Áttekintés
Megfelelően kis szemcseméretű fémporok (<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.
Különféle előkészítési technikák a MIM porhoz
Számos módszer létezik a fém fröccsöntéshez (MIM) való porok előállítására, beleértve a gázporlasztást, a vízporlasztást, a hőbontást és a kémiai redukciót.
Ha egy ötvözethez kis mennyiségű port kell hozzáadni, vagy bizonyos specifikus ötvözeteket porkeverékben kell előállítani, általában más por-előkészítési módszereket, például mechanikus aprítást/őrlést alkalmaznak. Ez alól kivételt képez a tiszta volfrámpor karburálása volfrám-karbid{1}}minőségű por előállítására. A 3.1. táblázat a MIM porok előállítási módszereit és jellemzőit mutatja be; egyéb por-előkészítési technikák máshol is megtalálhatók.
A MIM porok részecskeméretének és részecskeméret-eloszlásának osztályozása a porkészítés fontos lépése, mivel sok MIM port különböző részecskeméretű porból készülnek; ezért elengedhetetlen a MIM por konzisztenciájának biztosítása a tételekben.
3.1. táblázat A MIM porok előállítási módszerei és jellemzői
| Elkészítési módszer | Relatív költség | Példák fémre vagy ötvözetre | Részecskeméret /μm | Részecske alakja |
|---|---|---|---|---|
| Gázporlasztás | Magas | Rozsdamentes acél, szuperötvözet F75, MP35N, titán, mesterötvözet adalékok | 5 ~ 45 | Gömbölyű |
| Vízporlasztás | Közepes | Ugyanaz, mint a gázporlasztásnál, kivéve a titán- és vasötvözeteket | 5 ~ 45 | Elliptikus, szabálytalan alakú |
| Termikus bomlás | Közepes | Vas, nikkel | 0.2 ~ 20 | Gömb alakú, tű-formájú |
| Kémiai redukció | Magas/Közepes | Volfrám, molibdén | 0.1 ~ 10 | Sokszögű, gömb alakú |
Gázporlasztás
A gázporlasztás por előállítására szolgáló eljárás fémek vagy ötvözetek indukciós vagy más melegítési módszerekkel történő megolvasztásával, majd az olvadék porlasztásával egy fúvókán keresztül. Miután elhagyta a fúvókát, az olvadt fémre vagy ötvözetre nagy sebességű gázáramlás hat{1}}, és az olvadékot finom cseppekre bontja. Ezek a cseppek a szabadesés során gömb alakú részecskévé szilárdulnak. A nagy sebességű -kibocsátott gáz jellemzően nitrogén, argon vagy nitrogén; levegő is használható bizonyos speciális porok előállítására. A levegővel-porlasztott részecskék felületi oxidációja magas; ezért a levegő porlasztása nem javasolt a legtöbb műszaki anyag esetében, különösen azoknál, amelyeknél az oxidfilmeket nehéz eltávolítani az utólagos szinterezés során. A porlasztott cseppek szabadon esnek egy nagy tartályba, így megszilárdulnak, mielőtt érintkeznének a tartály falával. A porlasztás során, ha turbulencia van a fúvóka közelében, kis szilárd részecskék újra{10}}bejuthatnak a porlasztott olvadékba, és kis, megszilárdult porszemcséket képezhetnek a részecske felületén. Ezek a szabálytalan porrészecskék befolyásolják a por csomagolási sűrűségét és a MIM betáplálás későbbi folyási tulajdonságait. Széles-méretű-eloszlású porlasztott porok előállíthatók szitálással vagy levegős válogatással. A túlméretezett részecskék újra{16}porlaszthatók, és kisebb méretű porok állíthatók elő. A 3.4. ábra egy tipikus pásztázó elektronmikroszkópos (SEM) képet mutat porlasztott rozsdamentes acélporról, amely gömb alakú, nagy felületi tisztasággal és nagy csomagolási sűrűséggel rendelkezik.
