ما هو مسحوق صب حقن المعادن؟

تحضير المسحوق لقولبة حقن المعادن

ملخص

مساحيق معدنية ذات حجم جسيمات صغير بما فيه الكفاية (<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.

تقنيات تحضير مختلفة لمسحوق MIM

هناك العديد من الطرق لتحضير المساحيق لقولبة حقن المعادن (MIM)، بما في ذلك ترذيذ الغاز، وتذرية الماء، والتحلل الحراري، والاختزال الكيميائي.

عندما يكون من الضروري إضافة كمية صغيرة من المسحوق إلى سبيكة أو تحضير سبائك محددة معينة في خليط مسحوق، عادةً ما يتم استخدام طرق تحضير المسحوق الأخرى، مثل التكسير/الطحن الميكانيكي. تعتبر عملية كربنة مسحوق التنغستن النقي لإنتاج مسحوق درجة كربيد التنغستن - استثناءً. ويبين الجدول 3.1 طرق تحضير وخصائص مساحيق MIM؛ يمكن العثور على تقنيات أخرى لإعداد المسحوق في مكان آخر.

يعد تصنيف حجم الجسيمات وتوزيع حجم الجسيمات لمساحيق MIM خطوة مهمة في تحضير المسحوق لأن العديد من مساحيق MIM مأخوذة من دفعات من المسحوق بأحجام جزيئات مختلفة؛ ولذلك، فمن الضروري ضمان اتساق مسحوق MIM عبر دفعات.

الجدول 3.1 طرق تحضير وخصائص مساحيق MIM

الانحلال الغازي

ترذيذ الغاز هو طريقة لتحضير المسحوق عن طريق صهر المعادن أو السبائك من خلال الحث أو طرق التسخين الأخرى ثم تفتيت الذوبان من خلال فوهة. بعد مغادرة الفوهة، يتأثر المعدن المنصهر أو السبائك بتدفق غاز عالي السرعة-، مما يؤدي إلى تكسير المادة المنصهرة إلى قطرات دقيقة. تتصلب هذه القطرات إلى جزيئات كروية أثناء السقوط الحر. عادةً ما يكون الغاز المطرود ذو السرعة العالية- عبارة عن نيتروجين، أو أرجون، أو نيتروجين؛ يمكن أيضًا استخدام الهواء لتكوين مساحيق خاصة معينة. تتمتع جزيئات الهواء -بدرجة عالية من الأكسدة السطحية؛ لذلك، لا يوصى بتذرية الهواء لمعظم المواد الهندسية، خاصة تلك التي يصعب إزالة أغشية الأكسيد منها أثناء عملية التلبيد اللاحقة-. تسقط القطرات المتناثرة بحرية داخل حاوية كبيرة، وبالتالي تتصلب قبل ملامسة جدران الحاوية. أثناء عملية الانحلال، في حالة وجود اضطراب بالقرب من الفوهة، يمكن للجزيئات الصلبة الصغيرة{10}}الدخول مرة أخرى إلى الذوبان الذري، وتشكل جزيئات مسحوق صغيرة صلبة على سطح الجسيم. تتداخل جزيئات المسحوق غير المنتظمة مع كثافة تعبئة المسحوق وخصائص التدفق اللاحقة لتغذية MIM. يمكن إنتاج المساحيق المتناثرة ذات الحجم الواسع-التوزيع-عن طريق الغربلة أو الفرز بالهواء. يمكن إعادة تفتيت الجزيئات كبيرة الحجم-لإنتاج مساحيق أصغر-. يوضح الشكل 3.4 صورة نموذجية بالمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لمسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ المذرى، والذي له شكل كروي، ونقاء سطحي عالي، وكثافة تعبئة عالية.

