Visão geral
Pós metálicos com tamanho de partícula suficientemente pequeno (<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.
Diferentes técnicas de preparação para pó MIM
Existem muitos métodos para preparar pós para moldagem por injeção de metal (MIM), incluindo atomização de gás, atomização de água, decomposição térmica e redução química.
Quando é necessário adicionar uma pequena quantidade de pó a uma liga ou preparar certas ligas específicas em uma mistura de pó, outros métodos de preparação de pó, como britagem/moagem mecânica, são normalmente utilizados. A cementação de pó de tungstênio puro para produzir pó de carboneto de tungstênio-é uma exceção. A Tabela 3.1 mostra os métodos de preparação e características dos pós MIM; outras técnicas de preparação de pó podem ser encontradas em outros lugares.
Classificar o tamanho das partículas e a distribuição do tamanho das partículas dos pós MIM é uma etapa importante na preparação do pó porque muitos pós MIM são retirados de lotes de pó com diferentes tamanhos de partículas; portanto, é essencial garantir a consistência do pó MIM em todos os lotes.
Tabela 3.1 Métodos de Preparação e Características de Pós MIM
| Método de preparação | Custo relativo | Exemplos de metal ou liga | Tamanho de partícula /μm | Forma de Partícula |
|---|---|---|---|---|
| Atomização de Gás | Alto | Aço inoxidável, superliga F75, MP35N, titânio, aditivos de liga mestre | 5 ~ 45 | Esférico |
| Atomização de Água | Médio | Igual à atomização a gás, exceto para titânio e ligas de ferro | 5 ~ 45 | Forma elíptica e irregular |
| Decomposição Térmica | Médio | Ferro, Níquel | 0.2 ~ 20 | Esférico,-em formato de agulha |
| Redução Química | Alto/Médio | Tungstênio, Molibdênio | 0.1 ~ 10 | Poligonal, esférico |
Atomização de gás
A atomização de gás é um método de preparação de pó fundindo metais ou ligas por indução ou outros métodos de aquecimento e depois atomizando o fundido através de um bico. Depois de sair do bocal, o metal ou liga fundido é impactado por um fluxo de gás de alta-velocidade, quebrando o fundido em gotículas finas. Essas gotículas solidificam em partículas esféricas durante a queda livre. O gás ejetado em alta-velocidade é normalmente nitrogênio, argônio ou nitrogênio; o ar também pode ser usado para formar certos pós especiais. Partículas atomizadas-de ar têm um alto grau de oxidação superficial; portanto, a atomização a ar não é recomendada para a maioria dos materiais de engenharia, especialmente aqueles cujos filmes de óxido são difíceis de remover durante a pós-sinterização. As gotículas atomizadas caem livremente dentro de um recipiente grande, solidificando-se assim antes de entrar em contato com as paredes do recipiente. Durante a atomização, se existir turbulência perto do bico, pequenas partículas sólidas podem reentrar no fundido atomizado, formando pequenas partículas de pó solidificadas na superfície da partícula. Estas partículas de pó irregulares interferem na densidade de empacotamento do pó e nas propriedades de fluxo subsequentes da alimentação MIM. Pós atomizados de ampla-tamanho-de distribuição podem ser produzidos por peneiração ou triagem a ar. Partículas superdimensionadas podem ser re{16}}atomizadas para produzir pós de-tamanho menor. A Figura 3.4 mostra uma imagem típica de microscópio eletrônico de varredura (MEV) de pó de aço inoxidável atomizado, que possui formato esférico, alta pureza superficial e alta densidade de empacotamento.
Atomização de Água
Os princípios da atomização da água e da atomização do gás são basicamente semelhantes. A diferença é que a água, em vez de gás, é usada para quebrar o metal fundido em partículas finas. Ele utiliza um jato de água de alta-pressão para impactar o fluxo do metal fundido, quebrando-o rapidamente e solidificando-o em pó. O fundido superaquecido, após ser atomizado por um jato de água de alta-pressão, produz um grande número de partículas esféricas finas. Portanto, usar a atomização de água para preparar pó metálico sob temperaturas superaquecidas e altas pressões de água é crucial para MIM (Moldagem por Injeção de Metal). Semelhante à atomização de gás, a classificação do tamanho das partículas do pó atomizado com água-é uma etapa importante na produção de pó MIM. A Figura 3.5 mostra uma imagem SEM típica de pó de aço inoxidável atomizado com água. Essas partículas têm formatos irregulares e, em comparação com a atomização a gás, a oxidação superficial das partículas de pó atomizadas com água-é mais severa. Partículas de formato irregular têm a vantagem de manter a forma durante o desengorduramento de peças moldadas-por injeção. A atomização com água tem uma eficiência de produção muito maior do que a atomização com gás, portanto, o custo de produção do pó atomizado com água é muito menor do que o do pó atomizado com gás.
Decomposição Térmica
A decomposição térmica é uma decomposição química causada pelo calor, comumente usada para produzir pós de níquel e ferro para moldagem por injeção de metal. Pós de tungstênio e cobalto também podem ser preparados usando esta tecnologia. Os pós produzidos por decomposição térmica possuem pureza superior a 99% e tamanho de partícula variando de 0,20 a 20 μm. Nesse processo, o metal reage com o monóxido de carbono sob alta pressão e temperatura para formar um metal à base de carbono-. Esse líquido-à base de carbono é purificado, resfriado e depois reaquecido sob a ação de um catalisador, fazendo com que o vapor se condense em pó. A Figura 3.6 mostra uma imagem SEM típica de pó de ferro à base de carbono decomposto termicamente. Esses pós normalmente contêm impurezas de carbono e devem ser reduzidos em hidrogênio antes do uso ou durante a sinterização, ou usados em cálculos como componente de liga para aços de baixa{13}liga. Se o pó for reduzido antes da moldagem por injeção de metal, as partículas devem ser moídas para eliminar a aglomeração porque elas se aglomeram durante a redução. Além disso, a actividade de sinterização destes pós reduzidos é inferior à dos pós não reduzidos porque as partículas finas são totalmente sinterizadas ou assimiladas por partículas maiores durante a redução.
Método de redução química
O método de redução química é um dos métodos de produção de pó mais antigos conhecidos. Este método primeiro purifica o óxido e depois usa um agente redutor como o carbono para reagir com ele para gerar monóxido de carbono ou dióxido de carbono para redução. O hidrogênio também pode ser usado para reduzir o óxido a um pó metálico. Para reduzir o tamanho das partículas, a reação de redução é realizada a uma temperatura relativamente baixa, mas a taxa de reação é baixa. O uso de temperaturas mais altas pode acelerar esse processo de reação, mas temperaturas mais altas podem causar ligação por difusão de partículas, que devem então ser removidas por moagem ou moagem até obter um tamanho de partícula suficientemente fino. Se as partículas não forem trituradas, o pó agregado não poderá ser carregado adequadamente no sistema aglutinante, resultando em alta viscosidade de alimentação e alimentação irregular durante a moldagem por injeção. A Figura 3.7 mostra uma imagem típica de SEM de pó de tungstênio produzido por redução química.