Vízporlasztás
A vízporlasztás és a gázporlasztás elve alapvetően hasonló. A különbség az, hogy gáz helyett vizet használnak az olvadt fém finom részecskékre történő lebontására. Nagynyomású-vízsugarat használ az olvadt fém áramlására, gyorsan lebontja és porrá szilárdítja. A túlhevített olvadék, miután nagynyomású vízsugárral porlasztják, nagyszámú finom, gömb alakú részecskét termel. Ezért a vízporlasztás használata fémpor túlhevített hőmérsékleten és nagy víznyomáson történő előállításához kulcsfontosságú a MIM (fémfröccsöntés) számára. A gázporlasztáshoz hasonlóan a vízzel -porlasztott por szemcseméret szerinti osztályozása is fontos lépés a MIM por előállításában. A 3.5. ábra egy tipikus SEM-képet mutat be vízzel porlasztott rozsdamentes acélporról. Ezek a részecskék szabálytalan alakúak, és a gázporlasztáshoz képest a víz{12}}porlasztott porszemcsék felületi oxidációja súlyosabb. A szabálytalan alakú részecskék előnye, hogy megtartják alakjukat a fröccsöntött{14}}részek zsírtalanítása során. A vízporlasztás sokkal nagyobb termelési hatásfokkal rendelkezik, mint a gázporlasztás, ezért a vízzel-porlasztott por előállítási költsége jóval alacsonyabb, mint a gáz-porlasztóé.
Termikus bomlás
A termikus bomlás egy hő által okozott kémiai bomlás, amelyet általában nikkel- és vasporok előállítására használnak fém fröccsöntéshez. Volfrám- és kobaltporok is előállíthatók ezzel a technológiával. A termikus bomlással előállított porok tisztasága nagyobb, mint 99%, részecskeméretük 0,20-20 μm. Ebben a folyamatban a fém szén-monoxiddal reagál magas nyomáson és hőmérsékleten, és szén-{6}}alapú fémet képez. Ezt a szén-alapú folyadékot megtisztítják, lehűtik, majd egy katalizátor hatására újra felmelegítik, így a gőz porrá kondenzálódik. A 3.6. ábra egy tipikus SEM-képet mutat be hőlebontott szén{11}}alapú vasporról. Ezek a porok jellemzően szénszennyeződéseket tartalmaznak, és használat előtt vagy szinterezés közben hidrogénben kell redukálni őket, vagy számításokhoz kell használni az enyhén{13}}ötvözött acélok ötvözőkomponenseként. Ha a port a fém fröccsöntés előtt redukálják, a részecskéket meg kell őrölni az agglomeráció megszüntetése érdekében, mert a redukció során összetapadnak. Ezen túlmenően ezeknek a redukált poroknak a szinterezési aktivitása alacsonyabb, mint a redukálatlan poroké, mivel a finom részecskék a redukció során teljesen szintereződnek vagy asszimilálódnak a nagyobb részecskék által.
Kémiai redukciós módszer
A kémiai redukciós módszer az egyik legrégebbi ismert porgyártási módszer. Ez a módszer először megtisztítja az oxidot, majd redukálószert, például szenet használ, hogy reagáljon vele, hogy szén-monoxidot vagy szén-dioxidot hozzon létre a redukcióhoz. Hidrogén is használható az oxid fémporrá redukálására. A részecskeméret csökkentése érdekében a redukciós reakciót viszonylag alacsony hőmérsékleten hajtják végre, de a reakció sebessége kicsi. Magasabb hőmérséklet alkalmazása felgyorsíthatja ezt a reakciófolyamatot, de magasabb hőmérséklet diffúziós kötést okozhat a részecskékben, amelyeket ezután őrléssel vagy kellően finom szemcseméretű őrléssel el kell távolítani. Ha a részecskéket nem törik össze, az aggregált port nem lehet megfelelően betölteni a kötőanyag-rendszerbe, ami magas betáplálási viszkozitást és egyenetlen adagolást eredményez a fröccsöntés során. A 3.7. ábra a kémiai redukcióval előállított volfrámpor tipikus SEM-képét mutatja.
