понимание MIM Металлический порошок

MIM Metal Powder (MIM) - это эффективный производственный процесс, сочетающий в себе конструктивную гибкость литья пластмасс под давлением с прочностью и свойствами обработанных металлических деталей. Основным материалом для MIM является металлический порошок, специально разработанный для этого процесса. В данном руководстве представлен полный обзор металлического порошка MIM, включая состав, производство, свойства, области применения и многое другое.

Обзор Металлический порошок MIM

Металлический порошок MIM относится к мелкодисперсным металлическим порошкам, используемым в качестве сырья для процесса литья металлов под давлением. Это смесь мелкодисперсного металлического порошка и связующего вещества, которая впрыскивается в пресс-формы для формирования зеленых деталей сложной сетчатой формы.

Основные характеристики порошка MIM включают:

• Сверхтонкий сферический порошок размером 10-20 мкм
• Загрузка порошка 55-65% по объему в связующее
• Отличная текучесть для заполнения пресс-форм
• Постоянный гранулометрический состав
• Составы сплавов, оптимизированные для MIM
• Широкий выбор материалов, таких как стали, нержавеющие стали, титановые сплавы, тяжелые сплавы вольфрама и т.д.
• Экономически эффективное производство сложных металлических деталей с малыми допусками

Объем мирового рынка MIM-порошков в 2020 году составил более $350 млн. По прогнозам, отрасль будет стабильно расти с темпами CAGR более 8%, что обусловлено спросом в различных секторах экономики.

Виды металлических порошков для MIM

В качестве сырья для MIM используются различные составы металлических порошков. Наиболее распространенными являются:

Выбор подходящих порошковых металлических сплавов позволяет изготавливать детали со свойствами, соответствующими конкретным задачам.

Производство металлического порошка MIM

Для получения тонких металлических порошков, используемых в качестве сырья для MIM, в коммерческой практике применяется несколько методов:

Газовая атомизация - Высокоскоростные струи инертного газа разбивают тонкую струю расплавленного металла на мелкие капли, которые застывают в сферические порошки, идеально подходящие для MIM. Обычно применяется для сталей, суперсплавов и цветных сплавов.

Распыление воды - Аналогично газовому распылению, но при меньшей скорости охлаждения получаются порошки более неправильной формы, пригодные для некоторых применений. Более дешевый процесс, применяемый для таких распространенных сплавов, как железо, медь.

Плазменное распыление - Высокотемпературная плазменная дуга используется для получения более тонких сферических порошков из реакционноспособных сплавов, таких как титан, ниобий и тантал.

Механическая убыль - Шаровой помол используется для уменьшения размеров частиц металлопорошковых смесей до диапазона MIM. Эффективный сухой процесс.

Карбонильный процесс - Карбонилы железа и никеля разлагаются с получением высокочистых сферических порошков с размером частиц 1-5 мкм.

Метод изготовления порошка контролирует такие конечные характеристики порошка, как текучесть, плотность ленты и содержание примесей.

Свойства Металлический порошок MIM

К основным свойствам исходного порошка MIM относятся:

Размер частиц - От 1 до 20 микрон, обычно около 10 микрон для оптимального заполнения. Высокая производительность в этом диапазоне.

Форма частиц - Преимущественно сферическая морфология обеспечивает плавную подачу в сложные формы. Допускается некоторая неравномерность.

Распределение частиц по размерам - Узкое распределение способствует равномерному спеканию. Обычно 80-90% частиц в диапазоне 10 +/- 5 мкм.

Плотность отвода - Указывает на конечную плотность детали. Для получения высоких механических свойств требуется более высокая плотность отвода свыше 3 г/куб. см.

Расход - Измеряется в секундах/50 г. Критически важен для плавного заполнения формы без зазоров. Желательно менее 40 с/50 г.

Кажущаяся плотность - В исходном сырье обычно 40-50% от конечной плотности спекания, указывающей на фракцию загрузки порошка.

Пикнометрическая плотность - Фактическая плотность частиц твердого сплава. Совпадение с плотностью конечной детали указывает на ее чистоту.

Удельная площадь поверхности - Высокие значения указывают на более мелкий гранулометрический состав, необходимый для MIM. Диапазон от 0,1 до 1 м2/г.

Варианты сплавов для металлических порошков MIM

В качестве исходного сырья для MIM-порошков предлагается широкий спектр сплавов, в том числе:

Благодаря широкому выбору сплавов MIM обеспечивает гибкость в достижении требуемых свойств и характеристик материала.

Области применения металлических порошков MIM

К основным областям применения технологии MIM и порошкового сырья относятся:

Медицинские и стоматологические имплантаты

MIM идеально подходит для крупносерийного производства небольших сложных компонентов имплантатов из нержавеющей стали и титана, таких как суставы, фиксирующие винты, инструменты. Обеспечивает биосовместимость, коррозионную стойкость, прочность и точность изготовления.

