Обзор
Металлические порошки с достаточно мелким размером частиц (<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.
Различные методы приготовления порошка MIM
Существует множество методов приготовления порошков для литья металлов под давлением (МИМ), включая газовое распыление, распыление воды, термическое разложение и химическое восстановление.
Когда необходимо добавить в сплав небольшое количество порошка или приготовить некоторые конкретные сплавы в порошковой смеси, обычно используют другие методы приготовления порошка, например механическое дробление/измельчение. Исключением является цементация чистого порошка вольфрама для получения порошка карбида вольфрама-. В таблице 3.1 приведены способы получения и характеристики порошков МИМ; другие методы приготовления порошка можно найти в других местах.
Классификация размера частиц и распределения частиц порошков MIM является важным шагом в приготовлении порошка, поскольку многие порошки MIM берутся из партий порошков с различными размерами частиц; поэтому важно обеспечить однородность порошка MIM в разных партиях.
Таблица 3.1. Способы получения и характеристики порошков МИМ
| Способ приготовления | Относительная стоимость | Примеры металлов или сплавов | Размер частиц/мкм | Форма частицы |
|---|---|---|---|---|
| Распыление газа | Высокий | Нержавеющая сталь, суперсплав F75, MP35N, титан, добавки из лигатур | 5 ~ 45 | сферический |
| Распыление воды | Середина | То же, что газовое распыление, за исключением сплавов титана и железа. | 5 ~ 45 | Эллиптическая, неправильной формы. |
| Термическое разложение | Середина | Железо, Никель | 0.2 ~ 20 | Сферическая, игольчатая-форма |
| Химическое восстановление | Высокий/Средний | Вольфрам, Молибден | 0.1 ~ 10 | Многоугольные, сферические |
Распыление газа
Газовое распыление — это метод приготовления порошка путем плавления металлов или сплавов с помощью индукции или других методов нагрева с последующим распылением расплава через сопло. После выхода из сопла на расплавленный металл или сплав воздействует высокоскоростной-поток газа, разбивая расплав на мелкие капли. Эти капли затвердевают в сферические частицы во время свободного падения. Газ,-выбрасываемый с высокой скоростью, обычно представляет собой азот, аргон или азот; Воздух также можно использовать для формирования некоторых специальных порошков. Распыленные воздухом-частицы имеют высокую степень поверхностного окисления; поэтому распыление воздухом не рекомендуется для большинства конструкционных материалов, особенно для тех, у которых оксидные пленки трудно удалить во время пост-спекания. Распыленные капли свободно падают внутри большого контейнера, затвердевая, прежде чем коснуться стенок контейнера. Если во время распыления вблизи сопла существует турбулентность, мелкие твердые частицы могут повторно -попадать в распыленный расплав, образуя на поверхности частиц небольшие затвердевшие частицы порошка. Эти частицы порошка неправильной формы влияют на плотность упаковки порошка и последующие свойства потока MIM-сырья. Распыленные порошки с широким-размером-распределения можно получать путем просеивания или воздушной сортировки. Частицы слишком большого размера можно -перераспылить для получения порошков-меньшего размера. На рисунке 3.4 показано типичное изображение распыленного порошка нержавеющей стали, полученного сканирующим электронным микроскопом (СЭМ), который имеет сферическую форму, высокую чистоту поверхности и высокую плотность упаковки.
Распыление воды
Принципы распыления воды и газа в основном схожи. Разница в том, что для расщепления расплавленного металла на мелкие частицы вместо газа используется вода. В нем используется струя воды под высоким-давлением, которая воздействует на поток расплавленного металла, быстро разрушая его и превращая в порошок. Перегретый расплав после распыления струей воды под высоким-давлением образует большое количество мелких сферических частиц. Поэтому использование распыления воды для приготовления металлического порошка при высоких температурах и высоком давлении воды имеет решающее значение для MIM (литье под давлением металла). Подобно газовому распылению, классификация частиц порошка, распыленного водой-, является важным этапом в производстве порошка MIM. На рис. 3.5 показано типичное СЭМ-изображение распыленного водой порошка нержавеющей стали. Эти частицы имеют неправильную форму, и по сравнению с газовым распылением поверхностное окисление частиц порошка, распыленных водой, является более серьезным. Частицы неправильной формы имеют преимущество в сохранении формы во время обезжиривания деталей, отлитых под давлением. Распыление воды имеет гораздо более высокую эффективность производства, чем распыление газа, поэтому стоимость производства порошка, распыленного водой, намного ниже, чем стоимость производства порошка, распыленного газом.
Термическое разложение
Термическое разложение — это химическое разложение, вызванное нагреванием, которое обычно используется для производства порошков никеля и железа для литья металлов под давлением. По этой технологии также можно получать порошки вольфрама и кобальта. Порошки, полученные термическим разложением, имеют чистоту более 99% и размер частиц от 0,20 до 20 мкм. В этом процессе металл реагирует с окисью углерода под высоким давлением и температурой с образованием металла на основе углерода-. Эта жидкость на основе углерода- очищается, охлаждается, а затем повторно нагревается под действием катализатора, в результате чего пар конденсируется в порошок. На рис. 3.6 показано типичное СЭМ-изображение термически разложенного порошка железа на основе углерода-. Эти порошки обычно содержат примеси углерода и должны быть восстановлены водородом перед использованием или во время спекания или использованы в расчетах в качестве легирующего компонента для низколегированных сталей. Если порошок восстанавливается перед литьем металла под давлением, частицы необходимо измельчить, чтобы исключить агломерацию, поскольку они слипаются во время восстановления. Кроме того, спекающая активность этих восстановленных порошков ниже, чем у невосстановленных порошков, поскольку мелкие частицы полностью спекаются или ассимилируются более крупными частицами во время восстановления.
Метод химического восстановления
Метод химического восстановления является одним из старейших известных методов производства порошков. Этот метод сначала очищает оксид, затем использует восстановитель, такой как углерод, для реакции с ним с образованием оксида углерода или диоксида углерода для восстановления. Водород также можно использовать для восстановления оксида до металлического порошка. Для уменьшения размера частиц реакцию восстановления проводят при относительно низкой температуре, но скорость реакции низкая. Использование более высоких температур может ускорить этот процесс реакции, но более высокие температуры могут вызвать диффузионное связывание частиц, которые затем необходимо удалить путем измельчения или помола до достаточно мелкого размера частиц. Если частицы не измельчены, агрегированный порошок не может быть должным образом загружен в систему связующего, что приводит к высокой вязкости сырья и неравномерной подаче во время литья под давлением. На рис. 3.7 показано типичное СЭМ-изображение вольфрамового порошка, полученного методом химического восстановления.
