Tổng quan
Bột kim loại có kích thước hạt đủ nhỏ (<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.
Các kỹ thuật chuẩn bị khác nhau cho bột MIM
Có nhiều phương pháp chuẩn bị bột cho khuôn ép phun kim loại (MIM), bao gồm nguyên tử hóa khí, nguyên tử hóa nước, phân hủy nhiệt và khử hóa học.
Khi cần thêm một lượng nhỏ bột vào hợp kim hoặc chuẩn bị một số hợp kim cụ thể trong hỗn hợp bột, các phương pháp chuẩn bị bột khác, chẳng hạn như nghiền/nghiền cơ học, thường được sử dụng. Quá trình cacbon hóa bột vonfram nguyên chất để tạo ra bột loại cacbua vonfram-là một ngoại lệ. Bảng 3.1 trình bày phương pháp điều chế và đặc tính của bột MIM; các kỹ thuật chuẩn bị bột khác có thể được tìm thấy ở nơi khác.
Phân loại kích thước hạt và phân bổ kích thước hạt của bột MIM là một bước quan trọng trong quá trình pha chế bột vì nhiều loại bột MIM được lấy từ các mẻ bột có kích thước hạt khác nhau; do đó, điều cần thiết là phải đảm bảo tính đồng nhất của bột MIM giữa các lô.
Bảng 3.1 Phương pháp điều chế và đặc tính của bột MIM
| Phương pháp chuẩn bị | Chi phí tương đối | Ví dụ về kim loại hoặc hợp kim | Kích thước hạt /μm | Hình dạng hạt |
|---|---|---|---|---|
| Nguyên tử hóa khí | Cao | Thép không gỉ, siêu hợp kim F75, MP35N, Titanium, phụ gia hợp kim chính | 5 ~ 45 | hình cầu |
| Nguyên tử hóa nước | Trung bình | Tương tự như nguyên tử hóa khí ngoại trừ hợp kim titan và sắt | 5 ~ 45 | Hình elip, không đều |
| Phân hủy nhiệt | Trung bình | Sắt, Niken | 0.2 ~ 20 | Hình cầu, hình kim- |
| Giảm hóa chất | Cao/Trung bình | Vonfram, Molypden | 0.1 ~ 10 | Đa giác, hình cầu |
Nguyên tử hóa khí
Nguyên tử hóa khí là phương pháp chuẩn bị bột bằng cách nấu chảy kim loại hoặc hợp kim thông qua cảm ứng hoặc các phương pháp gia nhiệt khác, sau đó nguyên tử hóa chất tan chảy qua vòi phun. Sau khi rời khỏi vòi phun, kim loại hoặc hợp kim nóng chảy bị tác động bởi dòng khí-tốc độ cao, làm tan chảy thành những giọt nhỏ. Những giọt này đông đặc lại thành các hạt hình cầu trong quá trình rơi tự do. Khí thoát ra-tốc độ cao thường là nitơ, argon hoặc nitơ; không khí cũng có thể được sử dụng để tạo thành một số loại bột đặc biệt. Các hạt nguyên tử hóa trong không khí có mức độ oxy hóa bề mặt cao; do đó, việc phun sương bằng không khí không được khuyến khích đối với hầu hết các vật liệu kỹ thuật, đặc biệt là những vật liệu mà màng oxit khó loại bỏ trong quá trình-thiêu kết sau. Các giọt nguyên tử rơi tự do trong một thùng chứa lớn, do đó đông đặc lại trước khi tiếp xúc với thành thùng chứa. Trong quá trình nguyên tử hóa, nếu có sự nhiễu loạn gần vòi phun thì các hạt rắn nhỏ có thể{10}}tái nhập vào khối tan chảy nguyên tử hóa, tạo thành các hạt bột nhỏ, đông đặc trên bề mặt hạt. Những hạt bột không đều này cản trở mật độ đóng gói bột và đặc tính dòng chảy tiếp theo của nguyên liệu MIM. Bột nguyên tử có kích thước{13}}phân phối rộng{14}}có thể được sản xuất bằng cách sàng hoặc phân loại bằng không khí. Các hạt có kích thước quá lớn có thể được tái nguyên tử hóa để tạo ra các loại bột có kích thước nhỏ hơn. Hình 3.4 cho thấy hình ảnh kính hiển vi điện tử quét (SEM) điển hình của bột thép không gỉ nguyên tử hóa, có dạng hình cầu, độ tinh khiết bề mặt cao và mật độ đóng gói cao.
