Formowanie wtryskowe metali, lub Proszek metalowy MIMMIM to proces produkcyjny, który zyskuje na popularności dzięki możliwości wytwarzania złożonych, precyzyjnych części metalowych w dużych ilościach. U podstaw procesu MIM leży surowiec składający się z drobnych cząstek proszku metalowego zmieszanych z materiałem wiążącym. Po wtryśnięciu do formy, surowiec ten umożliwia formowanie skomplikowanych kształtów, które byłyby trudne lub niemożliwe w przypadku innych technik obróbki metalu.

Kluczowym składnikiem, który sprawia, że MIM jest opłacalny, jest wyspecjalizowany Proszek metalowy MIM używany. Ten proszek, zwykle o wielkości cząstek mniejszej niż 20 mikronów, zapewnia zawartość metalu w końcowej części. Jednak nie wszystkie proszki metali dobrze nadają się do MIM. Właściwości proszku, takie jak skład, rozkład wielkości cząstek, morfologia, szybkość przepływu i czystość mogą mieć wpływ na proces formowania wtryskowego i właściwości gotowych komponentów.

Niniejszy przewodnik zawiera dogłębne spojrzenie na proszki metali MIM - czym są, jak działają i jak wybrać właściwy. Obejmuje on wszystko, od metod produkcji proszków, klasyfikacji i standardów branżowych, po to, jak skład i atrybuty proszku wpływają na zachowanie surowca MIM i jakość części. Czytaj dalej, aby uzyskać kompleksowy przegląd tego integralnego surowca MIM.

Proszek metalowy MIM Skład

Proces MIM obejmuje szeroką gamę metali i stopów jako materiał bazowy proszku. Każdy z nich oferuje inne właściwości, od stali o wysokiej wytrzymałości po stopy z pamięcią kształtu. Typowe kategorie obejmują:

Tabela: Typowe składy proszków metali MIM i ich godne uwagi właściwości

Określony skład chemiczny jest kluczowym czynnikiem determinującym właściwości i wydajność końcowej części MIM. W związku z tym producenci proszków ściśle kontrolują skład, aby zacieśnić tolerancje.

Powszechne pierwiastki stopowe z metalami nieszlachetnymi, takimi jak żelazo, nikiel i kobalt, służą różnym celom:

• Chrom, molibden, wanad - zwiększają wytrzymałość, ciągliwość, odporność na zużycie
• Węgiel, bor, tytan - zwiększają hartowność poprzez obróbkę cieplną
• Nikiel, mangan - modulują temperaturę transformacji
• Miedź - poprawia przewodność i odporność na korozję
• Wolfram, tantal - znacznie zwiększają gęstość

Elastyczność MIM pozwala projektantom zoptymalizować właściwości, takie jak sztywność, twardość lub oporność elektryczna dla konkretnego zastosowania poprzez staranny dobór materiału.

Proszek metalowy MIM Metody produkcji

Istnieje kilka dojrzałych metod produkcji proszków metalicznych na skalę i z precyzją niezbędną dla MIM. Dwie najważniejsze z nich to:

Tabela: Porównanie popularnych komercyjnych metod produkcji proszków metali MIM

Wtórne przetwarzanie, takie jak wyżarzanie, kruszenie, przesiewanie i mieszanie, jest stosowane w celu uzyskania docelowego rozkładu wielkości cząstek, morfologii i innych właściwości. Gotowe do użycia proszki MIM są wysoce sferyczne z kontrolowaną mikrostrukturą dostosowaną do stopu i zastosowania.

Proszek metalowy MIM Rozmiar cząstek

Cechą charakterystyczną materiału wsadowego MIM jest drobny rozmiar cząstek niezbędny do osiągnięcia wysokiej gęstości spieku i tworzenia złożonej geometrii. W przypadku stali nierdzewnej 17-4PH, powszechnego stopu MIM, poniższy wykres rozkładu wielkości cząstek przedstawia typowy zakres:

Typowy rozkład wielkości cząstek dla atomizowanej gazowo stali nierdzewnej 17-4PH według MPIF Standard 35

Kluczowe wnioski:

• Ponad 90% cząstek mieści się w przedziale 1-20 mikronów.
• Średni rozmiar cząstek między 4-5 mikronów
• Proszki spoza tego rozkładu mogą powodować wady formowania lub spiekania

Kontrolowanie wielkości cząstek ma kluczowe znaczenie dla przepływu proszku i gęstości upakowania podczas wtrysku. Bardzo drobne cząstki mogą być spójne i aglomerować, podczas gdy duże cząstki powodują tarcie o ścianki i nierównomierne rozprowadzanie spoiwa. Proszki MIM muszą równoważyć te czynniki.

