Ülevaade
Piisavalt väikese osakese suurusega metallipulbrid (<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.
Erinevad MIM-pulbri valmistamise tehnikad
Metalli survevalu (MIM) pulbrite valmistamiseks on palju meetodeid, sealhulgas gaasi pihustamine, vee pihustamine, termiline lagunemine ja keemiline redutseerimine.
Kui sulamile on vaja lisada väike kogus pulbrit või valmistada pulbrisegus teatud kindlaid sulameid, kasutatakse tavaliselt muid pulbri valmistamise meetodeid, nagu mehaaniline purustamine/jahvatamine. Puhta volframipulbri karburiseerimine volframkarbiidi -puhta pulbri saamiseks on erand. Tabelis 3.1 on näidatud MIM-pulbrite valmistamismeetodid ja omadused; muid pulbri valmistamise tehnikaid leiate mujalt.
MIM-pulbrite osakeste suuruse ja osakeste suuruse jaotuse klassifitseerimine on pulbri valmistamisel oluline samm, kuna paljud MIM-pulbrid võetakse erineva osakeste suurusega pulbripartiidest; seetõttu on oluline tagada MIM-i pulbri ühtlus partiide lõikes.
Tabel 3.1 MIM-pulbrite valmistamismeetodid ja omadused
| Valmistamismeetod | Suhteline maksumus | Metalli või sulami näited | Osakeste suurus /μm | Osakeste kuju |
|---|---|---|---|---|
| Gaasi pihustamine | Kõrge | Roostevaba teras, supersulam F75, MP35N, titaan, põhisulami lisandid | 5 ~ 45 | Sfääriline |
| Vee pihustamine | Keskmine | Sama mis gaasi pihustamine, välja arvatud titaani ja rauasulamid | 5 ~ 45 | Elliptiline, ebakorrapärase kujuga |
| Termiline lagunemine | Keskmine | Raud, nikkel | 0.2 ~ 20 | Sfääriline, nõelakujuline{0}} |
| Keemiline redutseerimine | Kõrge/keskmine | Volfram, molübdeen | 0.1 ~ 10 | Hulknurkne, sfääriline |
Gaasi pihustamine
Gaasipihustamine on meetod pulbri valmistamiseks metallide või sulamite sulatamisel induktsiooni või muul kuumutusmeetodil ja seejärel sulami pihustamisel läbi düüsi. Pärast düüsist väljumist mõjutab sulametall või sulam suure-kiire gaasivooluga, mis purustab sulandi peeneks tilkadeks. Need tilgad tahkuvad vaba langemise ajal sfäärilisteks osakesteks. Kiiresti väljapaiskuv gaas on tavaliselt lämmastik, argoon või lämmastik; õhku saab kasutada ka teatud spetsiaalsete pulbrite moodustamiseks. Õhk-pihustatud osakestel on kõrge pinnaoksüdatsiooniaste; seetõttu pole õhu pihustamine soovitatav enamiku tehniliste materjalide puhul, eriti nende puhul, mille oksiidkilet on paagutamise järel{7}} raske eemaldada. Pihustatud tilgad langevad vabalt suurde mahutisse, tahkudes seega enne kontakti anuma seintega. Kui pihustamisel tekib düüsi lähedal turbulents, võivad väikesed tahked osakesed uuesti{10}}pihustatud sulatisse siseneda, moodustades osakeste pinnale väikesed tahkestunud pulbriosakesed. Need ebakorrapärased pulbriosakesed häirivad pulbri pakkimise tihedust ja sellele järgnevaid MIM-sööda voolavusomadusi. Laia jaotusega pihustatud pulbreid saab valmistada sõelumise või õhus sorteerimise teel. Liiga suuri osakesi saab uuesti pihustada, et saada väiksemaid{17}}pulbreid. Joonisel 3.4 on kujutatud tüüpilist skaneeriva elektronmikroskoobi (SEM) kujutist pihustatud roostevabast terasest pulbrist, millel on sfääriline kuju, kõrge pinnapuhtus ja suur pakkimistihedus.
