Descripción general
Polvos metálicos con un tamaño de partícula suficientemente pequeño (<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.
Diferentes técnicas de preparación de polvo MIM.
Existen muchos métodos para preparar polvos para moldeo por inyección de metales (MIM), incluida la atomización con gas, la atomización con agua, la descomposición térmica y la reducción química.
Cuando es necesario agregar una pequeña cantidad de polvo a una aleación o preparar ciertas aleaciones específicas en una mezcla de polvo, generalmente se usan otros métodos de preparación de polvo, como trituración/molienda mecánica. La cementación de polvo de tungsteno puro para producir polvo de calidad de carburo de tungsteno-es una excepción. La Tabla 3.1 muestra los métodos de preparación y las características de los polvos MIM; Se pueden encontrar otras técnicas de preparación de polvo en otros lugares.
Clasificar el tamaño de las partículas y la distribución del tamaño de las partículas de los polvos MIM es un paso importante en la preparación del polvo porque muchos polvos MIM se toman de lotes de polvo con diferentes tamaños de partículas; por lo tanto, es esencial garantizar la consistencia del polvo MIM en todos los lotes.
Tabla 3.1 Métodos de preparación y características de los polvos MIM
| Método de preparación | Costo relativo | Ejemplos de metales o aleaciones | Tamaño de partícula /μm | Forma de partícula |
|---|---|---|---|---|
| Atomización de gases | Alto | Acero inoxidable, superaleación F75, MP35N, titanio, aditivos de aleación maestra | 5 ~ 45 | Esférico |
| Atomización del agua | Medio | Igual que la atomización con gas excepto para aleaciones de titanio y hierro. | 5 ~ 45 | Forma elíptica e irregular. |
| Descomposición térmica | Medio | Hierro, Níquel | 0.2 ~ 20 | Esférico, en forma de aguja- |
| Reducción química | Alto/Medio | Tungsteno, Molibdeno | 0.1 ~ 10 | poligonal, esférica |
Atomización de gases
La atomización de gas es un método para preparar polvo fundiendo metales o aleaciones mediante inducción u otros métodos de calentamiento y luego atomizando la masa fundida a través de una boquilla. Después de salir de la boquilla, el metal o la aleación fundidos reciben el impacto de un flujo de gas de alta-velocidad, que rompe la masa fundida en finas gotas. Estas gotas se solidifican en partículas esféricas durante la caída libre. El gas eyectado a alta velocidad- suele ser nitrógeno, argón o nitrógeno; El aire también se puede utilizar para formar ciertos polvos especiales. Las partículas atomizadas con aire-tienen un alto grado de oxidación superficial; por lo tanto, no se recomienda la atomización con aire para la mayoría de los materiales de ingeniería, especialmente aquellos cuyas películas de óxido son difíciles de eliminar durante la post-sinterización. Las gotas atomizadas caen libremente dentro de un recipiente grande, solidificándose así antes de entrar en contacto con las paredes del recipiente. Durante la atomización, si existe turbulencia cerca de la boquilla, pequeñas partículas sólidas pueden volver a entrar en la masa fundida atomizada, formando pequeñas partículas de polvo solidificado en la superficie de la partícula. Estas partículas de polvo irregulares interfieren con la densidad del empaquetamiento del polvo y las propiedades de flujo posteriores de la alimentación MIM. Los polvos atomizados de amplia distribución-tamaño- se pueden producir mediante tamizado o clasificación por aire. Las partículas de gran tamaño pueden re-reatomizarse para producir polvos-de menor tamaño. La Figura 3.4 muestra una imagen típica de microscopio electrónico de barrido (SEM) de polvo de acero inoxidable atomizado, que tiene forma esférica, alta pureza superficial y alta densidad de empaquetamiento.
Atomización del agua
Los principios de la atomización del agua y de la atomización del gas son básicamente similares. La diferencia es que se utiliza agua, en lugar de gas, para descomponer el metal fundido en partículas finas. Utiliza un chorro de agua a alta-presión para impactar el flujo de metal fundido, descomponiéndolo rápidamente y solidificándolo hasta convertirlo en polvo. La masa fundida sobrecalentada, después de ser atomizada por un chorro de agua a alta-presión, produce una gran cantidad de partículas finas y esféricas. Por lo tanto, utilizar la atomización con agua para preparar polvo metálico a temperaturas sobrecalentadas y altas presiones de agua es crucial para MIM (moldeo por inyección de metal). De manera similar a la atomización con gas, la clasificación por tamaño de partícula del polvo atomizado con agua-es un paso importante en la producción de polvo MIM. La Figura 3.5 muestra una imagen SEM típica de polvo de acero inoxidable atomizado con agua. Estas partículas tienen formas irregulares y, en comparación con la atomización con gas, la oxidación superficial de las partículas de polvo atomizadas con agua-es más grave. Las partículas de forma irregular tienen la ventaja de mantener la forma durante el desengrasado de las piezas moldeadas por inyección. La atomización con agua tiene una eficiencia de producción mucho mayor que la atomización con gas, por lo tanto, el costo de producción del polvo atomizado con agua es mucho menor que el del polvo atomizado con gas.
Descomposición térmica
La descomposición térmica es una descomposición química causada por el calor, comúnmente utilizada para producir polvos de níquel y hierro para el moldeo por inyección de metales. También se pueden preparar polvos de tungsteno y cobalto utilizando esta tecnología. Los polvos producidos por descomposición térmica tienen una pureza superior al 99% y un tamaño de partícula que oscila entre 0,20 y 20 µm. En este proceso, el metal reacciona con monóxido de carbono a alta presión y temperatura para formar un metal a base de carbono-. Este líquido a base de carbono-se purifica, enfría y luego se recalienta bajo la acción de un catalizador, lo que hace que el vapor se condense en polvo. La Figura 3.6 muestra una imagen SEM típica de polvo de hierro a base de carbono-descompuesto térmicamente. Estos polvos normalmente contienen impurezas de carbono y deben reducirse en hidrógeno antes de su uso o durante la sinterización, o usarse en cálculos como componente de aleación para acero de baja-aleación. Si el polvo se reduce antes del moldeo por inyección de metal, las partículas deben molerse para eliminar la aglomeración porque se agrupan durante la reducción. Además, la actividad de sinterización de estos polvos reducidos es menor que la de los polvos no reducidos porque las partículas finas son completamente sinterizadas o asimiladas por partículas más grandes durante la reducción.
Método de reducción química
El método de reducción química es uno de los métodos de producción de polvo más antiguos que se conocen. Este método primero purifica el óxido y luego utiliza un agente reductor, como el carbono, para reaccionar con él y generar monóxido de carbono o dióxido de carbono para la reducción. También se puede utilizar hidrógeno para reducir el óxido a un polvo metálico. Para reducir el tamaño de las partículas, la reacción de reducción se lleva a cabo a una temperatura relativamente baja, pero la velocidad de reacción es baja. El uso de temperaturas más altas puede acelerar este proceso de reacción, pero las temperaturas más altas pueden causar enlaces de partículas por difusión, que luego deben eliminarse mediante trituración o molienda hasta un tamaño de partícula suficientemente fino. Si las partículas no se trituran, el polvo agregado no se puede cargar adecuadamente en el sistema aglutinante, lo que resulta en una alta viscosidad de la alimentación y una alimentación desigual durante el moldeo por inyección. La Figura 3.7 muestra una imagen SEM típica de polvo de tungsteno producido por reducción química.
