Ceramika techniczna do procesów formowania wtryskowego metali

1. Wstęp

Metal Injection Molding (MIM) to zaawansowana technika formowania metali, która łączy w sobie zalety wtryskiwania tworzyw sztucznych i proszkowej metalurgii. Proces ten pozwala na produkcję złożonych części metalowych o wysokiej precyzji i doskonałych właściwościach mechanicznych.

Jest to jednocześnie proces niezwykle wrażliwy, niesie ze sobą kilka ryzyk i wyzwań, które mogą wpłynąć na jakość końcowego produktu oraz efektywność produkcji. Nadmierne przyleganie, nierównomierny rozkład termiczny i usuwanie spoiwa czy niejednolity skurcz elementu. Te i wiele innych problemów mogą zostać wyeliminowane dzięki użyciu ceramiki technicznej.

2. Wprowadzenie do formowania wtryskowego metali (MIM)

Formowanie wtryskowe metali (MIM) to technika produkcyjna, która polega na wtryskiwaniu „surowca” do form w celu tworzenia elementów o skomplikowanych kształtach z dużą powtarzalnością. Surowiec jest mieszaniną sproszkowanego metalu i spoiwa polimerowego, które utrzymuje materiał razem. Przed użyciem komponentów należy usunąć spoiwo i wzmocnić wewnętrzną strukturę części; osiąga się to poprzez poddanie komponentów procesom obróbki cieplnej debindingu i spiekania w piecu.

3. Etapy MIM

Debinding

Jest to proces usuwania spoiwa z części zielonej. Może być osiągnięty albo katalitycznie, gdzie spoiwo jest usuwane przy użyciu kombinacji dodatków katalitycznych, rozpuszczalników i wody, albo termicznie, co wymaga obróbki cieplnej w zmodyfikowanej atmosferze w piecu. Wymagana metoda zależy od rodzaju użytego surowca. Komponenty, które przeszły przez ten proces, są następnie określane jako części "brązowe". W zależności od rodzaju stosowanego surowca, może być konieczne zarówno chemiczne, jak i termiczne usuwanie zadziorów. Proces chemiczny usuwa większość spoiwa, natomiast proces termiczny usuwa resztki spoiwa, zwanego również "spoiwem szkieletowym". Proces ten jest często określany jako "rest debinding".

Spiekanie

Jest to proces obróbki cieplnej komponentów formowanych wtryskowo z metalu (MIM), które najpierw zostały poddane procesowi usuwania wypływek (części brązowe). Celem spiekania jest zmiana wewnętrznej mikrostruktury komponentów w celu poprawy ich ogólnej gęstości i ostatecznie wytrzymałości. Osiąga się to poprzez ogrzewanie części metalowych w piecu w atmosferze obojętnej do temperatury o około 20% niższej od temperatury topnienia metalu, co pozwala atomom na dyfuzję przez mikrostrukturę i łączenie się w gęstsze formacje. Podczas spiekania, części metalowe doświadczą pewnego skurczu, z 15-22% redukcją rozmiaru, w zależności od użytego metalu i ostatecznej gęstości części. Profile temperaturowe, atmosfera i równomierność temperatury w piecu zarówno podczas usuwania spoiwa, jak i spiekania muszą być kontrolowane bardzo dokładnie, aby uniknąć zniekształceń oraz powstawania pęknięć i pęcherzyków. Obojętna lub redukująca atmosfera jest również ważna, aby zapobiec utlenianiu się części.

4. Wykorzystanie płytek ceramicznych w procesie formowania wtryskowego metali (MIM)

Płytki ceramiczne wykorzystywane są do transportowania elementów powstających w procesie formowania wtryskowego metali w trakcie wszystkich etapów. Ich zastosowanie pomaga w eliminacji wielu problemów występujących w procesie.

• Porowata, lecz gładka powierzchnia - brak przywierania lub topnienia spoiw, równomierne kurczenie się detalu
• Płyty z porowatej, wysokoczystej tlenkowej ceramiki aluminiowej 99,5% - jednolite kurczenie się, brak przebarwień, mniej lub brak potrzeby dalszej obróbki
• Porowatość powoduje że materiał jest lżejszy – wymagane jest mniej ciepła

Dzięki wysokiej odporności na cykle temperaturowe oraz wysoką temperaturę (1500°C) jedna płytka może posłużyć do transportowania, debindingu oraz spiekania. Wiąże się z tym oszczędność kosztów – nie potrzebne są dodatkowe narzędzia dla każdego procesu.

Płytki mogą zostać przycięte do dowolnego wymiaru, pozwala to na wykonanie w nich otworów dopasowanych do produktu podlegającemu obróbce. Są one przycinane laserem, co oznacza że wykonywanie dodatkowego narzędzia nie jest wymagane – kolejna oszczędność kosztów.

Rys. 2  Płytki ceramiczne

Rys. 3  Płytki z elementami umieszczone w piecu

Zastosowanie płytek z ceramiki w procesie formowania wtryskowego metali przynosi wymierne korzyści. Pozwala na znaczne zwiększenie efektywności produkcji przez ograniczenie ilości wadliwych produktów.

Jeśli są Państwo zainteresowani ofertą na płytki ceramiczne przycięte pod indywidualny wymiar – zapraszamy do kontaktu.