Morfologia proszków metali MIM

Oprócz kontrolowania rozmiaru w skali mikroskopowej, istotny jest również kształt proszku i struktura powierzchni. Atomizacja gazowa wytwarza wysoce sferyczne, gładkie proszki optymalne do podawania MIM.

Porównywalnie, cząstki rozpylane wodą, choć bardziej nieregularne, mogą oferować lepsze tarcie międzycząsteczkowe i wytrzymałość zieloną. Czasami stosuje się mieszanki morfologii proszków.

Mikrografy porównujące typowe morfologie proszków MIM

Rozważania dotyczące morfologii proszku:

• Gładkie, kuliste cząstki poprawiają szybkość przepływu przez urządzenia do formowania.
• Bardziej szorstkie cząstki z satelitami mogą mechanicznie zazębiać się, aby zwiększyć wytrzymałość zieleni
• Nieregularne kształty sprawiają, że cząstki są bardziej spójne i podatne na aglomerację.

Formulator surowca wybiera optymalną równowagę między przepływem proszku a przyczepnością spoiwa w oparciu o końcowe potrzeby części.

Normy dotyczące proszków metali MIM

Przyjęte na całym świecie normy pomagają zdefiniować wskaźniki jakości i procedury testowe dla proszków metali. Pozwalają one na wiarygodne porównywanie proszków między dostawcami. Niektóre z nich są godne uwagi:

• MPIF Standard 35 - Obejmuje charakterystykę wielkości cząstek, natężenie przepływu w hali, gęstość kranową i inne parametry proszków MIM.
• ASTM B833 - Przewodnik po stalach narzędziowych do metalurgii proszków odpowiednich do obróbki MIM
• ISO 22068 - Określa wymagania dla proszków ze stali nierdzewnej do MIM

Renomowani dostawcy proszków testują każdą partię proszku i dostarczają dokumentację potwierdzającą zgodność. Te arkusze danych dają formulatorowi surowców MIM punkt odniesienia do kwalifikacji nowych materiałów.

Jak właściwości proszku wpływają na przetwarzanie MIM

Skład i właściwości proszku mogą znacząco wpływać na każdy etap procesu MIM - od zachowania podczas formowania po końcowe właściwości materiału po spiekaniu.

Efekty formowania wtryskowego

Właściwości proszku wpływające na wydajność formowania wtryskowego

Szczegółowe informacje na temat wpływu każdego czynnika na wypełnienie formy i jakość zielonych części:

• Wielkość cząstek - Bardzo drobne proszki utrudniają przepływ i powodują wady formowania. Zbyt grube cząstki powodują segregację spoiwa.
• Morfologia - Gładkie, kuliste cząstki poprawiają przepływ przez systemy podawania. Cząstki satelitarne zwiększają tarcie, ale zwiększają wytrzymałość zielonej masy.
• Gęstość kranu - Wyższa gęstość poprawia upakowanie cząstek i zmniejsza wymaganą objętość spoiwa.
• Natężenie przepływu w hali - Mierzy czas przepływu 50 g proszku przez standardowy lejek. Przepływ poniżej 30 sekund sygnalizuje problemy ze spójnością.
• Chemia - Skład stopu wpływa na temperaturę topnienia, gęstość pozorną i napięcie powierzchniowe spoiwa.

Zachowanie podczas spiekania

Podczas spiekania spoiwo jest najpierw usuwane z uformowanej ("zielonej") części, zanim procesy termiczne połączą cząstki metalu w gęstą strukturę. Atrybuty proszku, takie jak rozmiar cząstek, czystość, poziomy tlenków i skład chemiczny stopu, wpływają na te mechanizmy.

