Pregled
Kovinski prah z dovolj majhno velikostjo delcev (<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.
Različne tehnike priprave prahu MIM
Obstaja veliko metod za pripravo praškov za brizganje kovin (MIM), vključno z atomizacijo s plinom, atomizacijo z vodo, termično razgradnjo in kemično redukcijo.
Kadar je treba zlitini dodati majhno količino prahu ali pripraviti določene specifične zlitine v mešanici prahu, se običajno uporabljajo druge metode priprave prahu, kot je mehansko drobljenje/mletje. Naogljičenje čistega volframovega prahu za proizvodnjo volframovega karbida-praška je izjema. Tabela 3.1 prikazuje metode priprave in značilnosti praškov MIM; druge tehnike priprave prahu najdete drugje.
Razvrščanje velikosti delcev in porazdelitve velikosti delcev praškov MIM je pomemben korak pri pripravi prahu, ker je veliko praškov MIM vzetih iz serij prahu z različnimi velikostmi delcev; zato je bistveno zagotoviti konsistentnost praška MIM v serijah.
Tabela 3.1 Metode priprave in značilnosti praškov MIM
| Metoda priprave | Relativni stroški | Primeri kovin ali zlitin | Velikost delcev /μm | Oblika delcev |
|---|---|---|---|---|
| Atomizacija plina | visoko | Nerjaveče jeklo, superzlitina F75, MP35N, titan, dodatki za glavne zlitine | 5 ~ 45 | Sferična |
| Atomizacija vode | Srednje | Enako kot atomizacija plina, razen za titanove in železove zlitine | 5 ~ 45 | Elipsaste, nepravilne oblike |
| Termična razgradnja | Srednje | Železo, nikelj | 0.2 ~ 20 | Sferična, igličasta-oblika |
| Kemična redukcija | Visoko/srednje | Volfram, molibden | 0.1 ~ 10 | Poligonalna, sferična |
Razprševanje plina
Plinska atomizacija je metoda priprave prahu s taljenjem kovin ali zlitin z indukcijo ali drugimi metodami segrevanja in nato atomizacijo taline skozi šobo. Ko zapusti šobo, na staljeno kovino ali zlitino vpliva -hitri tok plina, ki razbije talino na drobne kapljice. Te kapljice se med prostim padom strdijo v sferične delce. Visok{4}}izbruhani plin je običajno dušik, argon ali dušik; zrak se lahko uporablja tudi za oblikovanje določenih posebnih praškov. Delci,-razpršeni z zrakom, imajo visoko stopnjo površinske oksidacije; zato razprševanje z zrakom ni priporočljivo za večino inženirskih materialov, zlasti tistih, pri katerih je oksidne filme težko odstraniti med naknadnim -sintranjem. Razpršene kapljice prosto padajo v veliko posodo in se tako strdijo, preden pridejo v stik s stenami posode. Med razprševanjem, če v bližini šobe obstaja turbulenca, lahko majhni trdni delci ponovno-vstopijo v razpršeno talino in tvorijo majhne, strjene praškaste delce na površini delcev. Ti neenakomerni praškasti delci motijo gostoto pakiranja prahu in kasnejše pretočne lastnosti dovoda MIM. Široko{13}}velikost-razpršeni praški se lahko proizvedejo s sejanjem ali zračnim sortiranjem. Prevelike delce je mogoče ponovno-razpršiti, da nastanejo prah-manjše velikosti. Slika 3.4 prikazuje tipično sliko z vrstičnim elektronskim mikroskopom (SEM) atomiziranega prahu iz nerjavečega jekla, ki ima sferično obliko, visoko čistost površine in visoko gostoto pakiranja.
Atomizacija vode
Načela atomizacije vode in plina so v bistvu podobna. Razlika je v tem, da se za razgradnjo staljene kovine na drobne delce uporablja voda namesto plina. Uporablja visoko{2}}vodni curek, ki vpliva na tok staljene kovine, jo hitro razgradi in strdi v prah. Pregreta talina, potem ko jo razprši -vodni curek pod visokim pritiskom, proizvede veliko število drobnih sferičnih delcev. Zato je uporaba atomizacije vode za pripravo kovinskega prahu pri pregretih temperaturah in visokih vodnih pritiskih ključnega pomena za MIM (brizganje kovin). Podobno kot pri atomizaciji plina je klasifikacija velikosti delcev prahu,-razpršenega z vodo, pomemben korak pri proizvodnji prahu MIM. Slika 3.5 prikazuje tipično SEM sliko prahu iz-nerjavnega jekla, razpršenega z vodo. Ti delci imajo nepravilne oblike in v primerjavi z razprševanjem plina je površinska oksidacija delcev prahu, razpršenih z vodo-, hujša. Delci nepravilnih oblik imajo prednost pri ohranjanju oblike med razmaščevanjem brizganih-delov. Razprševanje z vodo ima veliko večjo proizvodno učinkovitost kot razprševanje s plinom, zato so proizvodni stroški prahu,-razpršenega z vodo, veliko nižji kot stroški prahu,-razpršenega s plinom.
Termična razgradnja
Toplotna razgradnja je kemična razgradnja, ki jo povzroča toplota in se običajno uporablja za proizvodnjo nikljevega in železovega prahu za brizganje kovin. S to tehnologijo je mogoče pripraviti tudi volframov in kobaltov prah. Prahi, proizvedeni s termično razgradnjo, imajo čistost večjo od 99 % in velikost delcev od 0,20 do 20 μm. V tem procesu kovina reagira z ogljikovim monoksidom pod visokim pritiskom in temperaturo, da nastane kovina na osnovi ogljika-. Ta tekočina na osnovi ogljika-je prečiščena, ohlajena in nato ponovno segreta pod delovanjem katalizatorja, zaradi česar se para kondenzira v prah. Slika 3.6 prikazuje tipično SEM sliko termično razkrojenega železovega prahu-na osnovi ogljika. Ti praški običajno vsebujejo ogljikove nečistoče in jih je treba pred uporabo ali med sintranjem reducirati v vodik ali uporabiti v izračunih kot legirno komponento za nizko-legirano jeklo. Če prah reduciramo pred brizganjem kovine, je treba delce zmleti, da preprečimo aglomeracijo, ker se med redukcijo zlepijo. Poleg tega je aktivnost sintranja teh reduciranih praškov nižja od aktivnosti nereduciranih praškov, ker so drobni delci med redukcijo popolnoma sintrani ali asimilirani z večjimi delci.
Metoda kemične redukcije
Metoda kemične redukcije je ena najstarejših znanih metod proizvodnje prahu. Ta metoda najprej očisti oksid, nato pa uporabi redukcijsko sredstvo, kot je ogljik, da reagira z njim in ustvari ogljikov monoksid ali ogljikov dioksid za redukcijo. Vodik lahko uporabimo tudi za redukcijo oksida v kovinski prah. Za zmanjšanje velikosti delcev se reakcija redukcije izvede pri relativno nizki temperaturi, vendar je hitrost reakcije nizka. Uporaba višjih temperatur lahko pospeši ta reakcijski proces, vendar lahko višje temperature povzročijo difuzijsko vezavo delcev, ki jih je treba nato odstraniti z mletjem ali mletjem na dovolj drobno velikost delcev. Če delci niso zdrobljeni, agregiranega prahu ni mogoče pravilno naložiti v sistem veziva, kar ima za posledico visoko viskoznost dovajanja in neenakomerno dovajanje med brizganjem. Slika 3.7 prikazuje tipično SEM sliko volframovega prahu, proizvedenega s kemično redukcijo.