Автомобильные компоненты

Мелкие прецизионные детали, такие как роторы турбокомпрессоров, форсунки инжекторов, крышки блокировки клапанов, изготовленные компанией MIM, обеспечивают высокие эксплуатационные характеристики современных двигателей и трансмиссий.

Потребительская электроника

Миниатюрные детали, такие как часовые шестеренки, декоративная фурнитура, соединительные штифты и т.д., изготавливаются методом MIM из нержавеющих сталей, медных сплавов и инструментальных сталей.

Аэрокосмическая и оборонная промышленность

Легкие и высокопрочные компоненты MIM из сплавов Ti и Ni позволяют снизить вес турбин и авиационных рам. Вольфрамовые сплавы обеспечивают защиту от радиации в космической и оборонной промышленности.

Огнестрельное оружие

Небольшие сложные детали огнестрельного оружия, такие как спусковые крючки, молотки, предохранители, эжекторы, могут быть изготовлены по технологии MIM в больших объемах из нержавеющих сталей и сплавов инструментальной стали.

Часовая промышленность

MIM позволяет экономично производить корпуса, браслеты, пряжки и миниатюрные подвижные компоненты, такие как шестеренки и пружины, из нержавеющей стали сложной формы.

Благодаря гибкости конструкции MIM продолжает находить применение в самых разных отраслях - от потребительских товаров до важнейших промышленных компонентов.

Как выбрать Металлический порошок MIM

Основные соображения при выборе порошка для MIM-сырья:

• Состав сплава - Подбор порошкового сплава в соответствии с требованиями конечного применения, такими как коррозионная стойкость, прочность, износостойкость и т.д.
• Размер и форма частиц - Предпочтительна сферическая морфология с узким распределением около 10 мкм для оптимальной текучести и упаковки.
• Чистота порошка - Высокая чистота выше 99% необходима для специализированных применений, например, в медицине, чтобы избежать загрязнения.
• Плотность отвода - Повышенная плотность свыше 3 г/куб. см улучшает заполнение формы и плотность конечной детали после спекания.
• Загрузка порошка - Типичное содержание связующего в пределах 30-50 об%. Влияет на вязкость и прочность формованного зеленого материала.
• Производитель порошков - Авторитетные производители порошков, такие как Sandvik, BASF и Kymera, с проверенными технологическими процессами.
• Согласованность между участками - Постоянные свойства сырья позволяют поддерживать стабильные параметры формования в течение длительных производственных циклов.
• Техническая поддержка - Подробные данные по применению и помощь поставщика порошка при проведении опытно-конструкторских работ.

Ведущие мировые поставщики, такие как Sandvik Osprey, BASF Ultraform, Kymera International и Epson Atmix, сотрудничают с конечными пользователями при разработке деталей и технологических процессов для достижения оптимальных результатов.

Сравнение атомизированных и измельченных порошков MIM

Распыляемые порошки позволяют создавать более сложные и высокопроизводительные MIM-компоненты. Фрезерованные порошки обеспечивают экономию средств для некоторых применений.

Установка для производства порошка MIM

Основные этапы монтажа установки по производству MIM-порошков:

• Выбор площадки - Достаточная площадь, наличие инженерных коммуникаций, обработка отходов, подъездные пути и погрузочные площадки.
• Здание и расположение - Проектирование планировки предприятия с учетом материальных и людских потоков, безопасности, производственных зон, будущего расширения.
• Коммунальные соединения - Электропитание высокой мощности, очищенная вода, магистрали сжатого воздуха, жидкий азот.
• Фундаменты машин - Прочные железобетонные фундаменты для распылителей, мельниц, печей. Гашение вибрации.
• Установка оборудования - Настройка перчаточных боксов, распылителей, сит, конвейеров, бункеров, систем управления в соответствии с инструкциями поставщика.
• Вспомогательные системы - Трубопроводы, вентиляция, фильтрация воздуха, пожарная безопасность, обработка материалов, очистка сточных вод.
• Системы управления - Установка датчиков, исполнительных механизмов, программируемых терминалов. Интегрировать и программировать системы управления технологическими процессами.
• Ввод в эксплуатацию - Тестовое производство для проверки качества порошка, безопасности, соответствия экологическим нормам перед началом полномасштабного производства.

Установка порошковых установок MIM требует тщательного планирования и внимания к инженерным коммуникациям, системам управления, безопасности и нормативным требованиям.

