Pārskats
Metāla pulveri ar pietiekami mazu daļiņu izmēru (<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.
Dažādas MIM pulvera sagatavošanas metodes
Ir daudzas metodes, kā sagatavot pulverus metāla iesmidzināšanas formēšanai (MIM), ieskaitot gāzes izsmidzināšanu, ūdens izsmidzināšanu, termisko sadalīšanos un ķīmisko reducēšanu.
Ja sakausējumam ir nepieciešams pievienot nelielu daudzumu pulvera vai sagatavot noteiktus specifiskus sakausējumus pulvera maisījumā, parasti tiek izmantotas citas pulvera sagatavošanas metodes, piemēram, mehāniskā drupināšana/slīpēšana. Izņēmums ir tīra volframa pulvera karburēšana, lai iegūtu volframa karbīda{1}} kvalitātes pulveri. 3.1. tabulā parādītas MIM pulveru sagatavošanas metodes un raksturlielumi; citas pulvera sagatavošanas metodes var atrast citur.
MIM pulveru daļiņu izmēra un daļiņu izmēra sadalījuma klasificēšana ir svarīgs pulvera sagatavošanas posms, jo daudzi MIM pulveri tiek ņemti no pulvera partijām ar dažādu daļiņu izmēru; tādēļ ir svarīgi nodrošināt MIM pulvera konsistenci visās partijās.
3.1. tabula. MIM pulveru sagatavošanas metodes un raksturojums
| Sagatavošanas metode | Relatīvās izmaksas | Metāla vai sakausējuma piemēri | Daļiņu izmērs /μm | Daļiņu forma |
|---|---|---|---|---|
| Gāzes izsmidzināšana | Augsts | Nerūsējošais tērauds, supersakausējums F75, MP35N, titāns, galvenā sakausējuma piedevas | 5 ~ 45 | Sfērisks |
| Ūdens izsmidzināšana | Vidēja | Tāda pati kā gāzes izsmidzināšana, izņemot titāna un dzelzs sakausējumus | 5 ~ 45 | Eliptiska, neregulāra forma |
| Termiskā sadalīšanās | Vidēja | Dzelzs, niķelis | 0.2 ~ 20 | Sfērisks, adatas{0}}formas |
| Ķīmiskā samazināšana | Augsts/vidējs | Volframs, molibdēns | 0.1 ~ 10 | Daudzstūra, sfēriska |
Gāzes izsmidzināšana
Gāzes izsmidzināšana ir pulvera sagatavošanas metode, kausējot metālus vai sakausējumus, izmantojot indukcijas vai citas karsēšanas metodes, un pēc tam izsmidzinot kausējumu caur sprauslu. Pēc sprauslas izkļūšanas uz izkausēto metālu vai sakausējumu iedarbojas liela-ātruma gāzes plūsma, sadalot kausējumu smalkos pilienos. Šie pilieni brīvā kritiena laikā sacietē sfēriskās daļiņās. Ātrgaitas izvadītā gāze parasti ir slāpeklis, argons vai slāpeklis; gaisu var izmantot arī noteiktu īpašu pulveru veidošanai. Gaisa -izsmidzinātajām daļiņām ir augsta virsmas oksidācijas pakāpe; tādēļ gaisa izsmidzināšana nav ieteicama lielākajai daļai inženiertehnisko materiālu, īpaši tiem, kuriem pēcsaķepināšanas laikā ir grūti noņemt oksīda plēves. Izsmidzinātie pilieni brīvi iekrīt lielā traukā, tādējādi sacietējot pirms saskares ar konteinera sienām. Ja sprauslas tuvumā rodas turbulence, izsmidzināšanas laikā nelielas cietās daļiņas var atkārtoti{10}}iekļūt izsmidzinātajā kausējumā, veidojot uz daļiņu virsmas mazas, sacietējušas pulvera daļiņas. Šīs neregulārās pulvera daļiņas traucē pulvera iepakošanas blīvumu un sekojošās MIM padeves plūsmas īpašības. Plaša-izmēra-izmēra pulverizācijas pulveri var iegūt, sijājot vai šķirojot ar gaisu. Lielgabarīta daļiņas var atkārtoti{16}izsmidzināt, lai iegūtu mazāka izmēra{17}}pulverus. 3.4. attēlā parādīts tipisks skenējošā elektronu mikroskopa (SEM) attēls no izsmidzināta nerūsējošā tērauda pulvera, kam ir sfēriska forma, augsta virsmas tīrība un augsts iepakojuma blīvums.
