Τι είναι η σκόνη για χύτευση με έγχυση μετάλλων;

Προετοιμασία σε σκόνη για χύτευση μετάλλου με έγχυση

Επισκόπηση

Μεταλλικές σκόνες με αρκετά μικρό μέγεθος σωματιδίων (<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.

Διαφορετικές τεχνικές προετοιμασίας για σκόνη MIM

Υπάρχουν πολλές μέθοδοι για την παρασκευή σκονών για χύτευση με έγχυση μετάλλων (MIM), συμπεριλαμβανομένης της ψεκασμού αερίου, της ψεκασμού νερού, της θερμικής αποσύνθεσης και της χημικής αναγωγής.

Όταν είναι απαραίτητο να προστεθεί μια μικρή ποσότητα σκόνης σε ένα κράμα ή να παρασκευαστούν ορισμένα ειδικά κράματα σε μείγμα σκόνης, χρησιμοποιούνται συνήθως άλλες μέθοδοι παρασκευής σκόνης, όπως η μηχανική σύνθλιψη/άλεσμα. Η ενανθράκωση σκόνης καθαρού βολφραμίου για την παραγωγή σκόνης ποιότητας καρβιδίου βολφραμίου- αποτελεί εξαίρεση. Ο Πίνακας 3.1 δείχνει τις μεθόδους παρασκευής και τα χαρακτηριστικά των σκονών MIM. άλλες τεχνικές παρασκευής σκόνης μπορούν να βρεθούν αλλού.

Η ταξινόμηση του μεγέθους σωματιδίων και της κατανομής μεγέθους σωματιδίων των σκονών MIM είναι ένα σημαντικό βήμα στην προετοιμασία της σκόνης, επειδή πολλές σκόνες MIM λαμβάνονται από παρτίδες σκόνης με διαφορετικά μεγέθη σωματιδίων. Ως εκ τούτου, είναι σημαντικό να διασφαλιστεί η συνοχή της σκόνης MIM σε όλες τις παρτίδες.

Πίνακας 3.1 Μέθοδοι παρασκευής και χαρακτηριστικά των σκονών MIM

Ψεκασμός αερίου

Ο ψεκασμός αερίου είναι μια μέθοδος παρασκευής σκόνης με τήξη μετάλλων ή κραμάτων μέσω επαγωγής ή άλλων μεθόδων θέρμανσης και στη συνέχεια ψεκασμού του τήγματος μέσω ενός ακροφυσίου. Μετά την έξοδο από το ακροφύσιο, το λιωμένο μέταλλο ή το κράμα προσκρούεται από μια- ροή αερίου υψηλής ταχύτητας, σπάζοντας το τήγμα σε λεπτά σταγονίδια. Αυτά τα σταγονίδια στερεοποιούνται σε σφαιρικά σωματίδια κατά την ελεύθερη πτώση. Το εκτοξευόμενο αέριο υψηλής-ταχύτητας είναι συνήθως άζωτο, αργό ή άζωτο. ο αέρας μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για να σχηματίσει ορισμένες ειδικές σκόνες. Τα σωματίδια που έχουν εξατμιστεί{6}}τον αέρα έχουν υψηλό βαθμό επιφανειακής οξείδωσης. Ως εκ τούτου, ο ψεκασμός αέρα δεν συνιστάται για τα περισσότερα υλικά μηχανικής, ειδικά εκείνα για τα οποία είναι δύσκολο να αφαιρεθούν οι μεμβράνες οξειδίου κατά τη διάρκεια της μετά-πήξης. Τα εξατμισμένα σταγονίδια πέφτουν ελεύθερα μέσα σε ένα μεγάλο δοχείο, στερεοποιώντας έτσι πριν έρθουν σε επαφή με τα τοιχώματα του δοχείου. Κατά τη διάρκεια της ψεκασμού, εάν υπάρχουν αναταράξεις κοντά στο ακροφύσιο, μικρά στερεά σωματίδια μπορούν να εισέλθουν ξανά στο εξατμισμένο τήγμα, σχηματίζοντας μικρά, στερεοποιημένα σωματίδια σκόνης στην επιφάνεια των σωματιδίων. Αυτά τα ακανόνιστα σωματίδια σκόνης παρεμποδίζουν την πυκνότητα συσκευασίας της σκόνης και τις επακόλουθες ιδιότητες ροής της τροφοδοσίας MIM. Οι ψεκασμένες σκόνες-μεγάλου μεγέθους-διανομής μπορούν να παραχθούν με κοσκίνισμα ή διαλογή με αέρα. Τα υπερμεγέθη σωματίδια μπορούν να εκ νέου-ατομοποιηθούν για να παράγουν μικρότερου μεγέθους-σκόνες. Το σχήμα 3.4 δείχνει μια τυπική εικόνα ηλεκτρονικού μικροσκοπίου σάρωσης (SEM) ψεκασμένης σκόνης από ανοξείδωτο χάλυβα, η οποία έχει σφαιρικό σχήμα, υψηλή καθαρότητα επιφάνειας και υψηλή πυκνότητα συσκευασίας.