Tabela: Jak właściwości proszku wpływają na spiekanie i końcową jakość części

Dzięki wieloletniemu doświadczeniu producenci proszków dobierają parametry zoptymalizowane pod kątem przetwarzania MIM każdego systemu stopów przy jednoczesnym spełnieniu celów kosztowych.

Stopnie Proszek metalowy MIM

W przypadku popularnych stopów MIM, takich jak stal nierdzewna 316L i stal nierdzewna utwardzana wydzieleniowo 17-4PH, oferowane są różne gatunki proszków do różnych zastosowań:

Tabela: Porównanie gatunków proszku MIM ze stali nierdzewnej 316L

Proszki wyższej klasy zazwyczaj umożliwiają uzyskanie cieńszych ścianek, drobniejszych detali, lepszych tolerancji i osiągów mechanicznych. Wiąże się to z wyższym kosztem proszku, więc standardowe gatunki są używane do zastosowań o dużej objętości i umiarkowanych właściwościach, aby kontrolować cenę komponentów.

Ceny proszków metali MIM

Jako specjalistyczny materiał wymagający intensywnego przetwarzania, proszki MIM wymagają wyższej ceny niż standardowe proszki metali do zastosowań takich jak prasowanie metalurgii proszków i produkcja addytywna.

Tabela: Przykładowe zakresy cen dla popularnych proszków metali MIM

Aby zrównoważyć wyższe wydatki na proszek, MIM jest ukierunkowany na małe, złożone komponenty z ekonomiczną produkcją wielkoseryjną. Miniaturyzacja części i konsolidacja projektu również poprawiają strukturę kosztów.

Czynniki wpływające na ceny proszków MIM:

• Koszt stopu bazowego - najwyższe metale szlachetne, najniższe stopy towarowe
• Metoda produkcji - atomizacja wodna niższy koszt niż atomizacja gazowa
• Dodatkowe etapy badań przesiewowych i kontroli jakości
• Wielkość zakupów - ceny hurtowe umożliwiają rabaty ilościowe
• Dynamika rynku - wahania cen surowców i energii powodują zmienność cen.

Obsługa proszków metali MIM

Aby zapobiec zanieczyszczeniu i zachować charakterystykę przepływu, proszki MIM muszą być odpowiednio obsługiwane:

• Przechowywać zapieczętowane proszki w chłodnym, suchym i obojętnym środowisku, aby zminimalizować utlenianie.
• Unikaj bezpośredniego światła słonecznego lub promieniowania UV, aby zapobiec uszkodzeniom mikrostrukturalnym.
• Ostrożnie obchodzić się z pojemnikami i transportować je; używać uziemionego sprzętu, aby zapobiec gromadzeniu się ładunków elektrostatycznych.
• W miarę możliwości nalewanie i przenoszenie odbywa się w komorach rękawicowych z atmosferą obojętną.
• Przed użyciem należy dokładnie wymieszać pojemniki, aby rozdzielić cząstki i zapobiec ich segregacji.

Proszki, które przekroczą okres przydatności do użycia lub zostaną zanieczyszczone, nie mogą być używane jako surowiec, ponieważ pogorszą właściwości części. Należy zawsze przestrzegać zaleceń dostawcy dotyczących właściwego obchodzenia się z proszkiem.

Proszek metalowy MIM Dostawcy

Kilka dużych korporacji stało się liderami rynku, specjalizując się w produkcji proszków metali atomizowanych gazem na skalę wymaganą przez producentów surowców MIM. Do godnych uwagi dostawców proszków MIM należą:

Tabela: Główni światowi dostawcy specjalistycznych proszków metali MIM

Renomowani dostawcy wytwarzają proszki pod ścisłą kontrolą jakości i przeprowadzają szeroko zakrojone testy produktów, aby zapewnić spójność każdej partii. Typowe jest długoterminowe partnerstwo między producentem proszku a formulatorem surowca MIM.

Często zadawane pytania

Jaki jest najpopularniejszy proszek metalowy używany do produkcji materiałów MIM?