Ūdens izsmidzināšana
Ūdens izsmidzināšanas un gāzes izsmidzināšanas principi būtībā ir līdzīgi. Atšķirība ir tāda, ka ūdens, nevis gāzes, tiek izmantots, lai sadalītu izkausētu metālu smalkās daļiņās. Tas izmanto augstspiediena ūdens strūklu-, lai ietekmētu izkausētā metāla plūsmu, ātri sadalot to un sacietējot pulverī. Pārkarsēts kausējums pēc izsmidzināšanas ar augstspiediena ūdens strūklu{4}}izdala lielu skaitu smalku, sfērisku daļiņu. Tāpēc MIM (metāla iesmidzināšanas formēšanai) ir ļoti svarīgi izmantot ūdens izsmidzināšanu, lai sagatavotu metāla pulveri pārkarsētā temperatūrā un augstā ūdens spiedienā. Līdzīgi kā gāzes izsmidzināšanā, ūdens -izsmidzinātā pulvera daļiņu izmēra klasifikācija ir svarīgs solis MIM pulvera ražošanā. 3.5. attēlā parādīts tipisks SEM attēls ar ūdeni{10}}izsmidzināts nerūsējošā tērauda pulveris. Šīm daļiņām ir neregulāras formas, un, salīdzinot ar gāzes izsmidzināšanu, ūdens izsmidzināto pulvera daļiņu virsmas oksidēšanās ir daudz spēcīgāka. Neregulāras formas daļiņām ir priekšrocība, jo tās saglabā formu, attaukojot iesmidzināšanas{14}}lietas daļas. Ūdens izsmidzināšanai ir daudz augstāka ražošanas efektivitāte nekā gāzes izsmidzināšanai, tāpēc ūdens{16}}izsmidzinātā pulvera ražošanas izmaksas ir daudz zemākas nekā gāzes izsmidzinātā pulvera ražošanas izmaksas.
Termiskā sadalīšanās
Termiskā sadalīšanās ir ķīmiska sadalīšanās, ko izraisa karstums, ko parasti izmanto, lai ražotu niķeļa un dzelzs pulverus metāla iesmidzināšanai. Izmantojot šo tehnoloģiju, var pagatavot arī volframa un kobalta pulverus. Termiskās sadalīšanās rezultātā iegūto pulveru tīrība ir lielāka par 99%, un daļiņu izmērs svārstās no 0,20 līdz 20 μm. Šajā procesā metāls augstā spiedienā un temperatūrā reaģē ar oglekļa monoksīdu, veidojot metālu uz oglekļa -bāzes. Šo šķidrumu uz oglekļa- bāzes attīra, atdzesē un pēc tam atkārtoti uzsilda, iedarbojoties katalizatoram, izraisot tvaiku kondensāciju pulverī. 3.6. attēlā parādīts tipisks SEM attēls no termiski sadalīta{11}}ogles bāzes dzelzs pulvera. Šie pulveri parasti satur oglekļa piemaisījumus, un pirms lietošanas vai saķepināšanas laikā tajos jāsamazina ūdeņradis, vai arī tie jāizmanto aprēķinos kā leģētā sastāvdaļa zema{13}}leģētā tērauda gadījumā. Ja pulveris tiek reducēts pirms metāla iesmidzināšanas formēšanas, daļiņas ir jāsasmalcina, lai novērstu aglomerāciju, jo tās saspiež kopā. Turklāt šo reducēto pulveru saķepināšanas aktivitāte ir zemāka nekā nereducētiem pulveriem, jo reducēšanas laikā smalkās daļiņas tiek pilnībā saķepinātas vai asimilētas ar lielākām daļiņām.
Ķīmiskās reducēšanas metode
Ķīmiskā reducēšanas metode ir viena no vecākajām zināmajām pulvera ražošanas metodēm. Šī metode vispirms attīra oksīdu, pēc tam izmanto reducētāju, piemēram, oglekli, lai ar to reaģētu, lai radītu oglekļa monoksīdu vai oglekļa dioksīdu reducēšanai. Ūdeņradi var izmantot arī, lai oksīdu reducētu līdz metāla pulverim. Lai samazinātu daļiņu izmēru, reducēšanas reakciju veic salīdzinoši zemā temperatūrā, bet reakcijas ātrums ir zems. Augstākas temperatūras izmantošana var paātrināt šo reakcijas procesu, bet augstāka temperatūra var izraisīt daļiņu difūzijas savienojumu, kas pēc tam ir jānoņem, samaļot vai samaļot līdz pietiekami smalkam daļiņu izmēram. Ja daļiņas netiek sasmalcinātas, agregēto pulveri nevar pareizi ielādēt saistvielu sistēmā, kā rezultātā rodas augsta padeves viskozitāte un nevienmērīga padeve iesmidzināšanas formēšanas laikā. 3.7. attēlā parādīts tipisks SEM attēls volframa pulverim, kas iegūts ķīmiskās reducēšanas rezultātā.