Vee pihustamine
Vee ja gaasi pihustamise põhimõtted on põhimõtteliselt sarnased. Erinevus seisneb selles, et sulametalli peeneks osakesteks lagundamiseks kasutatakse gaasi asemel vett. See kasutab kõrgsurve veejuga, mis mõjutab sulametalli voolu, purustades selle kiiresti ja tahkestades pulbriks. Pärast kõrgsurveveejoaga pihustamist ülekuumutatud sulatis tekitab suure hulga peeneid sfäärilisi osakesi. Seetõttu on MIM-i (Metal Injection Molding) jaoks ülioluline kasutada veepihustamist metallipulbri valmistamiseks ülekuumendatud temperatuuridel ja kõrgel veesurvel. Sarnaselt gaasipihustamisele on MIM-i pulbri tootmisel oluline samm ka vesipihustatud pulbri osakeste suuruse klassifitseerimine. Joonisel 3.5 on kujutatud tüüpiline SEM-kujutis veega pihustatud roostevaba terase pulbrist. Need osakesed on ebakorrapärase kujuga ja gaasipihustusega võrreldes on pihustatud pulbriosakeste pinnaoksüdatsioon tugevam. Ebakorrapärase kujuga osakestel on eelis, et nad säilitavad vormi sissepritsevormitud osade rasvatustamise ajal. Veepihustamisel on palju suurem tootmistõhusus kui gaasipihustamisel, seetõttu on vesipihustatud pulbri tootmiskulud palju madalamad kui gaasipihustamisel.
Termiline lagunemine
Termiline lagunemine on kuumusest põhjustatud keemiline lagunemine, mida kasutatakse tavaliselt nikli- ja rauapulbrite tootmiseks metalli survevalu jaoks. Selle tehnoloogia abil saab valmistada ka volframi- ja koobaltipulbreid. Termilise lagunemise teel toodetud pulbrite puhtus on üle 99% ja osakeste suurus jääb vahemikku 0,20–20 μm. Selles protsessis reageerib metall kõrgel rõhul ja temperatuuril süsinikmonooksiidiga, moodustades süsinikupõhise metalli{6}. See süsinik-põhine vedelik puhastatakse, jahutatakse ja seejärel kuumutatakse uuesti katalüsaatori toimel, mille tulemusena aur kondenseerub pulbriks. Joonis 3.6 näitab tüüpilist SEM-kujutist termiliselt lagunenud süsiniku{11}}põhise rauapulbri kohta. Need pulbrid sisaldavad tavaliselt süsiniku lisandeid ja neid tuleb enne kasutamist või paagutamise ajal redutseerida vesinikuga või kasutada arvutustes madala legeerterase legeeriva komponendina. Kui pulbrit redutseeritakse enne metalli survevalu, tuleb osakesed aglomeratsiooni kõrvaldamiseks jahvatada, kuna need kleepuvad redutseerimise ajal kokku. Lisaks on nende redutseeritud pulbrite paagutamisaktiivsus madalam kui redutseerimata pulbrite oma, kuna peened osakesed paagutatakse redutseerimise käigus täielikult või assimileeritakse suuremate osakeste poolt.
Keemilise redutseerimise meetod
Keemiline redutseerimismeetod on üks vanimaid teadaolevaid pulbri valmistamise meetodeid. Selle meetodiga puhastatakse esmalt oksiid, seejärel kasutatakse redutseerivat ainet, näiteks süsinikku, reageerimiseks sellega, et tekitada redutseerimiseks süsinikmonooksiidi või süsinikdioksiidi. Vesinikku saab kasutada ka oksiidi redutseerimiseks metallipulbriks. Osakeste suuruse vähendamiseks viiakse redutseerimisreaktsioon läbi suhteliselt madalal temperatuuril, kuid reaktsioonikiirus on madal. Kõrgemate temperatuuride kasutamine võib seda reaktsiooniprotsessi kiirendada, kuid kõrgem temperatuur võib põhjustada osakeste difusioonsidemeid, mis tuleb seejärel eemaldada peeneks peeneks peeneks jahvatades. Kui osakesi ei purustata, ei saa agregeeritud pulbrit korralikult sideainesüsteemi laadida, mille tulemuseks on sööda viskoossus ja survevalu ajal ebaühtlane etteanne. Joonisel 3.7 on kujutatud keemilise redutseerimise teel toodetud volframipulbri tüüpiline SEM-kujutis.
