Aperçu
Poudres métalliques avec une taille de particules suffisamment petite (<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.
Différentes techniques de préparation de la poudre MIM
Il existe de nombreuses méthodes de préparation de poudres pour le moulage par injection de métal (MIM), notamment l'atomisation de gaz, l'atomisation d'eau, la décomposition thermique et la réduction chimique.
Lorsqu'il est nécessaire d'ajouter une petite quantité de poudre à un alliage ou de préparer certains alliages spécifiques dans un mélange de poudres, d'autres méthodes de préparation de poudre, telles que le concassage/broyage mécanique, sont généralement utilisées. La carburation de poudre de tungstène pure pour produire de la poudre de carbure de tungstène-est une exception. Le tableau 3.1 présente les méthodes de préparation et les caractéristiques des poudres MIM ; d'autres techniques de préparation de poudre peuvent être trouvées ailleurs.
La classification de la granulométrie et de la distribution granulométrique des poudres MIM est une étape importante dans la préparation des poudres car de nombreuses poudres MIM sont extraites de lots de poudre de granulométries différentes ; par conséquent, il est essentiel de garantir la cohérence de la poudre MIM d’un lot à l’autre.
Tableau 3.1 Méthodes de préparation et caractéristiques des poudres MIM
| Méthode de préparation | Coût relatif | Exemples de métaux ou d'alliages | Taille des particules /μm | Forme des particules |
|---|---|---|---|---|
| Atomisation de gaz | Haut | Acier inoxydable, superalliage F75, MP35N, titane, additifs d'alliage maître | 5 ~ 45 | Sphérique |
| Atomisation de l'eau | Moyen | Identique à l'atomisation au gaz, sauf pour les alliages de titane et de fer | 5 ~ 45 | Forme elliptique et irrégulière |
| Décomposition thermique | Moyen | Fer, Nickel | 0.2 ~ 20 | Sphérique, en forme d'aiguille- |
| Réduction chimique | Élevé/Moyen | Tungstène, Molybdène | 0.1 ~ 10 | Polygonale, sphérique |
Atomisation de gaz
L'atomisation de gaz est une méthode de préparation de poudre en faisant fondre des métaux ou des alliages par induction ou d'autres méthodes de chauffage, puis en atomisant la masse fondue à travers une buse. Après avoir quitté la buse, le métal ou l'alliage en fusion est impacté par un flux de gaz à grande vitesse-, brisant la matière fondue en fines gouttelettes. Ces gouttelettes se solidifient en particules sphériques lors de la chute libre. Le gaz éjecté à grande vitesse-est généralement de l'azote, de l'argon ou de l'azote ; l'air peut également être utilisé pour former certaines poudres spéciales. Les particules atomisées à l'air-ont un degré élevé d'oxydation de surface ; par conséquent, l'atomisation à l'air n'est pas recommandée pour la plupart des matériaux techniques, en particulier ceux pour lesquels les films d'oxyde sont difficiles à éliminer lors du post-frittage. Les gouttelettes atomisées tombent librement dans un grand récipient, se solidifiant ainsi avant d'entrer en contact avec les parois du récipient. Pendant l'atomisation, s'il y a des turbulences près de la buse, de petites particules solides peuvent réintégrer la masse fondue atomisée, formant de petites particules de poudre solidifiées à la surface des particules. Ces particules de poudre irrégulières interfèrent avec la densité de tassement de la poudre et les propriétés d'écoulement ultérieures de l'alimentation MIM. Des poudres atomisées à large -taille-distribution peuvent être produites par tamisage ou tri à l'air. Les particules surdimensionnées peuvent être réatomisées-pour produire des poudres de plus petite taille-. La figure 3.4 montre une image typique au microscope électronique à balayage (MEB) d'une poudre d'acier inoxydable atomisée, qui a une forme sphérique, une pureté de surface élevée et une densité de tassement élevée.
