پودر برای قالب گیری تزریق فلز چیست؟

آماده سازی پودر برای قالب گیری تزریق فلز

نمای کلی

پودرهای فلزی با اندازه ذرات به اندازه کافی کوچک (<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.

تکنیک های مختلف آماده سازی پودر MIM

روش‌های زیادی برای تهیه پودر برای قالب‌گیری تزریقی فلز (MIM) وجود دارد، از جمله اتمیزه کردن گاز، اتمیزه کردن آب، تجزیه حرارتی و احیای شیمیایی.

هنگامی که لازم است مقدار کمی پودر به یک آلیاژ اضافه شود یا آلیاژهای خاص خاصی در یک مخلوط پودری تهیه شود، معمولاً از روش های دیگر آماده سازی پودر مانند خرد کردن / آسیاب مکانیکی استفاده می شود. کربور کردن پودر تنگستن خالص برای تولید پودر گرید کاربید تنگستن{1}} یک استثنا است. جدول 3.1 روش های آماده سازی و ویژگی های پودر MIM را نشان می دهد. سایر تکنیک های آماده سازی پودر را می توان در جاهای دیگر یافت.

طبقه بندی اندازه ذرات و توزیع اندازه ذرات پودرهای MIM یک مرحله مهم در تهیه پودر است زیرا بسیاری از پودرهای MIM از دسته های پودر با اندازه های مختلف ذرات گرفته می شوند. بنابراین، اطمینان از قوام پودر MIM در بین دسته ها ضروری است.

جدول 3.1 روش های تهیه و ویژگی های پودرهای MIM

اتمیزه کردن گاز

اتمیزه کردن گاز روشی برای تهیه پودر با ذوب فلزات یا آلیاژها از طریق القاء یا سایر روش‌های حرارتی و سپس اتمیزه کردن مذاب از طریق نازل است. پس از خروج از نازل، فلز یا آلیاژ مذاب تحت تأثیر جریان گاز با سرعت بالا قرار می‌گیرد و مذاب را به قطرات ریز می‌شکند. این قطرات در طی سقوط آزاد به ذرات کروی تبدیل می شوند. گاز با سرعت بالا معمولاً نیتروژن، آرگون یا نیتروژن است. همچنین می توان از هوا برای تشکیل پودرهای خاص استفاده کرد. ذرات اتمیزه شده هوا دارای درجه بالایی از اکسیداسیون سطحی هستند. بنابراین، اتمیزه کردن هوا برای اکثر مواد مهندسی توصیه نمی‌شود، به‌ویژه آن‌هایی که جدا کردن لایه‌های اکسیدی در طی-پس‌زنی دشوار است. قطرات اتمیزه شده آزادانه درون یک ظرف بزرگ می ریزند، بنابراین قبل از تماس با دیواره ظرف جامد می شوند. در طول اتمیزه کردن، اگر تلاطم در نزدیکی نازل وجود داشته باشد، ذرات جامد کوچک می‌توانند دوباره{10}} وارد مذاب اتمیزه شده شوند و ذرات پودر جامد و کوچک را روی سطح ذرات تشکیل دهند. این ذرات پودر نامنظم با چگالی بسته بندی پودر و خواص جریان بعدی خوراک MIM تداخل می کنند. پودرهای اتمیزه شده با اندازه گسترده-توزیع-را می‌توان با الک کردن یا دسته‌بندی هوا تولید کرد. ذرات بزرگ را می توان مجدداً{16}}اتمیزه کرد تا پودرهایی با اندازه کوچکتر تولید شود. شکل 3.4 یک تصویر معمولی میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از پودر فولاد ضد زنگ اتمیزه شده را نشان می دهد که دارای شکل کروی، خلوص سطح بالا و چگالی بسته بندی بالا است.