Nguyên tử hóa nước
Nguyên lý nguyên tử hóa nước và nguyên tử hóa khí về cơ bản là giống nhau. Sự khác biệt là nước, thay vì khí, được sử dụng để phá vỡ kim loại nóng chảy thành các hạt mịn. Nó sử dụng tia nước áp suất cao-để tác động lên dòng kim loại nóng chảy, nhanh chóng phá vỡ nó và đông đặc lại thành bột. Chất tan chảy quá nhiệt, sau khi được nguyên tử hóa bằng tia nước áp suất-cao, tạo ra một số lượng lớn các hạt hình cầu mịn. Do đó, sử dụng nguyên tử hóa nước để chuẩn bị bột kim loại ở nhiệt độ quá nhiệt và áp suất nước cao là rất quan trọng đối với MIM (Đúc phun kim loại). Tương tự như quá trình nguyên tử hóa khí, việc phân loại kích thước hạt của bột nguyên tử-nước là một bước quan trọng trong quá trình sản xuất bột MIM. Hình 3.5 cho thấy một hình ảnh SEM điển hình của bột thép không gỉ được nguyên tử hóa bằng nước. Những hạt này có hình dạng không đều và so với quá trình nguyên tử hóa khí, quá trình oxy hóa bề mặt của các hạt bột nguyên tử hóa nước diễn ra nghiêm trọng hơn. Các hạt có hình dạng không đều có lợi thế hơn trong việc duy trì hình dạng trong quá trình tẩy dầu mỡ của các bộ phận đúc phun{14}}. Quá trình nguyên tử hóa nước có hiệu suất sản xuất cao hơn nhiều so với quá trình nguyên tử hóa khí, do đó, chi phí sản xuất bột nguyên tử hóa nước thấp hơn nhiều so với bột nguyên tử hóa khí.
Phân hủy nhiệt
Phân hủy nhiệt là quá trình phân hủy hóa học do nhiệt gây ra, thường được sử dụng để sản xuất bột niken và sắt để ép phun kim loại. Bột vonfram và coban cũng có thể được điều chế bằng công nghệ này. Bột được tạo ra bằng quá trình phân hủy nhiệt có độ tinh khiết lớn hơn 99% và kích thước hạt nằm trong khoảng từ 0,20 đến 20 μm. Trong quá trình này, kim loại phản ứng với cacbon monoxit dưới áp suất và nhiệt độ cao để tạo thành kim loại gốc cacbon. Chất lỏng gốc cacbon-này được tinh chế, làm nguội rồi đun nóng lại dưới tác dụng của chất xúc tác, khiến hơi ngưng tụ thành bột. Hình 3.6 cho thấy một hình ảnh SEM điển hình của bột sắt gốc cacbon{11}}bị phân hủy nhiệt. Những loại bột này thường chứa tạp chất cacbon và phải được khử hydro trước khi sử dụng hoặc trong quá trình thiêu kết hoặc được sử dụng trong tính toán làm thành phần hợp kim cho thép hợp kim thấp. Nếu bột được khử trước khi ép phun kim loại, các hạt phải được nghiền để loại bỏ sự kết tụ vì chúng kết tụ lại với nhau trong quá trình khử. Hơn nữa, hoạt tính thiêu kết của các loại bột đã khử này thấp hơn so với các loại bột chưa được khử vì các hạt mịn được thiêu kết hoàn toàn hoặc bị đồng hóa bởi các hạt lớn hơn trong quá trình khử.
Phương pháp khử hóa học
Phương pháp khử hóa học là một trong những phương pháp sản xuất bột lâu đời nhất được biết đến. Phương pháp này trước tiên làm sạch oxit, sau đó sử dụng chất khử như carbon để phản ứng với nó để tạo ra carbon monoxide hoặc carbon dioxide để khử. Hydro cũng có thể được sử dụng để khử oxit thành bột kim loại. Để giảm kích thước hạt, phản ứng khử được thực hiện ở nhiệt độ tương đối thấp nhưng tốc độ phản ứng thấp. Sử dụng nhiệt độ cao hơn có thể đẩy nhanh quá trình phản ứng này, nhưng nhiệt độ cao hơn có thể gây ra liên kết khuếch tán của các hạt, sau đó phải loại bỏ bằng cách nghiền hoặc nghiền đến kích thước hạt đủ mịn. Nếu các hạt không được nghiền nát, bột tổng hợp không thể được nạp đúng cách vào hệ thống kết dính, dẫn đến độ nhớt cấp liệu cao và cấp liệu không đồng đều trong quá trình ép phun. Hình 3.7 thể hiện ảnh SEM điển hình của bột vonfram được tạo ra bằng phương pháp khử hóa học.