Atomisation de l'eau
Les principes de l’atomisation de l’eau et de l’atomisation du gaz sont fondamentalement similaires. La différence est que l’eau, au lieu du gaz, est utilisée pour décomposer le métal fondu en fines particules. Il utilise un jet d'eau à haute-pression pour impacter le flux de métal fondu, le décomposant rapidement et le solidifiant en poudre. La matière fondue surchauffée, après avoir été atomisée par un jet d'eau à haute -pression, produit un grand nombre de fines particules sphériques. Par conséquent, l’utilisation de l’atomisation d’eau pour préparer de la poudre métallique à des températures surchauffées et à des pressions d’eau élevées est cruciale pour le MIM (moulage par injection de métal). Semblable à l'atomisation de gaz, la classification granulométrique de la poudre atomisée à l'eau-est une étape importante dans la production de poudre MIM. La figure 3.5 montre une image MEB typique d'une poudre d'acier inoxydable atomisée à l'eau-. Ces particules ont des formes irrégulières et, comparée à l'atomisation au gaz, l'oxydation de surface des particules de poudre atomisées à l'eau est plus sévère. Les particules de forme irrégulière ont l'avantage de conserver leur forme lors du dégraissage des pièces moulées par injection-. L'atomisation de l'eau a une efficacité de production beaucoup plus élevée que l'atomisation du gaz, par conséquent, le coût de production de la poudre atomisée à l'eau - est bien inférieur à celui de la poudre atomisée au gaz -.
Décomposition thermique
La décomposition thermique est une décomposition chimique provoquée par la chaleur, couramment utilisée pour produire des poudres de nickel et de fer destinées au moulage par injection de métal. Des poudres de tungstène et de cobalt peuvent également être préparées grâce à cette technologie. Les poudres produites par décomposition thermique ont une pureté supérieure à 99 % et une granulométrie allant de 0,20 à 20 µm. Dans ce processus, le métal réagit avec le monoxyde de carbone sous haute pression et température pour former un métal à base de carbone-. Ce liquide à base de carbone-est purifié, refroidi puis réchauffé sous l'action d'un catalyseur, provoquant la condensation de la vapeur en poudre. La figure 3.6 montre une image SEM typique d'une poudre de fer à base de carbone - décomposée thermiquement. Ces poudres contiennent généralement des impuretés de carbone et doivent être réduites en hydrogène avant utilisation ou pendant le frittage, ou utilisées dans les calculs comme composant d'alliage pour l'acier faiblement allié. Si la poudre est réduite avant le moulage par injection de métal, les particules doivent être broyées pour éliminer l'agglomération car elles s'agglutinent lors de la réduction. De plus, l'activité de frittage de ces poudres réduites est inférieure à celle des poudres non réduites car les fines particules sont entièrement frittées ou assimilées par des particules plus grosses lors de la réduction.
Méthode de réduction chimique
La méthode de réduction chimique est l’une des plus anciennes méthodes connues de production de poudre. Cette méthode purifie d'abord l'oxyde, puis utilise un agent réducteur tel que le carbone pour réagir avec lui afin de générer du monoxyde de carbone ou du dioxyde de carbone pour la réduction. L'hydrogène peut également être utilisé pour réduire l'oxyde en poudre métallique. Pour réduire la taille des particules, la réaction de réduction est effectuée à une température relativement basse, mais la vitesse de réaction est faible. L'utilisation de températures plus élevées peut accélérer ce processus de réaction, mais des températures plus élevées peuvent provoquer une liaison par diffusion des particules, qui doivent ensuite être éliminées par broyage ou broyage jusqu'à obtenir une taille de particule suffisamment fine. Si les particules ne sont pas broyées, la poudre agrégée ne peut pas être correctement chargée dans le système de liant, ce qui entraîne une viscosité élevée et une alimentation inégale lors du moulage par injection. La figure 3.7 montre une image SEM typique de poudre de tungstène produite par réduction chimique.
