ett undantag. Tabell 3.1 visar beredningsmetoderna och egenskaperna för MIM-pulver; andra pulverberedningstekniker kan hittas på andra ställen.
Klassificering av partikelstorlek och partikelstorleksfördelning för MIM-pulver är ett viktigt steg i pulverberedning eftersom många MIM-pulver tas från partier av pulver med olika partikelstorlekar; därför är det viktigt att säkerställa konsistensen av MIM-pulver över batcher.
Tabell 3.1 Framställningsmetoder och egenskaper hos MIM-pulver
| Beredningsmetod | Relativ kostnad | Exempel på metall eller legering | Partikelstorlek /μm | Partikelform |
|---|---|---|---|---|
| Gasatomisering | Hög | Rostfritt stål, superlegering F75, MP35N, titan, masterlegeringstillsatser | 5 ~ 45 | Sfärisk |
| Vattenatomisering | Medium | Samma som gasatomisering förutom titan och järnlegeringar | 5 ~ 45 | Elliptisk, oregelbunden form |
| Termisk nedbrytning | Medium | Järn, Nickel | 0.2 ~ 20 | Sfärisk, nålformad- |
| Kemisk reduktion | Hög/Medium | Volfram, Molybden | 0.1 ~ 10 | Polygonal, sfärisk |
Gasatomisering
Gasatomisering är en metod för att framställa pulver genom att smälta metaller eller legeringar genom induktion eller andra uppvärmningsmetoder och sedan finfördela smältan genom ett munstycke. Efter att ha lämnat munstycket påverkas den smälta metallen eller legeringen av ett gasflöde med hög-hastighet, vilket bryter smältan till fina droppar. Dessa droppar stelnar till sfäriska partiklar under fritt fall. Den höghastighetsutsprutade gasen är vanligtvis kväve, argon eller kväve; luft kan också användas för att bilda vissa speciella pulver. Luft-atomiserade partiklar har en hög grad av ytoxidation; därför rekommenderas inte luftförstoftning för de flesta tekniska material, särskilt de för vilka oxidfilmer är svåra att ta bort under efter-sintring. De finfördelade dropparna faller fritt inuti en stor behållare och stelnar sålunda innan de kommer i kontakt med behållarens väggar. Under finfördelning, om turbulens finns nära munstycket, kan små fasta partiklar åter-träda in i den finfördelade smältan och bilda små stelnade pulverpartiklar på partikelytan. Dessa oregelbundna pulverpartiklar stör pulverpackningsdensiteten och efterföljande flödesegenskaper hos MIM-matningen. Finfördelade pulver med bred-storlek-kan framställas genom siktning eller luftsortering. Överdimensionerade partiklar kan om-atomiseras för att producera pulver av mindre-storlek. Figur 3.4 visar en typisk bild med svepelektronmikroskop (SEM) av finfördelat pulver av rostfritt stål, som har en sfärisk form, hög ytrenhet och hög packningsdensitet.
Vattenatomisering
Principerna för vattenförstoftning och gasförstoftning är i grunden lika. Skillnaden är att vatten, istället för gas, används för att bryta ner smält metall till fina partiklar. Den använder en vattenstråle med högt-tryck för att påverka det smälta metallflödet, snabbt bryta ner det och stelna det till pulver. Överhettad smälta, efter att ha finfördelats av en vattenstråle med högt-tryck, producerar ett stort antal fina, sfäriska partiklar. Därför är det avgörande att använda vattenförstoftning för att förbereda metallpulver under överhettade temperaturer och höga vattentryck för MIM (Metal Injection Molding). I likhet med gasfinfördelning är partikelstorleksklassificering av vatten-finfördelat pulver ett viktigt steg i MIM-pulverproduktion. Figur 3.5 visar en typisk SEM-bild av vatten{10}}atomiserat pulver av rostfritt stål. Dessa partiklar har oregelbundna former, och jämfört med gasförstoftning är ytoxidationen av vatten-atomiserade pulverpartiklar allvarligare. Oregelbundet formade partiklar har en fördel i att bibehålla formen under avfettning av formsprutade delar. Vattenförstoftning har en mycket högre produktionseffektivitet än gasförstoftning, därför är produktionskostnaden för vatten-atomiserat pulver mycket lägre än för gas-atomiserat pulver.
Termisk nedbrytning
Termisk nedbrytning är en kemisk nedbrytning som orsakas av värme, vanligen används för att producera nickel- och järnpulver för metallformsprutning. Volfram- och koboltpulver kan också framställas med denna teknik. Pulver som produceras genom termisk nedbrytning har en renhet som är större än 99 % och en partikelstorlek som sträcker sig från 0,20 till 20 μm. I denna process reagerar metallen med kolmonoxid under högt tryck och temperatur för att bilda en kol-baserad metall. Denna kol-baserade vätska renas, kyls och värms sedan upp igen under inverkan av en katalysator, vilket får ångan att kondensera till pulver. Figur 3.6 visar en typisk SEM-bild av termiskt nedbrutet kolbaserat-järnpulver. Dessa pulver innehåller vanligtvis kolföroreningar och måste reduceras i väte före användning eller under sintring, eller användas i beräkningar som en legeringskomponent för låg{13}}legerat stål. Om pulvret reduceras före metallformsprutning måste partiklarna malas för att eliminera agglomerering eftersom de klumpar ihop sig under reduktionen. Dessutom är sintringsaktiviteten för dessa reducerade pulver lägre än den för oreducerade pulver, eftersom fina partiklar är helt sintrade eller assimileras av större partiklar under reduktion.
Metod för kemisk reduktion
Den kemiska reduktionsmetoden är en av de äldsta kända pulverframställningsmetoderna. Denna metod renar först oxiden och använder sedan ett reduktionsmedel såsom kol för att reagera med den för att generera kolmonoxid eller koldioxid för reduktion. Väte kan också användas för att reducera oxiden till ett metalliskt pulver. För att minska partikelstorleken utförs reduktionsreaktionen vid en relativt låg temperatur, men reaktionshastigheten är låg. Användning av högre temperaturer kan påskynda denna reaktionsprocess, men högre temperaturer kan orsaka diffusionsbindning av partiklar, som sedan måste avlägsnas genom slipning eller fräsning till en tillräckligt fin partikelstorlek. Om partiklarna inte krossas kan det aggregerade pulvret inte laddas ordentligt i bindemedelssystemet, vilket resulterar i hög matningsviskositet och ojämn matning under formsprutning. Figur 3.7 visar en typisk SEM-bild av volframpulver framställt genom kemisk reduktion.