ذرات الماء

مبادئ انحلال الماء وتذرية الغاز متشابهة بشكل أساسي. والفرق هو أن الماء، بدلا من الغاز، يستخدم لتكسير المعدن المنصهر إلى جزيئات دقيقة. فهو يستخدم نفثًا مائيًا عالي الضغط- للتأثير على تدفق المعدن المنصهر، مما يؤدي إلى تكسيره بسرعة وتصلبه إلى مسحوق. ينتج عن الذوبان شديد السخونة، بعد تفتيته بواسطة نفث ماء عالي الضغط-، عددًا كبيرًا من الجزيئات الكروية الدقيقة. لذلك، يعد استخدام رذاذ الماء لتحضير المسحوق المعدني تحت درجات حرارة شديدة الحرارة وضغوط مياه عالية أمرًا بالغ الأهمية بالنسبة لـ MIM (قولبة حقن المعادن). على غرار ترذيذ الغاز، يعد تصنيف حجم جسيمات الماء-المسحوق المذرى خطوة مهمة في إنتاج مسحوق MIM. يوضح الشكل 3.5 صورة SEM نموذجية لمسحوق الفولاذ المقاوم للصدأ{10}}الماء. هذه الجسيمات لها أشكال غير منتظمة، وبالمقارنة مع رذاذ الغاز، فإن الأكسدة السطحية لجزيئات المسحوق المذرية -الماء تكون أكثر شدة. تتميز الجسيمات ذات الأشكال غير المنتظمة بميزة الحفاظ على الشكل أثناء إزالة الشحوم من الأجزاء المصبوبة بالحقن-. يتمتع ترذيذ الماء بكفاءة إنتاجية أعلى بكثير من ترذيذ الغاز، وبالتالي، فإن تكلفة إنتاج المسحوق المذرى -الماء أقل بكثير من تكلفة إنتاج المسحوق المذرى بالغاز-.

التحلل الحراري

التحلل الحراري هو تحلل كيميائي ناتج عن الحرارة، ويستخدم عادة لإنتاج مساحيق النيكل والحديد لقولبة حقن المعادن. ويمكن أيضًا تحضير مساحيق التنغستن والكوبالت باستخدام هذه التقنية. تتمتع المساحيق المنتجة بالتحلل الحراري بنقاء أكبر من 99% وحجم جسيمات يتراوح من 0.20 إلى 20 ميكرومتر. في هذه العملية، يتفاعل المعدن مع أول أكسيد الكربون تحت ضغط ودرجة حرارة مرتفعين لتكوين معدن قائم على الكربون-. تتم تنقية هذا السائل المعتمد على الكربون-، وتبريده، ثم إعادة تسخينه تحت تأثير المحفز، مما يؤدي إلى تكثيف البخار إلى مسحوق. يوضح الشكل 3.6 صورة SEM نموذجية لمسحوق الحديد المعتمد على الكربون- والمتحلل حراريًا. تحتوي هذه المساحيق عادةً على شوائب كربون ويجب تقليل الهيدروجين قبل الاستخدام أو أثناء التلبيد، أو استخدامها في العمليات الحسابية كمكون لصناعة السبائك للصلب المنخفض-. إذا تم تقليل المسحوق قبل قولبة حقن المعدن، فيجب طحن الجزيئات لإزالة التكتل لأنها تتجمع معًا أثناء التخفيض. علاوة على ذلك، فإن نشاط التلبيد لهذه المساحيق المختزلة يكون أقل من نشاط المساحيق غير المختزلة لأن الجزيئات الدقيقة يتم تلبيدها بالكامل أو استيعابها بواسطة جزيئات أكبر أثناء الاختزال.

طريقة التخفيض الكيميائي

تعد طريقة الاختزال الكيميائي إحدى أقدم طرق إنتاج المسحوق المعروفة. تقوم هذه الطريقة أولاً بتنقية الأكسيد، ثم تستخدم عامل اختزال مثل الكربون للتفاعل معه لتوليد أول أكسيد الكربون أو ثاني أكسيد الكربون للاختزال. يمكن أيضًا استخدام الهيدروجين لاختزال الأكسيد إلى مسحوق معدني. لتقليل حجم الجسيمات، يتم إجراء تفاعل الاختزال عند درجة حرارة منخفضة نسبيًا، ولكن معدل التفاعل منخفض. يمكن أن يؤدي استخدام درجات حرارة أعلى إلى تسريع عملية التفاعل هذه، ولكن درجات الحرارة المرتفعة يمكن أن تسبب ترابطًا منتشرًا للجسيمات، والتي يجب بعد ذلك إزالتها عن طريق الطحن أو الطحن إلى حجم جسيمات ناعم بما فيه الكفاية. إذا لم يتم سحق الجسيمات، لا يمكن تحميل المسحوق المجمع بشكل صحيح في نظام الرابط، مما يؤدي إلى لزوجة تغذية عالية وتغذية غير متساوية أثناء قولبة الحقن. يوضح الشكل 3.7 صورة SEM نموذجية لمسحوق التنجستن الناتج عن طريق الاختزال الكيميائي.