Огляд
Металеві порошки з досить малим розміром частинок (<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.
Різні методи приготування порошку MIM
Існує багато методів приготування порошків для лиття під тиском металу (MIM), включаючи газове розпилення, розпилення водою, термічне розкладання та хімічне відновлення.
Коли необхідно додати невелику кількість порошку до сплаву або приготувати певні специфічні сплави в порошковій суміші, зазвичай використовуються інші методи приготування порошку, такі як механічне дроблення/подрібнення. Цементація порошку чистого вольфраму для отримання порошку карбіду вольфраму-є винятком. У таблиці 3.1 наведено способи приготування та характеристики порошків МІМ; інші методи приготування порошку можна знайти в інших місцях.
Класифікація розміру частинок і розподілу частинок за розміром порошків MIM є важливим кроком у приготуванні порошку, оскільки багато порошків MIM беруть із партій порошку з різними розмірами частинок; отже, важливо забезпечити консистенцію порошку MIM у різних партіях.
Таблиця 3.1 Методи приготування та характеристики порошків MIM
| Спосіб приготування | Відносна вартість | Приклади металу або сплаву | Розмір частинок /мкм | Форма частинок |
|---|---|---|---|---|
| Розпилення газу | Високий | Нержавіюча сталь, суперсплав F75, MP35N, титан, добавки до основного сплаву | 5 ~ 45 | Сферичний |
| Атомізація води | Середній | Те саме, що розпилення газу, за винятком сплавів титану та заліза | 5 ~ 45 | Еліптична, неправильної форми |
| Термічний розпад | Середній | Залізо, нікель | 0.2 ~ 20 | Сферична, голчаста-форма |
| Хімічне відновлення | Високий/Середній | Вольфрам, молібден | 0.1 ~ 10 | Багатокутний, сферичний |
Розпилення газу
Розпилення газу — це метод приготування порошку шляхом плавлення металів або сплавів за допомогою індукційного або іншого методу нагрівання з подальшим розпиленням розплаву через сопло. Після виходу з сопла розплавлений метал або сплав зазнає впливу високо-потоку газу, розбиваючи розплав на дрібні краплі. Ці краплі твердіють у сферичні частинки під час вільного падіння. Високошвидкісний газ, що викидається, зазвичай є азотом, аргоном або азотом; повітря також можна використовувати для формування певних спеціальних порошків. Повітря-розпорошені частинки мають високий ступінь окислення поверхні; тому розпилення повітрям не рекомендується для більшості конструкційних матеріалів, особливо для тих, з яких важко видалити оксидні плівки під час пост-спікання. Розпорошені краплі вільно падають у велику ємність, таким чином застигаючи перед контактом зі стінками ємності. Під час розпилення, якщо поблизу сопла існує турбулентність, дрібні тверді частинки можуть знову -потрапити в розпилений розплав, утворюючи на поверхні дрібні тверді частинки порошку. Ці нерегулярні частинки порошку впливають на щільність упаковки порошку та подальші характеристики текучості подачі MIM. Розпилені порошки широкого{13}}розміру-можна отримувати шляхом просіювання або повітряного сортування. Великі частинки можна повторно-розпорошити для отримання порошків меншого{17}}розміру. На рисунку 3.4 показано типове зображення розпиленого порошку з нержавіючої сталі, отримане скануючим електронним мікроскопом (SEM), який має сферичну форму, високу чистоту поверхні та високу щільність упаковки.
Атомізація води
Принципи розпилення води та газу в основному схожі. Різниця полягає в тому, що для розкладання розплавленого металу на дрібні частинки використовується вода, а не газ. Він використовує струмінь води під високим{2}}тиском, щоб впливати на потік розплавленого металу, швидко руйнуючи його та перетворюючи на порошок. Перегрітий розплав після розпилення струменем води під високим{4}}тиском утворює велику кількість дрібних сферичних частинок. Тому використання розпилення води для приготування металевого порошку за перегрітих температур і високого тиску води має вирішальне значення для MIM (лиття металу під тиском). Подібно до розпилення газу, класифікація частинок порошку, розпиленого водою-, є важливим кроком у виробництві порошку MIM. На рисунку 3.5 показано типове скануюче мікроскопічне зображення порошку з нержавіючої сталі,-розпиленого водою. Ці частинки мають неправильну форму, і порівняно з газовим розпиленням поверхневе окислення частинок порошку, розпилених водою, є сильнішим. Частинки неправильної форми мають перевагу у збереженні форми під час знежирення-формованих деталей. Розпилення водою має набагато вищу ефективність виробництва, ніж розпилення газом, тому собівартість виробництва-водорозпиленого порошку набагато нижча, ніж газо{17}}розпиленого порошку.
Термічний розпад
Термічний розклад — це хімічний розклад, викликаний теплом, який зазвичай використовується для виробництва порошків нікелю та заліза для лиття металу під тиском. За цією технологією також можна приготувати порошки вольфраму та кобальту. Порошки, отримані методом термічного розкладання, мають чистоту понад 99% і розмір частинок від 0,20 до 20 мкм. У цьому процесі метал реагує з чадним газом під високим тиском і температурою, утворюючи метал на основі вуглецю-. Ця рідина на основі вуглецю- очищається, охолоджується, а потім знову нагрівається під дією каталізатора, що призводить до конденсації пари в порошок. На малюнку 3.6 показано типове скануюче мікроскопічне зображення термічно розкладеного порошку заліза на основі вуглецю-. Ці порошки зазвичай містять вуглецеві домішки, тому перед використанням або під час спікання їх необхідно відновити воднем або використовувати в розрахунках як легуючий компонент для низько-легованої сталі. Якщо порошок відновлюється перед формуванням металу під тиском, частинки необхідно подрібнити, щоб усунути агломерацію, оскільки вони злипаються під час відновлення. Крім того, активність спікання цих відновлених порошків нижча, ніж активність невідновлених порошків, оскільки дрібні частинки повністю спікаються або асимілюються більшими частинками під час відновлення.
Хімічний метод відновлення
Метод хімічного відновлення є одним із найстаріших відомих методів виробництва порошку. Цей метод спочатку очищає оксид, а потім використовує відновник, такий як вуглець, щоб реагувати з ним, утворюючи монооксид вуглецю або діоксид вуглецю для відновлення. Водень також можна використовувати для відновлення оксиду до металевого порошку. Щоб зменшити розмір частинок, реакцію відновлення проводять при відносно низькій температурі, але швидкість реакції низька. Використання вищих температур може прискорити цей процес реакції, але вищі температури можуть спричинити дифузійне зв’язування частинок, яке потім потрібно видалити шляхом подрібнення або подрібнення до достатньо дрібного розміру частинок. Якщо частинки не подрібнені, агрегований порошок не може бути належним чином завантажений у сполучну систему, що призводить до високої в’язкості подачі та нерівномірної подачі під час лиття під тиском. На малюнку 3.7 показано типове SEM-зображення порошку вольфраму, отриманого шляхом хімічного відновлення.
