Visió general
Pols metàl·liques amb una mida de partícula prou petita (<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.
Diferents tècniques de preparació de pols MIM
Hi ha molts mètodes per preparar pols per a l'emmotllament per injecció de metalls (MIM), incloent l'atomització de gas, l'atomització d'aigua, la descomposició tèrmica i la reducció química.
Quan cal afegir una petita quantitat de pols a un aliatge o preparar determinats aliatges específics en una barreja de pols, s'acostumen a utilitzar altres mètodes de preparació de pols, com ara la trituració/mòlta mecànica. La cementació de pols de tungstè pur per produir pols de grau-de carbur de tungstè és una excepció. La taula 3.1 mostra els mètodes de preparació i les característiques de les pols MIM; altres tècniques de preparació de pols es poden trobar en altres llocs.
La classificació de la mida de partícula i la distribució de la mida de les partícules de les pols MIM és un pas important en la preparació de pols perquè moltes pols MIM es prenen de lots de pols amb diferents mides de partícules; per tant, és essencial garantir la consistència de la pols MIM entre lots.
Taula 3.1 Mètodes de preparació i característiques dels pols MIM
| Mètode de preparació | Cost relatiu | Exemples de metalls o aliatges | Mida de partícules /μm | Forma de partícula |
|---|---|---|---|---|
| Atomització de gasos | Alt | Acer inoxidable, superaliatge F75, MP35N, titani, additius d'aliatge mestre | 5 ~ 45 | Esfèric |
| Atomització d'aigua | Mitjana | Igual que l'atomització de gas excepte per als aliatges de titani i ferro | 5 ~ 45 | Forma el·líptica, irregular |
| Descomposició tèrmica | Mitjana | Ferro, níquel | 0.2 ~ 20 | Esfèric, en forma-d'agulla |
| Reducció química | Alt/Mitjà | Tungstè, molibdè | 0.1 ~ 10 | Poligonal, esfèric |
Atomització de gasos
L'atomització de gas és un mètode de preparació de pols fonent metalls o aliatges mitjançant inducció o altres mètodes d'escalfament i després atomitzant la fosa a través d'un broquet. Després de sortir del broquet, el metall fos o l'aliatge es veu afectat per un flux de gas d'alta velocitat-, trencant la fosa en fines gotes. Aquestes gotes es solidifiquen en partícules esfèriques durant la caiguda lliure. El gas expulsat a alta velocitat-normalment és nitrogen, argó o nitrogen; L'aire també es pot utilitzar per formar certes pols especials. Les partícules atomitzades d'aire-tenen un alt grau d'oxidació superficial; per tant, no es recomana l'atomització d'aire per a la majoria de materials d'enginyeria, especialment aquells per als quals les pel·lícules d'òxid són difícils d'eliminar durant la post-sinterització. Les gotes atomitzades cauen lliurement dins d'un recipient gran, solidificant-se així abans de contactar amb les parets del recipient. Durant l'atomització, si hi ha turbulència a prop del broquet, les petites partícules sòlides poden tornar a -entrar a la massa fosa atomitzada, formant partícules petites i solidificades de pols a la superfície de la partícula. Aquestes partícules irregulars de pols interfereixen amb la densitat d'envasament de pols i les propietats de flux posteriors de l'alimentació MIM. Les pols atomitzades de distribució-àmplia-es poden produir per tamisat o per classificació per aire. Les partícules de gran mida es poden re-atomitzar per produir pols-de mida més petita. La figura 3.4 mostra una imatge típica de microscopi electrònic d'escaneig (SEM) de pols atomitzada d'acer inoxidable, que té una forma esfèrica, una gran puresa superficial i una alta densitat d'embalatge.
Atomització d'aigua
Els principis de l'atomització de l'aigua i l'atomització del gas són bàsicament similars. La diferència és que l'aigua, en lloc de gas, s'utilitza per trencar el metall fos en partícules fines. Utilitza un raig d'aigua -alta pressió per impactar el flux de metall fos, trencant-lo ràpidament i solidificant-lo en pols. La massa fosa sobreescalfada, després de ser atomitzada per un raig d'aigua a alta-pressió, produeix un gran nombre de partícules fines i esfèriques. Per tant, utilitzar l'atomització d'aigua per preparar pols metàl·lica a temperatures sobreescalfades i altes pressions d'aigua és crucial per al MIM (Metal Injection Molding). De manera similar a l'atomització de gas, la classificació de la mida de partícules de la pols atomitzada d'aigua- és un pas important en la producció de pols MIM. La figura 3.5 mostra una imatge SEM típica de pols d'acer inoxidable atomitzat amb aigua-. Aquestes partícules tenen formes irregulars i, en comparació amb l'atomització de gas, l'oxidació superficial de les partícules de pols atomitzades amb aigua-és més severa. Les partícules de forma irregular tenen l'avantatge de mantenir la forma durant el desgreixatge de les peces modelades per injecció-. L'atomització d'aigua té una eficiència de producció molt més alta que l'atomització de gas; per tant, el cost de producció de la pols-atomitzada amb aigua és molt inferior al de la pols-atomitzada amb gas.
Descomposició tèrmica
La descomposició tèrmica és una descomposició química causada per la calor, que s'utilitza habitualment per produir pols de níquel i ferro per a l'emmotllament per injecció de metalls. També es poden preparar pols de tungstè i cobalt amb aquesta tecnologia. Les pols produïdes per descomposició tèrmica tenen una puresa superior al 99% i una mida de partícula que oscil·la entre 0,20 i 20 μm. En aquest procés, el metall reacciona amb el monòxid de carboni a alta pressió i temperatura per formar un metall basat en carboni-. Aquest líquid a base de carboni-es purifica, es refreda i després es torna a escalfar sota l'acció d'un catalitzador, fent que el vapor es condense en pols. La figura 3.6 mostra una imatge SEM típica de pols de ferro a base de carboni-descomposta tèrmicament. Aquestes pols normalment contenen impureses de carboni i s'han de reduir en hidrogen abans d'utilitzar-les o durant la sinterització, o utilitzar-se en càlculs com a component d'aliatge per a acers de baix{{13}aliatge. Si la pols es redueix abans de l'emmotllament per injecció de metall, les partícules s'han de triturar per eliminar l'aglomeració perquè s'agrupen durant la reducció. A més, l'activitat de sinterització d'aquestes pols reduïdes és inferior a la de les pols no reduïdes perquè les partícules fines són totalment sinteritzades o assimilades per partícules més grans durant la reducció.
Mètode de reducció química
El mètode de reducció química és un dels mètodes de producció de pols més antics coneguts. Aquest mètode primer purifica l'òxid, després utilitza un agent reductor com el carboni per reaccionar amb ell per generar monòxid de carboni o diòxid de carboni per a la reducció. L'hidrogen també es pot utilitzar per reduir l'òxid a una pols metàl·lica. Per reduir la mida de les partícules, la reacció de reducció es porta a terme a una temperatura relativament baixa, però la velocitat de reacció és baixa. L'ús de temperatures més altes pot accelerar aquest procés de reacció, però les temperatures més altes poden provocar l'enllaç per difusió de les partícules, que després s'han d'eliminar triturant o triturant fins a una mida de partícula prou fina. Si les partícules no es trituren, la pols agregada no es pot carregar correctament al sistema aglutinant, donant lloc a una alta viscositat d'alimentació i una alimentació desigual durant l'emmotllament per injecció. La figura 3.7 mostra una imatge SEM típica de pols de tungstè produïda per reducció química.