Koniem pociągowym MIM jest stal nierdzewna, stanowiąca ponad 50% rynku metali MIM. Najczęściej stosowanymi kompozycjami są stal nierdzewna 316L i stal nierdzewna 17-4PH utwardzana wydzieleniowo. Odporność na korozję i doskonałe właściwości mechaniczne sprawiają, że stal nierdzewna jest idealnym materiałem MIM w wielu zastosowaniach.

Dlaczego rozmiar cząstek proszku MIM jest tak mały w porównaniu do proszków metalowych do prasowania?

W przypadku formowania wtryskowego metali kluczową zaletą jest wytwarzanie bardzo złożonych, delikatnych kształtów, które nie są praktyczne w przypadku technik prasowania proszków. Aby wypełnić skomplikowane detale formy, potrzebne są ultradrobne proszki o wielkości 5-15 mikronów. Drobny proszek może łatwiej wpływać w mikroskopijne elementy formy. Mniejsze cząstki są również gęściej upakowane podczas wtrysku, co pozwala na wydajne ładowanie spoiwa.

Jak bardzo proszek metalowy MIM wpływa na właściwości gotowej części?

Charakterystyka proszku znacząco wpływa na takie właściwości jak wytrzymałość, twardość, udarność i odporność na korozję końcowego komponentu. Kontrola parametrów, takich jak rozkład wielkości cząstek, poziomy zanieczyszczeń, zawartość tlenu i skład chemiczny stopu, pozwala na optymalizację właściwości poprzez staranną specyfikację i kwalifikację proszku.

Dlaczego wysokie "natężenie przepływu w hali" jest ważne dla proszków MIM?

Natężenie przepływu Halla wykorzystuje znormalizowany sprzęt do pomiaru masowego natężenia przepływu proszku przez stożkowy lejek. Jest on skorelowany z łatwością podawania podczas formowania wtryskowego. Proszki podatne na zbrylanie lub siły spójności ograniczające przepływ będą miały niskie natężenie przepływu i będą powodować problemy z formowaniem, takie jak krótkie strzały, niepełne wypełnienie lub oddzielenie spoiwa. Dodatki upłynniające są czasami stosowane w celu zwiększenia szybkości przepływu.

Jak prawidłowo przechowywać proszek metalowy MIM?

Proszki MIM wymagają specjalistycznej obsługi, aby zapobiec pogorszeniu ich jakości przed użyciem w surowcu. Szczelnie zamknięte pojemniki powinny być przechowywane w chłodnej, suchej i obojętnej atmosferze, aby zminimalizować utlenianie i zanieczyszczenie. Podczas przechowywania i transportu należy unikać bezpośredniego światła słonecznego, nadmiernej wilgotności lub wysokich temperatur. Uziemić cały sprzęt do przenoszenia, aby zapobiec gromadzeniu się ładunków elektrostatycznych na powierzchni proszku. Należy zawsze przestrzegać zaleceń dostawcy proszku dotyczących właściwego przechowywania i obsługi.

Wnioski

Ultradrobne, sferyczne proszki metali przeznaczone do formowania wtryskowego metali służą jako podstawowy surowiec umożliwiający ten proces. Ich wyspecjalizowany skład, zakres rozmiarów, morfologia, struktura kosztów, wymagania dotyczące obsługi oraz wpływ na reologię surowca i końcową jakość części sprawiają, że są one wyjątkowe w porównaniu z innymi proszkami metalowymi.

Dzięki ciągłemu doskonaleniu procesu atomizacji, metodologii przesiewania i kontroli jakości, producenci proszków oferują rozwiązania dostosowane do każdego stopu, które równoważą wydajność i ekonomię. Wybierając gatunek proszku optymalny dla określonej geometrii komponentu, tolerancji i docelowych właściwości, producenci MIM mogą w pełni wykorzystać elastyczność procesu w obszarach takich jak złożone obudowy elektroniczne, instrumenty medyczne i wysokowydajne komponenty lotnicze.

Wraz ze wzrostem popularności, rozszerzaniem portfolio stopów i dojrzewaniem łańcuchów dostaw, proszki metali MIM będą napędzać dalsze innowacje w opracowywaniu precyzyjnych komponentów metalowych przy użyciu tej transformacyjnej metody produkcji.

poznaj więcej procesów druku 3D