Эксплуатация и обслуживание оборудования для производства порошков MIM

Надежная работа оборудования для производства MIM-порошков требует:

• Профилактическое обслуживание - Запланируйте периодическое обслуживание распылителей, печей, мельниц, конвейеров в соответствии с рекомендациями производителя оборудования.
• Мониторинг оборудования - Непрерывный мониторинг таких параметров процесса, как расход, давление, температура, потребляемая мощность.
• Инспекции - Ежедневный визуальный осмотр на предмет утечек, ненормальных шумов и вибраций, проблем с безопасностью.
• Услуги и ремонт - Запланировать ежегодные сервисные контракты для генераторов азота, чиллеров, электрических систем.
• Запасные части - Для минимизации времени простоя необходимо иметь запас запасных частей, таких как нагревательные элементы, двигатели, подшипники.
• Журналы учета оборудования - Ведение журналов учета производственных показателей, ремонтов, поломок для оптимизации использования оборудования.
• Уборка помещений - Ежедневная уборка для поддержания чистоты и порядка в оборудовании и предотвращения риска воспламенения в зонах обработки порошка.
• Обучение персонала - Проведение практических занятий с оборудованием для повышения эффективности работы и совершенствования навыков поиска и устранения неисправностей.

При правильном техническом обслуживании оборудование для производства порошка MIM может обеспечивать надежное и безопасное производство в течение многих лет.

Как выбрать поставщика MIM-порошка

Ключевые факторы при выборе поставщика MIM-порошка:

• Техническая экспертиза в порошках - Опыт оптимизации характеристик порошка и рецептуры связующего для MIM.
• Ассортимент сплавов - Наличие широкого спектра сплавов - от нержавеющих сталей до титана, инструментальных сталей и т.д.
• Системы качества - Сертификация по стандарту ISO 9001. Внутренний контроль качества характеристик порошка.
• Последовательность - Свойства порошка остаются неизменными от партии к партии, что обеспечивает стабильность процесса формования.
• Компетенция в области НИОКР - Непрерывные исследования по разработке новых специализированных сплавов и связующих для ответственных применений.
• Обслуживание клиентов - Оперативная техническая и торговая поддержка. Помощь на месте при испытаниях и вводе в эксплуатацию.
• Возможности логистики - Системы, обеспечивающие эффективную и своевременную доставку порошка по регионам.

В число ведущих мировых поставщиков входят Sandvik Osprey, BASF, Kymera International и Epson Atmix, которые уделяют большое внимание технологии MIM-порошков.

Плюсы и минусы MIM-порошка

Плюсы

• Сложные детали, имеющие форму сетки, в больших объемах при низких затратах
• Широкий спектр сплавов, включая труднообрабатываемые металлы
• Хорошие механические свойства, близкие к деформируемым материалам
• Высокая точность и повторяемость
• Минимальные потери брака по сравнению с механической обработкой
• Для спеченных деталей требуется ограниченная чистовая обработка
• Экологически чистый процесс с меньшим количеством отходов по сравнению с механической обработкой

Cons

• Повышение стоимости деталей при снижении объемов производства
• Размер ограничен небольшими компонентами, обычно не более 500 г.
• Ограничение на сплавы, доступные в виде порошковых смесей для MIM
• Спеченные детали обладают меньшей пластичностью, чем деформируемые металлы
• Необходимы специализированное оборудование и опыт
• Дополнительные этапы шлифовки и спекания

Порошок MIM в сравнении с металлическими порошками для других применений

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

Вопрос: Каково типичное распределение порошка MIM по размерам?

О: Около 80-90% частиц порошка MIM находятся в пределах 10 +/- 5 микрон, что обеспечивает оптимальную плотность упаковки и текучесть.

Вопрос: Какие факторы влияют на загрузку порошка в связующее?

О: Ключевыми факторами, определяющими загрузку порошка %, являются гранулометрический состав, форма, плотность ленты и взаимодействие порошка со связующим.

Вопрос: Какова высокотемпературная прочность MIM-деталей по сравнению с деформируемыми сплавами?

О: При оптимальном спекании MIM-детали из таких сплавов, как нержавеющая сталь 316L и 17-4PH, достигают прочности при деформации более 90%.

Вопрос: Что является причиной дефектов неполного заполнения пресс-формы в MIM?

О: Неправильная загрузка порошка, широкое распределение частиц, плохая текучесть порошка и низкая скорость впрыска могут стать причиной дефектов заполнения.

Вопрос: Чем MIM отличается от литья пластмасс под давлением с точки зрения давления формования?

О: Давление впрыска MIM-изделий находится в диапазоне 70-140 МПа, что выше, чем обычное давление при литье пластмасс, составляющее 15-60 МПа.

Вопрос: Какие меры предосторожности необходимо соблюдать при работе с порошками MIM?

Ответ: Порошки MIM могут быть легковоспламеняющимися. Используйте перчаточные боксы с инертным газом, избегайте источников искр, заземляйте оборудование и используйте пылеудаление.

Заключение

MIM продолжает набирать популярность как технология изготовления деталей практически чистой формы для производства высокоэффективных сложных металлических деталей при низких затратах и больших объемах. Порошки MIM представляют собой критически важное сырье, специально разработанное для этого процесса с помощью передовых методов порошковой металлургии. Благодаря расширению спектра сплавов и улучшению качества порошков, внедрение MIM будет продолжать расти во всех отраслях промышленности, чтобы заменить механическую обработку и литье компонентов с улучшением стоимости и сроков изготовления.

узнать больше о процессах 3D-печати