Ψεκασμός νερού

Οι αρχές του ψεκασμού νερού και του ψεκασμού αερίου είναι βασικά παρόμοιες. Η διαφορά είναι ότι το νερό, αντί για αέριο, χρησιμοποιείται για τη διάσπαση του λιωμένου μετάλλου σε λεπτά σωματίδια. Χρησιμοποιεί έναν πίδακα νερού υψηλής-πίεσης για να επηρεάσει τη ροή του λιωμένου μετάλλου, διασπώντας το γρήγορα και στερεοποιώντας το σε σκόνη. Το υπερθερμασμένο τήγμα, αφού ψεκαστεί με πίδακα νερού υψηλής-πίεσης, παράγει μεγάλο αριθμό λεπτών, σφαιρικών σωματιδίων. Ως εκ τούτου, η χρήση ψεκασμού νερού για την παρασκευή μεταλλικής σκόνης κάτω από υπερθερμασμένες θερμοκρασίες και υψηλές πιέσεις νερού είναι ζωτικής σημασίας για το MIM (Metal Injection Molding). Παρόμοια με τον ψεκασμό αερίου, η ταξινόμηση μεγεθών σωματιδίων της σκόνης με νερό-είναι ένα σημαντικό βήμα στην παραγωγή σκόνης MIM. Το Σχήμα 3.5 δείχνει μια τυπική εικόνα SEM σκόνης από ανοξείδωτο χάλυβα που έχει εξατμιστεί{10}}με νερό. Αυτά τα σωματίδια έχουν ακανόνιστα σχήματα και σε σύγκριση με τον ψεκασμό αερίου, η επιφανειακή οξείδωση των σωματιδίων σκόνης{12}}ατομικής σκόνης είναι πιο σοβαρή. Τα σωματίδια ακανόνιστου σχήματος έχουν ένα πλεονέκτημα στη διατήρηση του σχήματος κατά την απολίπανση των εξαρτημάτων που έχουν χυτευθεί με έγχυση{14}}. Ο ψεκασμός νερού έχει πολύ υψηλότερη απόδοση παραγωγής από τον ψεκασμό αερίου, επομένως, το κόστος παραγωγής της σκόνης-ψεκοποιημένης σκόνης με αέριο είναι πολύ χαμηλότερο από αυτό της σκόνης με αέριο{17}.

