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:

Материал	Основные свойства	Приложения
Нержавеющие стали	Коррозионная стойкость, прочность	Медицина, автомобилестроение, потребительские товары
Инструментальные стали	Высокая твердость, износостойкость	Режущий инструмент, штампы, зубчатые колеса
Низколегированные стали	Магнитные свойства, обрабатываемость	Электромеханические компоненты
Титановые сплавы	Высокое соотношение прочности и массы	Аэрокосмическая, военная, биомедицинская промышленность
Вольфрамовые тяжелые сплавы	Плотность, демпфирование вибраций	Автомобили, спортивное оборудование
Суперсплавы	Высокотемпературная прочность	Компоненты турбин и ракет

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:

Сплав	Состав	Свойства	Приложения
Нержавеющая сталь 316L	Cr, Ni, Mo	Отличная коррозионная стойкость	Медицина, контакт с пищевыми продуктами
Нержавеющая сталь 17-4PH	Cr, Ni, Cu	Высокая прочность, твердость	Аэрокосмические компоненты
Инструментальная сталь H13	Cr, Mo, V	Горячая твердость, сопротивление термической усталости	Литье под давлением
Мартенситно-стареющая сталь	Ni, Co, Mo, Ti	Сверхвысокая прочность	Аэрокосмическая промышленность, оснастка
Легированная сталь	Cr, Mo, C	Термообрабатываемые, магнитные	Конструктивные части
Никелевый сплав 718	Ni, Fe, Nb, Mo	Высокотемпературная прочность	Аэрокосмическая промышленность
Титан Ti-6Al-4V	Ti, Al, V	Легкость, биосовместимость	Медицинские имплантаты
Тяжелый сплав вольфрама	W, Ni, Fe	Высокая плотность, радиационная защита	Военное дело, автоспорт

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

Параметр	Распыляемые порошки	Механически измельченные порошки
Форма частиц	Сферическая	Неровные, угловатые
Диапазон размеров	1 - 20 мкм	10 - 100+ мкм
Распределение по размерам	Очень узкий	Широкий
Плотность отвода	Более высокие ~3-4 г/куб.см	Нижний ~2-3 г/куб.см
Расход	Отличный	Умеренный
Чистота	Высокая	Нижний
Стоимость	Выше	Нижний
Доступные сплавы	Большинство стандартных и специальных сплавов	Ограниченные сплавы
Приложения	Большинство компонентов MIM	Более крупные, менее ответственные детали 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

Параметр	Порошок MIM	Порошок для аддитивного производства	Прессование и спекание порошка
Сплавы	Широкий спектр нержавеющих, инструментальных сталей, титановых сплавов	Ограниченные сплавы, такие как 17-4PH, Ti-6Al-4V, CoCr	Низколегированные и нержавеющие стали
Форма частиц	Преимущественно сферические	Высокая сферичность	Нерегулярный допустимый
Диапазон размеров	1-20 мкм	15-45 мкм	До 150 мкм
Распределение по размерам	Очень узкий	Узкий	Более широкая приемлемость
Чистота	Средний и высокий уровень	Высокая	Средний
Стоимость	Средний	Высокая	Низкий
Типовой метод производства	Распыление газа или воды	Газовое или плазменное распыление	Распыление воды, механическое фрезерование

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