Nowoczesne metody metalurgii proszków Dr inż. Hanna Smoleńska Materiały edukacyjne DO UŻYTKU WEWNĘTRZNEGO Część III
Metal injection moulding (MIM)- formowanie wtryskowe Metoda ta pozwala na wytwarzanie wyrobów: O zróżnicowanych wymiarach, zarówno dużych jak i małych O bardzo złożonych kształtach Z wykorzystaniem praktycznie dowolnych materiałów metali, ceramiki, kompozytów
Surowiec Kształt: sferyczny lub do niego zbliżony; wielkość: poniżej 20µm; bez skłonności do aglomeracji; o dużej zagęszczalności; nie tworzący toksycznych związków w kontakcie z lepiszczem Mieszanie Proszku z termoplastycznym lepiszczem MIM - proces wytwarzania Formowanie Mieszanina jest wtryskiwana do formy (podobnej do wtrysku tworzyw) i formowana jest tzw. zielona część Usuwanie lepiszcza Częściowe usunięcie lepiszcza tzw. brązowa część Spiekanie Usuwanie pozostałości polimerów lepiszcza; dyfuzja międzycząstkowa Gotowy wyrób Po spiekaniu części nie wymagają żadnych dodatkowych operacji
Zalety MIM Złożone kształty wyrobów ; większe możliwości niż przy odlewaniu precyzyjnym lub klasycznej technologii MP Niższe koszt; eliminacja procesów obróbki mechanicznej Wysoka dokładność wykonania; +/- 0.001~0.002" per inch. Wysoka gęstość; 97.5-99.5%. Wysokie własności mechaniczne; wytrzymałość, wydłużenie, twardość
Porównanie możliwości odlewania precyzyjnego i MIM Własności Min. Średnica otworu Max. Głębokośćślepego otworu o φ 2mm Min. grubośćścianki Max. grubośćścianki Tolerancja dla wymiaru 14mm Chropowatość powierzchni Ra odlewanie precyzyjne 2mm 2mm 2mm Bez ograniczeń +/- 0.2mm 5µm MIM 0.4mm 20mm <1mm 5mm +-0.06mm 4µm
MIM- typowe materiały Grupa Stop Opis Ciężkie stopy wolframu Stopy wolframu i miedzi Stale nierdzewne Cermetale Węgliki Materiały magnetycznie miękkie W-Ni-Fe W-Ni-Cu W-Cu Stale nierdzewne Weglikoazotki tytanu WC Ni-Fe wysoka gęstość (max 18.5g/cm 3 ), mały współczynnik rozszerzalności, duża sztywność. Zastosowanie: wyposażenie wojskowe, wagi balansowe, osłony radiologiczne. Wysoka przewodność cieplna, niska odkształcalność, duża odporność na zużycie, znakomita przewodność elektryczna. Odporność na korozję. Narzędzia medyczne, części zegarków, części samochodowe. Wysoka odporność na zużycie, korozję i utlenianie. Wysoka odporność na zużycie i obciążenia dynamiczne, wysoka wytrzymałość i twardość. Niskostratne materiały magnetyczne o wysokiej przenikalności.
Materiały o kontrolowanym wydłużeniu i materiały uszczelniające Ni-Cu Jednorodne materiały o niskiej rozszerzalności cieplnej. Złożone materiały wysokiej gęstości W-Nylon Wysoka gęstość (zbliżona do gęstości ołowiu 11.0 g/cc); nietoksyczne. Zastępują Pb w wagach i osłonach radiacyjnych.
Zastosowanie w rozwiązaniach gdzie wymaga się złożonego kształtu i wysokich własności (wytrzymałość, przenikalność magnetyczna, odporność na wysokie temperatury i korozję, przewodność cieplna) a polimery oraz lekkie stopy nie mogą zapewnić wymogów. Przeciwwagi Elementy mikroelektroniczne Sensory i rozruszniki samochodowe Narzędzia ręczne Elementy rozpraszające ciepło w komputerach Narzędzia wiertnicze Kije golfowe Łączniki elektryczne Implanty biomedyczne Elementy samolotów oraz silników
Przykłady
CIM - ceramic injection moulding Mrówka i kapilara Igła i klin CIM wykorzystuje proszki, kształtowanie wtryskowe i spiekanie dla uzyskania wyrobów o skomplikowanych kształtach wykonanych z materiałów o bardzo wysokiej twardości. Możliwe jest również otrzymywanie wyrobów z różnych materiałów i uniknięcie procesu ich łączenia.
Proces CIM HIP Proszek (ważny kształt i wielkość cząstek) jest mieszany z lepiszczem Automatyczny wtrysk do formy (wysoka dokładność i odporność na zużycie elementów) Usuwanie lepiszcza przez odparowa nie i reakcje egzoter miczne Automatyczny system badań jakości wyrobu w czasie rzeczywistym