Θερμική Αποσύνθεση

Η θερμική αποσύνθεση είναι μια χημική αποσύνθεση που προκαλείται από τη θερμότητα, που χρησιμοποιείται συνήθως για την παραγωγή σκόνης νικελίου και σιδήρου για χύτευση με έγχυση μετάλλων. Με αυτήν την τεχνολογία μπορούν επίσης να παρασκευαστούν σκόνες βολφραμίου και κοβαλτίου. Οι σκόνες που παράγονται με θερμική αποσύνθεση έχουν καθαρότητα μεγαλύτερη από 99% και μέγεθος σωματιδίων που κυμαίνεται από 0,20 έως 20 μm. Σε αυτή τη διαδικασία, το μέταλλο αντιδρά με το μονοξείδιο του άνθρακα υπό υψηλή πίεση και θερμοκρασία για να σχηματίσει ένα μέταλλο με βάση τον άνθρακα-. Αυτό το υγρό με βάση τον άνθρακα καθαρίζεται, ψύχεται και στη συνέχεια ξαναθερμαίνεται υπό τη δράση ενός καταλύτη, προκαλώντας τη συμπύκνωση του ατμού σε σκόνη. Το σχήμα 3.6 δείχνει μια τυπική εικόνα SEM θερμικά αποσυντιθέμενης σκόνης σιδήρου με βάση τον άνθρακα{11}. Αυτές οι σκόνες συνήθως περιέχουν ακαθαρσίες άνθρακα και πρέπει να αναχθούν σε υδρογόνο πριν από τη χρήση ή κατά τη διάρκεια της πυροσυσσωμάτωσης ή να χρησιμοποιηθούν σε υπολογισμούς ως συστατικό κράματος για χάλυβα χαμηλού κράματος{13}. Εάν η σκόνη μειωθεί πριν από τη χύτευση με έγχυση μετάλλου, τα σωματίδια πρέπει να αλεσθούν για να εξαλειφθεί η συσσωμάτωση επειδή συσσωματώνονται κατά τη διάρκεια της αναγωγής. Επιπλέον, η δραστηριότητα πυροσυσσωμάτωσης αυτών των ανηγμένων σκονών είναι χαμηλότερη από εκείνη των μη ανηγμένων σκονών επειδή τα λεπτά σωματίδια συντήκονται πλήρως ή αφομοιώνονται από μεγαλύτερα σωματίδια κατά τη διάρκεια της αναγωγής.

Μέθοδος Χημικής Αναγωγής

Η μέθοδος χημικής αναγωγής είναι μια από τις παλαιότερες γνωστές μεθόδους παραγωγής σκόνης. Αυτή η μέθοδος καθαρίζει πρώτα το οξείδιο και στη συνέχεια χρησιμοποιεί έναν αναγωγικό παράγοντα όπως ο άνθρακας για να αντιδράσει μαζί του για να δημιουργήσει μονοξείδιο του άνθρακα ή διοξείδιο του άνθρακα για αναγωγή. Το υδρογόνο μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την αναγωγή του οξειδίου σε μεταλλική σκόνη. Για να μειωθεί το μέγεθος των σωματιδίων, η αντίδραση αναγωγής διεξάγεται σε σχετικά χαμηλή θερμοκρασία, αλλά η ταχύτητα αντίδρασης είναι χαμηλή. Η χρήση υψηλότερων θερμοκρασιών μπορεί να επιταχύνει αυτή τη διαδικασία αντίδρασης, αλλά υψηλότερες θερμοκρασίες μπορεί να προκαλέσουν δεσμό διάχυσης των σωματιδίων, τα οποία στη συνέχεια πρέπει να αφαιρεθούν με άλεση ή άλεση σε ένα αρκετά λεπτό μέγεθος σωματιδίων. Εάν τα σωματίδια δεν συνθλίβονται, η συσσωματωμένη σκόνη δεν μπορεί να φορτωθεί σωστά στο σύστημα συνδετικού υλικού, με αποτέλεσμα υψηλό ιξώδες τροφοδοσίας και ανομοιόμορφη τροφοδοσία κατά τη χύτευση με έγχυση. Το σχήμα 3.7 δείχνει μια τυπική εικόνα SEM σκόνης βολφραμίου που παράγεται με χημική αναγωγή.