اتمیزه کردن آب

اصول اتمیزه کردن آب و اتمیزه کردن گاز اساساً مشابه هستند. با این تفاوت که به جای گاز از آب برای تجزیه فلز مذاب به ذرات ریز استفاده می شود. از یک جت آب با فشار بالا-برای ضربه زدن به جریان فلز مذاب استفاده می‌کند و به سرعت آن را شکسته و به پودر تبدیل می‌کند. مذاب فوق گرم، پس از اتمیزه شدن توسط یک جت آب{4} با فشار بالا، تعداد زیادی ذرات ریز و کروی را تولید می کند. بنابراین، استفاده از اتمیزه کردن آب برای تهیه پودر فلز تحت دماهای فوق گرم و فشار آب بالا برای MIM (مختل گیری تزریق فلز) بسیار مهم است. مشابه اتمیزه کردن گاز، طبقه بندی اندازه ذرات پودر اتمیزه آب{7} گام مهمی در تولید پودر MIM است. شکل 3.5 یک تصویر معمولی SEM از پودر فولاد ضد زنگ اتمیزه شده آب{10}را نشان می‌دهد. این ذرات دارای اشکال نامنظم هستند و در مقایسه با اتمیزه شدن گاز، اکسیداسیون سطحی ذرات پودر اتمیزه شده آب{12} شدیدتر است. ذرات با شکل نامنظم در حفظ شکل در حین چربی زدایی قطعات قالب گیری تزریقی مزیت دارند. اتمیزه کردن آب بازده تولید بسیار بالاتری نسبت به اتمیزه کردن گاز دارد، بنابراین هزینه تولید پودر اتمیزه شده آب{16} بسیار کمتر از پودر اتمیزه شده{17} گاز است.

تجزیه حرارتی

تجزیه حرارتی یک تجزیه شیمیایی ناشی از گرما است که معمولاً برای تولید پودرهای نیکل و آهن برای قالب‌گیری تزریقی فلز استفاده می‌شود. با استفاده از این فناوری می توان پودر تنگستن و کبالت را نیز تهیه کرد. پودرهای تولید شده توسط تجزیه حرارتی دارای خلوص بیش از 99٪ و اندازه ذرات در محدوده 0.20 تا 20 میکرومتر هستند. در این فرآیند، فلز با مونوکسید کربن تحت فشار و دمای بالا واکنش می‌دهد و یک فلز- بر پایه کربن تشکیل می‌دهد. این مایع مبتنی بر کربن{8}}تخلیص می‌شود، خنک می‌شود و سپس تحت تأثیر یک کاتالیزور دوباره گرم می‌شود و باعث می‌شود بخار به پودر تبدیل شود. شکل 3.6 یک تصویر معمولی SEM از پودر آهن مبتنی بر کربن{11}} تجزیه شده حرارتی را نشان می دهد. این پودرها معمولاً حاوی ناخالصی‌های کربنی هستند و باید قبل از استفاده یا در حین تف جوشی در هیدروژن کاهش یابند یا در محاسبات به عنوان یک جزء آلیاژی برای فولاد کم آلیاژ{13} استفاده شوند. اگر پودر قبل از قالب گیری تزریق فلز کاهش یابد، ذرات باید آسیاب شوند تا تجمع آنها از بین برود زیرا در حین احیا به هم می چسبند. علاوه بر این، فعالیت تف جوشی این پودرهای احیا شده کمتر از پودرهای احیا نشده است زیرا ذرات ریز به طور کامل پخته می شوند یا توسط ذرات بزرگتر در حین احیا جذب می شوند.

روش کاهش شیمیایی

روش احیای شیمیایی یکی از قدیمی ترین روش های تولید پودر شناخته شده است. این روش ابتدا اکسید را خالص می کند، سپس از یک عامل احیا کننده مانند کربن برای واکنش با آن برای تولید مونوکسید کربن یا دی اکسید کربن برای احیا استفاده می کند. همچنین می توان از هیدروژن برای تبدیل اکسید به پودر فلزی استفاده کرد. برای کاهش اندازه ذرات، واکنش کاهش در دمای نسبتاً پایین انجام می شود، اما سرعت واکنش پایین است. استفاده از دماهای بالاتر می‌تواند این فرآیند واکنش را تسریع کند، اما دماهای بالاتر می‌تواند باعث پیوند انتشاری ذرات شود که باید با آسیاب کردن یا آسیاب کردن تا اندازه ذرات به اندازه کافی ریز حذف شوند. اگر ذرات خرد نشوند، پودر انباشته شده را نمی توان به درستی در سیستم بایندر بارگذاری کرد و در نتیجه ویسکوزیته خوراک بالا و تغذیه ناهموار در طول قالب گیری تزریقی ایجاد می شود. شکل 3.7 یک تصویر معمولی SEM از پودر تنگستن تولید شده توسط احیای شیمیایی را نشان می دهد.